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  • 2013.4.14 Modeling and Algorithms for QoSAware Service Composition in VirtualizationBased Cloud Computing

    云计算跟服务组合结合的文章,虽然级别不高,但思想很值得借鉴。

     
    1 Introduction
    XaaS作为计算模型,云将所有类型的计算资源都作为服务,服务组合时可将硬件、平台都作为服务组件来考虑!!!
    虚拟技术奠定了云计算的基础:云计算将服务供应函数与数据传输机制分离,即将网络服务与网络基础设施分离。另外,网络虚拟化能有效提高网络服务的灵活性、多样性以及管理性,这些都提高了网络的性能使之满足云计算的需求。
    为基于虚拟网络的云服务供应提供模型和有效的算法是目前的挑战:云环境下,用户更多会采用组合云服务。网络的性能对云服务的供应起着很大的影响。如用户想使用video云来看电影,网络性能就很重要。本文主要关注的是服务组合的模型与算法。
    为了给用户提供定制的云服务,云计算资源(如处理器、存储等)作为网络的基础设施首选需要被虚拟化为一组服务。然而,组合云服务使其满足多个QoS需求可以被视为多约束路径规划问题(MCP),这是一个NP-hard问题。
     
    2 Related Work
    3 Modeling for Cloud Service Provisioning
    虚拟云计算环境下,云服务供应包括以下两个步骤:1)云和网络资源的抽象,在这步骤中,网络虚拟化扮演了重要的角色;2)服务的组合。
    参考文献[4]:云资源,如处理器、存储设备等,被抽象为pure云服务,云服务供应功能是需要网络虚拟化技术的支持的。如下图所示,为了保证SP能有效使用设备资源,InP和SP的交互非常重要。InP负责给SP提供信息以保证可以通过SP访问到网络资源。另一方面来说,由于云计算下服务供应与设计管理是de-coupling的,因此InP不能暴露资源的具体细节。通过将资源映射为服务,就可以将这些服务组件综合到云服务中去。(映射模型简单,未考虑设备的QoS属性)
    云供应系统:从用户角度看,包括向云提出请求、满足特定QoS需求的组合服务分发两步骤。从云角度看,包括接收请求、提供组合服务分发给用户。如下图所示。关心的焦点在于云服务组合,这对用户的服务体验以及云的系统负载都至关重要。
    QoS感知模型:
    有向图G(V,E),顶点v代表服务s,每个服务的能力权重用c来表示,每条边e代表QoS参数,且w为每个QoS参数的权重。
    用户请求{C, W},C1—CH代表H个不同服务的关联性能的需求(或约束),与节点有关,W1-WK是边的K个QoS约束。
    路径p是一系列串联服务的虚拟网络。
    QoS感知服务组合(QoS-aware Service Composition,QSC):
    QSC是在G(V,E)中可行服务组合方案中找到一组优化的服务组合
     
    4 QSC的近似算法
    Main Build-block Approximation Algorithm (MBAA),尤其可以处理K=2的场景的QSC,包含4个主要的步骤。
    Step 1:去掉不符合约束的顶点,减少拓扑;
    Step 2:将实数的权重和约束转化为整数
    Step 3:扩展图的过程,顶点和边都要扩展。通过两种方式:1)原始顶点赋值【】次数;同时,原始边同样复制一些次数;2)每个扩展节点用字典编撰,具体可参考【24】
                                                            
    Step 4:寻找优化权重路径,复杂度为
    Step 5:使用权重约束测试优化路径的可行性。
     
    将w的计算变为非线性,构造新的近似算法(PAA)。
    (1)     (2)
    PAA的时间复杂度为。因为PAA是运行了K次的MBAA算法,但是,寻找到的路径不再满足(1+cc)近似要求。
     
    解决低消耗延迟约束问题的算法ADAPT,应用scaling-and-rounding技术来简化问题,针对本问题进行了必要的修改,构造VAA算法,
    VAA算法与PAA拥有一样的时间复杂性和实现效果
     
    5 Numerical Simulation and Results Analysis
    主要过程运行时间(Main Procedure Running Time, MPT)包括构造、初始化、摧毁操作。即从用户发送请求到接收反馈的时间。
    返回路径权重(Returned Path Weights, RPWs),算法返回的服务组合路径的第k个QoS属性,反映了反馈给用户的QoS值,该值越小,路径的性能越好。
    特定虚拟网络实验(DsVN)
    小规模数据下,VAA效果好,大规模下,PAA效果更好。
    随机虚拟网络下的实验
    虚拟网络拓扑是随机生成的,网络规模从100个结点到1000个结点均匀分布,H=10,三个权重的约束被设定为不同的量级300, 0.0015, 0.2。
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