分布式多云架构下的协同计算方法研究

【摘要】：云计算作为一种新型的计算资源组织和服务提供模式,已经成为国家重大行业应用的主要信息基础设施。集中式的计算密集型云计算平台在资源组织空间上不能满足以数据为中心应用的分布式资源分配的要求,在实时性等方面不能够满足平安城市、车辆网络等应用的基本需求。为物联网等复杂应用提供更加安全、实时、准确的服务,已经成为云计算平台应用和发展的主要瓶颈。针对以上问题,本文聚焦于“中心云-边缘云-终端”的分布式多云环境下的协同计算方法,分别研究“云-云”跨云资源协同管理以及“端-云”资源协商分配机制。为了实现跨云资源的协同管理与分配,设计一种分布式多域云计算资源管理架构。该架构具有多云协同、快速部署、扩展性强等特点,克服了以计算为中心的集中式云架构网络依赖程度高、服务实时性差的问题,满足物联网、大数据等实时性应用的服务提供需求。在此基础上,提出一种多域协同资源管理方法,由中心云根据用户任务需求制定资源分配策略,协作组织各边缘云的计算和存储资源,确保“云-云”资源的协同管理。为了保证“云-云”协同的安全性,提出一种基于角色和U盾硬件加密相结合的安全认证方法,解决了分布式多域环境下的认证和追溯问题。为了研究“边缘云-终端”资源的协商分配机制,提出一种“端-云”协同计算模型,以完成终端异构资源的接入、“端-云”任务的协商分配和“端-云”计算容错。针对“端-云”协同计算的任务调度问题,提出一种分布式“端-云”协同任务分配算法,保证异构资源下任务计算完成总时间最短,提高了资源利用率。针对“端-云”协同计算的容错问题,提出一种基于云备份和云恢复的“端-云”协同计算容错方法,保证了“端-云”协同计算的可靠性。在以上研究的基础上,设计并实现了分布式多域云计算平台和“端-云”协同计算原型系统。针对分布式多域云计算平台,进行了相关功能测试,结果表明平台满足了多域协同资源管理的需求,可为用户提供基本云主机和云存储服务。针对“端-云”协同计算原型系统,进行不同计算资源情况下的多组测试,测试结果验证了本文提出的“端-云”协同计算相关方法,功能上达到了预期的效果。