车联网中基于超级结点P2P的网格资源调度算法

摘要：网格式网络具有自我配置的特性，容易设置且生存能力强。本文针对网格的特点与优势，提出了在车联网中使用基于超级结点P2P的网格资源调度算法，该算法实现了车联网信息资源的动态调度，在一定程度上减轻了单点故障与性能瓶颈，资源发现与资源查找的效率较高，对车辆信息管理具有很大优势。

关键词：车联网 网格 P2P

中图分类号：TP393.02 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0144-02

车联网是通过整合车、路、人各种信息，最终为人们提供服务的，能够获取车联网提供的信息和服务的不仅是车载终端，还包括所有能访问互联网及移动互联网的终端。

网格式网络具有自我配置的特性，不需要人为干预。增添新设备或设备移址都很简单，只需在新址接通电源后，网格网就会发现这个新结点，自动地把它纳入现有的系统。网格网上的每个设备收/送它自己的数据时，同时又为其他的设备扮演了一个路由器的角色。每个设备的内在智能，使它能自动配置一个有效的网络，并当某个结点超载到失效之际，重新调整链路。网格的优点不仅容易设置，且能从一个中央连线链路，无限地扩展覆盖一个很大的地区，具有很强的生存能力。

车联网在进行网格资源调度时需要考虑的一个重要问题就是如何获取动态变化的资源属性的最新状态。针对这一问题，在原有算法的基础上，笔者提出了一种基于WEB Service的车联网资源调度算法，这种算法有着显著的特点，即能够将资源调度问题转变成分布式资源发现问题，实时获取动态信息，最终实现车联网信息资源的动态调度。

1 车联网中基于超级结点P2P的网格资源管理体系结构

超级结点对等网络与已有的对等网络相比较，它有着较为突出的优势。具体表现在，利用类似超级结点对等网络的体系结构对网格中车辆信息资源进行调度和管理。

在大规模、动态、异构的网络环境下，可以假设存在一个或多个超级结点，每一个超级结点上都分别相应记录着一组车辆的资源信息。因为超级结点之间都有着对等的关系，所以它们在地理上分布，都能够动态地加入或者退出。将超级结点之间的链接拓扑当做一个覆盖网络，动态变化的拓扑结构的选择会给网络资源管理的性能带来较大影响。

在一个P2P覆盖网络中，车辆结点、具有多处理结点的集群、传感器、无线移动通信等都可以视为网格资源提供者， 根据各自的共享方式和地理位置等特点，它们组成了若干个虚拟组织Virtual Organizations，同时每个VO各不相同。VO之间是相互对等的关系，它们互相之间通过超级结点进行通信。在每一个VO中，均存在着一个超级结点专门负责管理VO内部与VO之间的通信。一个真正的结点或一段驻留在某个结点上的虚拟程序都可以称为超级结点。超级节点指的是全局管理节点，客户节点包括其他传感器结点和车辆结点。因为每个资源提供都是这个网络的一个对等结点，即使某一个结点失效，并不会影响任务的完成。原因是网络上的其他结点同样可以代替该结点继续完成任务，这样可以确定网格系统的容错性。每个超级结点都拥有一些共享信息，超级结点通过查找所拥有的索引表来响应资源查询请求。

2 车联网中基于超级结点P2P的网格资源调度算法

网格资源管理和调度过程，因为在覆盖网络中查找的是可用车辆资源的信息，但是这些车辆资源的信息具有实时性，信息是不断动态变化的，所以这就需要及时进行更新。这种调度算法必须要将车辆资源的动态可变因素考虑进去，这样才能有利于对资源进行有效的动态调度。在车联网中，评价信息资源调度策略的一个非常重要的标准则是车辆信息和路况信息的实时性，而分布的资源发布和发现技术正是对等网络的优势，可以提供实时、动态、有效的车辆资源信息供资源调度算法使用，还可以更好的解决数据不一致和性能瓶颈等问题。将资源调度问题转化成了资源发现问题，是基于对等网络资源发现的网格资源调度算法的一个显著特点。在车联网中，网格结点的可利用资源信息和任务对资源的需求的发布均是以服务的形式进行的，任务需求则在网格中进行转发。将任务映射到能够提供满足要求的资源服务的结点上，则是通过资源发现的方式进行的。

