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支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法组成比例

技术编号:28987592 阅读:5 留言:0更新日期:2021-06-23 09:39
本发明专利技术公开了一种支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,包括获取网络参数;对任意一个任务调度节点计算优化匹配关系集合;对优化匹配关系集合中的每一对任务‑任务执行节点对计算邻居节点集合;对邻居节点集合中的每一个候选备份节点计算链路连通频度预测值、链路吞吐能力预测值和备份资源复用率预测值;对任务调度节点所对应的所有任务执行节点选择抗毁接替节点;重复上述步骤直至为所有任务调度节点所对应的所有任务执行节点选定抗毁接替节点;更新通信网络的网络参数;重复上述步骤进行持续的任务与资源匹配。本发明专利技术保证了任务抗毁接替的需求,而且减少了空闲状态的资源数量,提高了资源利用率,可靠性高、稳定性好且适用性较广。

【技术实现步骤摘要】
支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法
本专利技术属于分散计算领域,具体涉及一种支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法。
技术介绍
随着经济技术的发展,人们对于通信质量的要求越来越高。因此,如何保证通信系统在恶劣环境下的通信质量,一直是通信领域研究的重中之重。在恶劣无线通信环境下,特别是面向网络吞吐量严重受限而用户应用又要求具有近乎于实时响应的环境下,为解决计算任务复杂多变与节点资源严重受限的矛盾,基于分散计算的应用模式是一种值得探究的解决方案。在分散计算环境下,为保障已被调度的任务能在恶劣的通信环境(比如战场环境,或者严重自然灾害环境等)下生存下来,并顺利完成对应的应用和通信工作,需要研究跨节点计算任务的抗毁接替模式。为实现任务在计算节点间的抗毁接替,原则上具有与任务匹配算力的分散计算节点应多于1个,且节点之间互为对等关系,并具有互为备份的能力。但是,这里的互为备份能力并不能依赖传统的静态固化备份机制,而应探讨弹性可扩展的动态备份机制、支持跨节点计算任务抗毁接替的子任务分配与资源匹配方法。但是,目前尚未有一种可靠、稳定且适用性较广的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可靠性高、稳定性好且适用性较广的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法。本专利技术提供的这种支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,包括如下步骤:S1.获取通信网络的网络参数;S2.针对任意一个任务调度节点,计算得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合;S3.步骤S2所述的任务调度节点,针对步骤S2获取的优化匹配关系集合中的每一对任务-任务执行节点对,计算得到每一个任务执行节点的所有具备不小于对应任务所需要资源量的空闲资源的邻居节点集合;S4.步骤S2所述的任务调度节点,针对步骤S3得到的邻居节点集合中的每一个候选备份节点,计算对应的链路连通频度预测值、链路吞吐能力预测值和备份资源复用率预测值;S5.根据步骤S4得到的预测值,对步骤S2所述的任务调度节点所对应的所有任务执行节点,选择对应的抗毁接替节点;S6.重复步骤S2~S5,直至为所有任务调度节点所对应的所有任务执行节点选定抗毁接替节点;S7.更新通信网络的网络参数;S8.重复步骤S2~S7,持续进行支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配。步骤S2所述的针对任意一个任务调度节点,计算得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合,具体为采用如下步骤得到优化匹配关系集合:A.将拟调度任务集合A中的所有元素以1~M进行标示;同时将资源提供节点集合B中的所有元素以1~N进行标示;B.设置边-权重二维矩阵WM×N,用于存储拟调度任务集合A和资源提供节点集合B之间的边及相应的权重;C.初始化边-权重二维矩阵WM×N中的所有元素值;D.以二分图构建算法计算得到带权二分图G(A,B,WM×N);E.以KM算法处理步骤D中得到的带权二分图G(A,B,WM×N),从而得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合。