基于P2P网格的新型科学计算基础架构研究

论文摘要

网格技术和对等（Peer-to-Peer,简称P2P）技术是当今分布式计算领域的两个研究热点,它们为各种高性能计算应用提供了基础计算架构。网格技术通过网络大规模地集成地理上广泛分布的各种资源,为各种科学研究和工程应用提供强大的计算支持,但在网格环境中节点缺乏自由度,系统的可扩展性不强。而P2P技术与网格不同,它的每一个节点都有平等的地位,能够自由地加入和离开,因此具有较强的可扩展性和鲁棒性,但现有的P2P技术节点缺少安全策略,容易受到恶意攻击,安全性较差。本文提出了一种P2P网格模型,它融合了网格技术和P2P技术的优点,实现了一个低成本、高效、稳定、安全的科学计算架构。本文通过详细介绍如何实现基于P2P网络和网格模型的P2P网格架构,如何对P2P网格进行优化以实现节点负载均衡,以及P2P网格在科学计算和协同应用领域的实例,全面分析P2P网格的实现、优化和应用,并通过多个实验证明该混合式计算架构在计算性能、安全性、可扩展性、鲁棒性等方面相比于传统的P2P结构、网格模型以及相关应用的优势。研究工作取得以下创新成果:（1）利用Globus Toolkit（GT）和Sun Grid Engine（SGE）构建了层次型组合中间件架构的校园网格。GT能够高效快速地在网格节点间传输资源和计算任务,而SGE可以根据节点的负载情况进行自动任务调度。这种架构在计算性能、安全性方面都具有较大的优势,具有一定的新颖性和实用性。（2）实现了一种基于角色和信誉访问摔制的P2P网络模型——R2P,并对它进行改进,提出了SW-R2P模型。SW-R2P模型利用零知识交互式证明算法和Bayesian信誉网实现一种可信小世界P2P网络模型。SW-R2P模型把Bayesian信誉评估测量和小世界P2P网络进行结合,不仅能够保证网络的可信性和安全性,还能够利用拓扑结构提高网络的资源查找性能。（3）实现了基于SW-R2P模型实现的网格架构,把网格的安全、稳定的特点和P2P的可扩展、灵活的特点进行结合,提出了一种新型的科学计算基础架构。它利用P2P网络把所有节点划分成组,并使用中间件软件组织其中部分节点构建成网格。这种层次型的计算架构能够综合利用两种网络模型的优点,具有较强的创新性。它能够利用节点间的交互历史对P2P网格节点的负载情况进行预测,以此影响资源请求节点选择服务节点的过程,有效均衡P2P网格环境的负载,从而能够确保资源利用的高效性,节点服务的可靠性以及整个网络的稳定性。该模型是对P2P网格的一个重要优化。此外,利用本文的研究成果P2P网格,改进原有的层次型校园网格架构,实现一种新型的协同应用框架。大量实验证明,P2P网格能够较大程度地提高校园网格的科学计算性能和协同应用的效率,具有较强的实用性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 P2P
• 1.2.2 网格
• 1.2.3 计算基础架构
• 1.3 本文主要工作
• 1.3.1 支撑项目
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 本文贡献
• 1.4 本文组织结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 面向多学科应用的校园网格研究
• 2.1 研究背景
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 基于层次型组合中间件架构的校园网格构建
• 2.2.2 校园网格平台性能测试
• 2.2.3 校园网格Portal
• 2.3 基于校园网格的多学科应用
• 2.3.1 生物信息网格
• 2.3.2 计算流体力学网格
• 2.4 基于校园网格的协同可视化服务
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 基于本地绘制的协同可视化
• 2.4.3 基于服务器绘制的协同可视化
• 2.5 本章小结
• 第3章 R2P和SW-R2P:基于角色和信誉访问控制的小世界P2P网络
• 3.1 引言
• 3.2 R2P模型
• 3.2.1 介绍
• 3.2.2 体系结构
• 3.2.3 实现
• 3.2.4 测试及分析
• 3.3 SW-R2P模型
• 3.3.1 介绍
• 3.3.2 体系结构
• 3.3.3 实现和分析
• 3.3.4 仿真实验及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于SW-R2P网络的新型P2P网格模型
• 4.1 研究目标
• 4.2 模型实现
• 4.2.1 系统结构
• 4.2.2 资源定位算法
• 4.2.3 节点操作协议
• 4.3 仿真实验及分析
• 4.3.1 仿真实验环境
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 P2P网格负载均衡实现
• 5.1 引言
• 5.2 模型实现
• 5.2.1 节点负载指标
• 5.2.2 包含负载指标的Bayesian信任网构建
• 5.2.3 包含负载指标的Bayesian信任网维护
• 5.2.4 基于多层Bayesian信任网的负载均衡实现
• 5.3 仿真实验及结果分析
• 5.3.1 实验环境搭建
• 5.3.2 初始数据训练
• 5.3.3 仿真实验及结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 基于P2P网格模型的校园网格计算架构
• 6.1 研究内容及意义
• 6.2 基于P2P网格的校园网格部署
• 6.2.1 高性能计算资源部署
• 6.2.2 公共计算资源部署
• 6.2.3 计算资源互连
• 6.3 对比实验
• 6.3.1 资源查找效率
• 6.3.2 系统鲁棒性
• 6.4 本章小结
• 第7章 基于P2P网格模型的协同应用框架
• 7.1 研究内容
• 7.1.1 引言
• 7.1.2 研究内容及意义
• 7.2 基于P2P网格的协同应用框架设计
• 7.2.1 现有模型存在的问题
• 7.2.2 基于P2P网格的协同架构
• 7.3 基于P2P网格的协同应用框架实现
• 7.3.1 本地组
• 7.3.2 外节点
• 7.3.3 全局网
• 7.3.4 节点操作协议
• 7.4 仿真实验及分析
• 7.4.1 实验环境搭建
• 7.4.2 仿真实验及结果分析
• 7.5 本章小结
• 第8章 全文总结和将来工作
• 8.1 全文总结
• 8.2 将来工作
• 参考文献
• 作者简历