针对网络环境中诸如车辆结点的时时加入和离开，频繁变化的资源信息属性等方面，基于分布式的可扩展查找和路由协议Chord，将网格中的车辆信息资源全部统一组织在一个结构化的P2P Overlay中，然后设计出一个车辆网格资源调度模型GChord。在GChord调度模型中，假设网格系统中存在着若干个虚拟组织VO，同时每一个VO分别使用一个资源管理代理来管理VO内部的车辆信息资源，不同的VO的RAM组成一个使用Chord协议维护的环形结构化P2P覆盖网络，RMA之间可以相互通信。

在虚拟组织VO内部，每个资源管理提供可利用的资源信息，并以服务的形式发布到VO的RMA，相应的一个路由表和信息表分别由每个RMA负责维护。路由表中记录的是扩展Chord环上的其它RMA的位置信息，信息表中则记录的是VO内部的本地资源的属性，当资源提供者的资源属性发生变化时，该结点对RMA上信息表的内容进行修改，修改过程是通过push方式。

当任务调度时，通过使用Chord协议把任务对资源的请求在网格中进行转发。在查找资源结点的整个过程时，把任务请求信息与可利用资源信息两者进行匹配，直至找出能够满足要求的结点后，再把任务布置到目标结点，从而进入到目标结点的本地调度范围之内，最后开始计算机。

每个RMA包含了如下3个部件：它们分别是路由器、资源服务访问接口以及核心部件。XML分析器、服务匹配处理器、服务描述解析器构成了每个RMA的核心部件。服务匹配处理器通俗来讲其实是一个匹配算法，它的作用主要是用来进行判断。通过服务匹配处理器进行判断可利用资源服务是否能够满足任务的需求。服务是资源服务访问接口的存在形式，主要是用来为结点提供服务发布和服务发现的接口。例如，一车辆请求某一路段车况，服务匹配处理器通过判断找到可用的信息资源最终反馈给车辆结点。XML解析器用来解析资源服务的XML表示文档。路由器任务请求在对等网中进行传递，同时路由器将路由的结果再反馈给请求结点。路由表以及注册映射表共同构成了路由结点：如图1所示。

为了实现资源的动态调度和负载均衡，资源信息应不断更新，在Chord中，对于每一个RMA来说，它以服务的形式将可利用的资源信息发布在路由器的注册映射表中，并采用定期更新与系统时间触发的方式进行信息更新。

算法描述：车辆结点发出一个服务请求，RMA接收到任务请求时，资源发现进程被触发。由XML解析器负责首先对该任务请求的XML文件进行解析，其次再对本地VO信息表中的資源信息服务列表的XML文件进行解析，对可利用资源服务和任务请求信息进行匹配。如果匹配，则将任务部署到该资源服务所在结点；如果不匹配，则通过Chord协议再把任务请求转发至当前RMA的下一个邻居结点。对邻居VO信息表中的资源信息服务列表的XML文件进行解析，对可利用资源服务和任务请求信息进行匹配。如果匹配，则将任务部署到该资源服务所在结点，如果不匹配，重复上述操作，直到找到合适的资源服务。

3 结语

车联网中使用基于超级结点P2P的网格资源调度算法，通过分布式资源发现问题的这种形式，实现在进行资源调度时获取资源的实时信息，解决了车联网信息资源的动态调度问题，从而在一定程度上减轻了单点故障和性能瓶颈，其资源发现和资源查找的效率比较高，因此车辆网中使用该资源调度算法对车辆信息的管理具有很大优势。

参考文献

[1]谢晓兰，牛秦洲，李春泉.网格理论与应用[M].冶金工业出版社，2010.

[2]邹福泰，张亮，陈曙东，王岢.对等网络.网格计算与云计算-原理与安全[M].清华大学出版社，2012.

收稿日期：2016-09-19

作者简介：井晶（1981—），女，江苏徐州人，本科，硕士，讲师，研究方向：计算机方向。