步骤D中所述的以二分图构建算法计算得到带权二分图G(A,B,WM×N),具体为采用如下步骤计算得到带权二分图G(A,B,WM×N):针对拟调度任务集合A中的每一个任务Am所需要的资源量am,以及资源提供节点集合B中的每一个节点Bn所能够提供的资源量bn,进行如下对比:若元素Am所需要的资源量am不大于节点Bn所能够提供的资源量bn,则令若元素Am所需要的资源量am大于节点Bn所能够提供的资源量bn,则令wmn=0;对拟调度任务集合A中的每一个任务Am,均以上述步骤与资源提供节点集合B中的每一个节点Bn所能够提供的资源量bn进行对比,从而得到边-权重二维矩阵WM×N中的每一个元素wmn,并与拟调度任务集合A和资源提供节点集合B一同构成带权二分图G(A,B,WM×N);其中,m的取值为1,2,...,M,n的取值为1,2,...,N;为向下取整函数。步骤E所述的以KM算法处理步骤D中得到的带权二分图G(A,B,WM×N),从而得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合,具体为采用如下步骤得到优化匹配关系集合:E1.设置第一一维矩阵DAM用于存储拟调度任务集合A中元素的顶标值,其中dam为第一一维矩阵DAM中的第m个元素;E2.设置第二一维矩阵DBN用于存储资源提供节点集合B中元素的顶标值,其中dbn为第二一维矩阵DBN中的第n个元素;E3.针对第一一维矩阵DAM中的每一个元素dam,将dam的值初始化为任务Am在带权二分图G(A,B,WM×N)中权值最大的边的权值;E4.针对第二一维矩阵DBN中的每一个元素dbn,将dbn的值初始化为0;E5.根据第一一维矩阵DAM、第二一维矩阵DBN和带权二分图G(A,B,WM×N),采用相等子图构建算法得到相等子图G(A,B,EWM×N);E6.根据步骤E5得到的相等子图G(A,B,EWM×N),采用匈牙利算法计算得到优化匹配关系集合FM或非增广路径的交错路径;E7.对步骤E6采用的匈牙利算法计算得到的结果进行判断:若得到的结果为优化匹配关系集合FM,则直接输出优化匹配关系集合FM,步骤E结束;若得到的结果为非增广路径的交错路径,则将非增广路径的交错路径中属于拟调度任务集合A的元素所对应的顶标值减去第一设定值,并将非增广路径的交错路径中属于资源提供节点集合B的元素所对应的顶标值增加第二设定值;E8.对步骤E7得到的修改后的第一一维矩阵DAM和第二一维矩阵DBN中的所有元素进行判断:若第一一维矩阵DAM中的所有元素值均大于0且第二一维矩阵DBN中的所有元素值均大于0,则返回步骤E5进行循环计算;否则,则步骤E结束。步骤E5所述的采用相等子图构建算法得到相等子图G(A,B,EWM×N),具体为采用如下步骤计算得到相等子图G(A,B,EWM×N):E5-1.初始化相等子图二维矩阵EWM×N中每个元素awmn;E5-2.针对拟调度任务集合A所对应的第一一维矩阵DAM中的每一个元素dam,以及资源提供节点集合B所对应的第二一维矩阵DBN的每一个元素dbn,进行如下判断:若dam+dbn的值与边-权重二维矩阵WM×N中的对应元素wmn的值相等,则将相等子图二维矩阵EWM×N中的元素awmn的值设定为wmn的值;否则,则保持awmn的值为初值;对拟调度任务集合A所对应的第一一维矩阵DAM中的每一个元素dam,均以上述步骤与资源提供节点集合B所对应的第二一维矩阵DBN的每一个元素dbn进行判断,从而得到相等子图二维矩阵EWM×N中每个元素awmn,并与拟调度任务集合A和资源提供节点集合B一同构成相等子图G(A,B,EWM×N);其中,m的取值为1,2,...,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,包括如下步骤:/nS1.获取通信网络的网络参数;/nS2.针对任意一个任务调度节点,计算得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合;/nS3.步骤S2所述的任务调度节点,针对步骤S2获取的优化匹配关系集合中的每一对任务-任务执行节点对,计算得到每一个任务执行节点的所有具备不小于对应任务所需要资源量的空闲资源的邻居节点集合;/nS4.步骤S2所述的任务调度节点,针对步骤S3得到的邻居节点集合中的每一个候选备份节点,计算对应的链路连通频度预测值、链路吞吐能力预测值和备份资源复用率预测值;/nS5.根据步骤S4得到的预测值,对步骤S2所述的任务调度节点所对应的所有任务执行节点,选择对应的抗毁接替节点;/nS6.重复步骤S2~S5,直至为所有任务调度节点所对应的所有任务执行节点选定抗毁接替节点;/nS7.更新通信网络的网络参数;/nS8.重复步骤S2~S7,持续进行支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配。/n

