車聯網中基于超級結點P2P的網格資源調度算法

摘要：網格式網絡具有自我配置的特性，容易設置且生存能力強。本文針對網格的特點與優勢，提出了在車聯網中使用基于超級結點P2P的網格資源調度算法，該算法實現了車聯網信息資源的動態調度，在一定程度上減輕了單點故障與性能瓶頸，資源發現與資源查找的效率較高，對車輛信息管理具有很大優勢。

關鍵詞：車聯網 網格 P2P

中圖分類號：TP393.02 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0144-02

車聯網是通過整合車、路、人各種信息，最終為人們提供服務的，能夠獲取車聯網提供的信息和服務的不僅是車載終端，還包括所有能訪問互聯網及移動互聯網的終端。

網格式網絡具有自我配置的特性，不需要人為干預。增添新設備或設備移址都很簡單，只需在新址接通電源后，網格網就會發現這個新結點，自動地把它納入現有的系統。網格網上的每個設備收/送它自己的數據時，同時又為其他的設備扮演了一個路由器的角色。每個設備的內在智能，使它能自動配置一個有效的網絡，并當某個結點超載到失效之際，重新調整鏈路。網格的優點不僅容易設置，且能從一個中央連線鏈路，無限地擴展覆蓋一個很大的地區，具有很強的生存能力。

車聯網在進行網格資源調度時需要考慮的一個重要問題就是如何獲取動態變化的資源屬性的最新狀態。針對這一問題，在原有算法的基礎上，筆者提出了一種基于WEB Service的車聯網資源調度算法，這種算法有著顯著的特點，即能夠將資源調度問題轉變成分布式資源發現問題，實時獲取動態信息，最終實現車聯網信息資源的動態調度。

1 車聯網中基于超級結點P2P的網格資源管理體系結構

超級結點對等網絡與已有的對等網絡相比較，它有著較為突出的優勢。具體表現在，利用類似超級結點對等網絡的體系結構對網格中車輛信息資源進行調度和管理。

在大規模、動態、異構的網絡環境下，可以假設存在一個或多個超級結點，每一個超級結點上都分別相應記錄著一組車輛的資源信息。因為超級結點之間都有著對等的關系，所以它們在地理上分布，都能夠動態地加入或者退出。將超級結點之間的鏈接拓撲當做一個覆蓋網絡，動態變化的拓撲結構的選擇會給網絡資源管理的性能帶來較大影響。

在一個P2P覆蓋網絡中，車輛結點、具有多處理結點的集群、傳感器、無線移動通信等都可以視為網格資源提供者， 根據各自的共享方式和地理位置等特點，它們組成了若干個虛擬組織Virtual Organizations，同時每個VO各不相同。VO之間是相互對等的關系，它們互相之間通過超級結點進行通信。在每一個VO中，均存在著一個超級結點專門負責管理VO內部與VO之間的通信。一個真正的結點或一段駐留在某個結點上的虛擬程序都可以稱為超級結點。超級節點指的是全局管理節點，客戶節點包括其他傳感器結點和車輛結點。因為每個資源提供都是這個網絡的一個對等結點，即使某一個結點失效，并不會影響任務的完成。原因是網絡上的其他結點同樣可以代替該結點繼續完成任務，這樣可以確定網格系統的容錯性。每個超級結點都擁有一些共享信息，超級結點通過查找所擁有的索引表來響應資源查詢請求。

2 車聯網中基于超級結點P2P的網格資源調度算法

網格資源管理和調度過程，因為在覆蓋網絡中查找的是可用車輛資源的信息，但是這些車輛資源的信息具有實時性，信息是不斷動態變化的，所以這就需要及時進行更新。這種調度算法必須要將車輛資源的動態可變因素考慮進去，這樣才能有利于對資源進行有效的動態調度。在車聯網中，評價信息資源調度策略的一個非常重要的標準則是車輛信息和路況信息的實時性，而分布的資源發布和發現技術正是對等網絡的優勢，可以提供實時、動態、有效的車輛資源信息供資源調度算法使用，還可以更好的解決數據不一致和性能瓶頸等問題。將資源調度問題轉化成了資源發現問題，是基于對等網絡資源發現的網格資源調度算法的一個顯著特點。在車聯網中，網格結點的可利用資源信息和任務對資源的需求的發布均是以服務的形式進行的，任務需求則在網格中進行轉發。將任務映射到能夠提供滿足要求的資源服務的結點上，則是通過資源發現的方式進行的。