【技术特征摘要】
1.一种支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,包括如下步骤:
S1.获取通信网络的网络参数;
S2.针对任意一个任务调度节点,计算得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合;
S3.步骤S2所述的任务调度节点,针对步骤S2获取的优化匹配关系集合中的每一对任务-任务执行节点对,计算得到每一个任务执行节点的所有具备不小于对应任务所需要资源量的空闲资源的邻居节点集合;
S4.步骤S2所述的任务调度节点,针对步骤S3得到的邻居节点集合中的每一个候选备份节点,计算对应的链路连通频度预测值、链路吞吐能力预测值和备份资源复用率预测值;
S5.根据步骤S4得到的预测值,对步骤S2所述的任务调度节点所对应的所有任务执行节点,选择对应的抗毁接替节点;
S6.重复步骤S2~S5,直至为所有任务调度节点所对应的所有任务执行节点选定抗毁接替节点;
S7.更新通信网络的网络参数;
S8.重复步骤S2~S7,持续进行支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配。


2.根据权利要求1所述的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,其特征在于步骤S2所述的针对任意一个任务调度节点,计算得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合,具体为采用如下步骤得到优化匹配关系集合:
A.将拟调度任务集合A中的所有元素以1~M进行标示;同时将资源提供节点集合B中的所有元素以1~N进行标示;
B.设置边-权重二维矩阵WM×N,用于存储拟调度任务集合A和资源提供节点集合B之间的边及相应的权重;
C.初始化边-权重二维矩阵WM×N中的所有元素值;
D.以二分图构建算法计算得到带权二分图G(A,B,WM×N);
E.以KM算法处理步骤D中得到的带权二分图G(A,B,WM×N),从而得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合。


3.根据权利要求2所述的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,其特征在于步骤D中所述的以二分图构建算法计算得到带权二分图G(A,B,WM×N),具体为采用如下步骤计算得到带权二分图G(A,B,WM×N):
针对拟调度任务集合A中的每一个任务Am所需要的资源量am,以及资源提供节点集合B中的每一个节点Bn所能够提供的资源量bn,进行如下对比:
若元素Am所需要的资源量am不大于节点Bn所能够提供的资源量bn,则令
若元素Am所需要的资源量am大于节点Bn所能够提供的资源量bn,则令wmn=0;
对拟调度任务集合A中的每一个任务Am,均以上述步骤与资源提供节点集合B中的每一个节点Bn所能够提供的资源量bn进行对比,从而得到边-权重二维矩阵WM×N中的每一个元素wmn,并与拟调度任务集合A和资源提供节点集合B一同构成带权二分图G(A,B,WM×N);
其中,m的取值为1,2,...,M,n的取值为1,2,...,N;为向下取整函数。


4.根据权利要求3所述的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,其特征在于步骤E所述的以KM算法处理步骤D中得到的带权二分图G(A,B,WM×N),从而得到拟调度任务与资源提供节点之间的优化匹配关系集合,具体为采用如下步骤得到优化匹配关系集合:
E1.设置第一一维矩阵DAM用于存储拟调度任务集合A中元素的顶标值,其中dam为第一一维矩阵DAM中的第m个元素;
E2.设置第二一维矩阵DBN用于存储资源提供节点集合B中元素的顶标值,其中dbn为第二一维矩阵DBN中的第n个元素;
E3.针对第一一维矩阵DAM中的每一个元素dam,将dam的值初始化为任务Am在带权二分图G(A,B,WM×N)中权值最大的边的权值;
E4.针对第二一维矩阵DBN中的每一个元素dbn,将dbn的值初始化为0;
E5.根据第一一维矩阵DAM、第二一维矩阵DBN和带权二分图G(A,B,WM×N),采用相等子图构建算法得到相等子图G(A,B,EWM×N);
E6.根据步骤E5得到的相等子图G(A,B,EWM×N),采用匈牙利算法计算得到优化匹配关系集合FM或非增广路径的交错路径;
E7.对步骤E6采用的匈牙利算法计算得到的结果进行判断:
若得到的结果为优化匹配关系集合FM,则直接输出优化匹配关系集合FM,步骤E结束;
若得到的结果为非增广路径的交错路径,则将非增广路径的交错路径中属于拟调度任务集合A的元素所对应的顶标值减去第一设定值,并将非增广路径的交错路径中属于资源提供节点集合B的元素所对应的顶标值增加第二设定值;
E8.对步骤E7得到的修改后的第一一维矩阵DAM和第二一维矩阵DBN中的所有元素进行判断:
若第一一维矩阵DAM中的所有元素值均大于0且第二一维矩阵DBN中的所有元素值均大于0,则返回步骤E5进行循环计算;
否则,则步骤E结束。


5.根据权利要求5所述的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,其特征在于步骤E5所述的采用相等子图构建算法得到相等子图G(A,B,EWM×N),具体为采用如下步骤计算得到相等子图G(A,B,EWM×N):
E5-1.初始化相等子图二维矩阵EWM×N中每个元素awmn;
E5-2.针对拟调度任务集合A所对应的第一一维矩阵DAM中的每一个元素dam,以及资源提供节点集合B所对应的第二一维矩阵DBN的每一个元素dbn,进行如下判断:
若dam+dbn的值与边-权重二维矩阵WM×N中的对应元素wmn的值相等,则将相等子图二维矩阵EWM×N中的元素awmn的值设定为wmn的值;
否则,则保持awmn的值为初值;
对拟调度任务集合A所对应的第一一维矩阵DAM中的每一个元素dam,均以上述步骤与资源提供节点集合B所对应的第二一维矩阵DBN的每一个元素dbn进行判断,从而得到相等子图二维矩阵EWM×N中每个元素awmn,并与拟调度任务集合A和资源提供节点集合B一同构成相等子图G(A,B,EWM×N);
其中,m的取值为1,2,...,M,n的取值为1,2,...,N。


6.根据权利要求5所述的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,其特征在于步骤E6所述的根据步骤E5得到的相等子图G(A,B,EWM×N),采用匈牙利算法计算得到优化匹配关系集合FM或非增广路径的交错路径,具体为采用如下步骤计算得到优化匹配关系集合FM或非增广路径的交错路径:
E6-1.构建优化匹配关系集合FM、拟调度任务集合A所对应的A已匹配节点集合MA和资源提供节点集合B所对应的B已匹配节点集合MB,并均进行初始化;
E6-2.针对拟调度任务集合A中每一个未匹配的节点mm,根据节点mm、A已匹配节点集合MA、B已匹配节点集合MB和相等子图G(A,B,EWM×N),采用增广或交错路径求解算法,得到一条以mm为起点的交错路径;
E6-3.对步骤E6-2所得到的交错路径,进行如下判断:
若交错路径为增广路径,则将该路径上的偶数边从优化匹配关系集合FM中移除,同时将该路径上的奇数边加入优化匹配关系集合FM;
若交错路径为非增广路径,则直接返回该交错路径为非增广路径的交错路径。


7.根据权利要求6所述的支持跨节点计算任务抗毁接替的任务与资源匹配方法,其特征在于步骤E6-2所述的采用增广或交错路径求解算法,得到一条以mm为起点的交错路径,具体为采用如下步骤计算得到交错路径:
E6-2-1.构建增广路径队列ZP和交错路径队列JP,并进行初始化;
E6-2-2.将第一中间变量x设定为节点mm;
E6-2-3.针对资源提供节点集合B中的每一个节点n,令第二中间变量y设定为节点n,并进行判断:
若第二中间变量且相等子图二维矩阵EWM×N中对应的元素ewx,y大于0,则将边x→y加入到增广路径队列ZP;
否则,则判断:若y∈MB且相等子图二维矩阵EWM×N中对应的元素ewx,y大于0,则将边x→y加入到交错路径队列JP,同时在优化匹配关系集合FM总找到y的匹配顶点m',并将第一中间变...

【专利技术属性】
技术研发人员:桂劲松刘江林
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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