針對網絡環境中諸如車輛結點的時時加入和離開，頻繁變化的資源信息屬性等方面，基于分布式的可擴展查找和路由協議Chord，將網格中的車輛信息資源全部統一組織在一個結構化的P2P Overlay中，然后設計出一個車輛網格資源調度模型GChord。在GChord調度模型中，假設網格系統中存在著若干個虛擬組織VO，同時每一個VO分別使用一個資源管理代理來管理VO內部的車輛信息資源，不同的VO的RAM組成一個使用Chord協議維護的環形結構化P2P覆蓋網絡，RMA之間可以相互通信。

在虛擬組織VO內部，每個資源管理提供可利用的資源信息，并以服務的形式發布到VO的RMA，相應的一個路由表和信息表分別由每個RMA負責維護。路由表中記錄的是擴展Chord環上的其它RMA的位置信息，信息表中則記錄的是VO內部的本地資源的屬性，當資源提供者的資源屬性發生變化時，該結點對RMA上信息表的內容進行修改，修改過程是通過push方式。

當任務調度時，通過使用Chord協議把任務對資源的請求在網格中進行轉發。在查找資源結點的整個過程時，把任務請求信息與可利用資源信息兩者進行匹配，直至找出能夠滿足要求的結點后，再把任務布置到目標結點，從而進入到目標結點的本地調度范圍之內，最后開始計算機。

每個RMA包含了如下3個部件：它們分別是路由器、資源服務訪問接口以及核心部件。XML分析器、服務匹配處理器、服務描述解析器構成了每個RMA的核心部件。服務匹配處理器通俗來講其實是一個匹配算法，它的作用主要是用來進行判斷。通過服務匹配處理器進行判斷可利用資源服務是否能夠滿足任務的需求。服務是資源服務訪問接口的存在形式，主要是用來為結點提供服務發布和服務發現的接口。例如，一車輛請求某一路段車況，服務匹配處理器通過判斷找到可用的信息資源最終反饋給車輛結點。XML解析器用來解析資源服務的XML表示文檔。路由器任務請求在對等網中進行傳遞，同時路由器將路由的結果再反饋給請求結點。路由表以及注冊映射表共同構成了路由結點：如圖1所示。

為了實現資源的動態調度和負載均衡，資源信息應不斷更新，在Chord中，對于每一個RMA來說，它以服務的形式將可利用的資源信息發布在路由器的注冊映射表中，并采用定期更新與系統時間觸發的方式進行信息更新。

算法描述：車輛結點發出一個服務請求，RMA接收到任務請求時，資源發現進程被觸發。由XML解析器負責首先對該任務請求的XML文件進行解析，其次再對本地VO信息表中的資源信息服務列表的XML文件進行解析，對可利用資源服務和任務請求信息進行匹配。如果匹配，則將任務部署到該資源服務所在結點；如果不匹配，則通過Chord協議再把任務請求轉發至當前RMA的下一個鄰居結點。對鄰居VO信息表中的資源信息服務列表的XML文件進行解析，對可利用資源服務和任務請求信息進行匹配。如果匹配，則將任務部署到該資源服務所在結點，如果不匹配，重復上述操作，直到找到合適的資源服務。

3 結語

車聯網中使用基于超級結點P2P的網格資源調度算法，通過分布式資源發現問題的這種形式，實現在進行資源調度時獲取資源的實時信息，解決了車聯網信息資源的動態調度問題，從而在一定程度上減輕了單點故障和性能瓶頸，其資源發現和資源查找的效率比較高，因此車輛網中使用該資源調度算法對車輛信息的管理具有很大優勢。

參考文獻

[1]謝曉蘭，牛秦洲，李春泉.網格理論與應用[M].冶金工業出版社，2010.

[2]鄒福泰，張亮，陳曙東，王岢.對等網絡.網格計算與云計算-原理與安全[M].清華大學出版社，2012.

收稿日期：2016-09-19

作者簡介：井晶（1981—），女，江蘇徐州人，本科，碩士，講師，研究方向：計算機方向。