[發(fā)明專利]一種網(wǎng)絡(luò)GIS異構(gòu)集群服務(wù)器負(fù)載均衡方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210104786.2
• 申請(qǐng)日: 2012-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102624922A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李銳;張銀鋒;張嘯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/08
• 分類號(hào): H04L29/08
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)空間信息服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種網(wǎng)絡(luò)GIS異構(gòu)集群服務(wù)器負(fù)載均衡方法。

背景技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)GIS極大方便百姓生活的同時(shí)，也帶來(lái)了巨大的訪問(wèn)量，如Google?Earth訪問(wèn)量已超過(guò)1億并與日俱增，其服務(wù)器性能成為影響其網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一^[1]。網(wǎng)絡(luò)GIS中多采用異構(gòu)服務(wù)器集群實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并用負(fù)載均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)多服務(wù)器之間的負(fù)載分配，以提高網(wǎng)絡(luò)GIS集群服務(wù)系統(tǒng)的整體性能^[2，3]。但隨著地形數(shù)據(jù)的海量增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)內(nèi)容請(qǐng)求所產(chǎn)生的負(fù)載差異越來(lái)越大，訪問(wèn)局部性逐漸成為影響集群服務(wù)系統(tǒng)性能的另一個(gè)重要因素^[4]；且地形數(shù)據(jù)具有其固有的訪問(wèn)流行特征，即一定時(shí)間內(nèi)訪問(wèn)熱點(diǎn)高度集中，訪問(wèn)具有爆發(fā)性，訪問(wèn)內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定。因而網(wǎng)絡(luò)GIS中數(shù)據(jù)訪問(wèn)分布的不均衡性和異構(gòu)服務(wù)器處理能力的不均衡性，是影響其集群服務(wù)系統(tǒng)負(fù)載不均衡的關(guān)鍵。如何在負(fù)載均衡策略中，綜合考慮并平衡此兩種不均衡因素，減少用戶訪問(wèn)延時(shí)，加速地形數(shù)據(jù)的提取，從而提高用戶在網(wǎng)絡(luò)GIS中的漫游體驗(yàn)感知，是網(wǎng)絡(luò)GIS服務(wù)質(zhì)量技術(shù)中需解決的難題之一。

服務(wù)器集群及負(fù)載均衡提供了一種廉價(jià)、有效、透明的方法擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的帶寬和吞吐量。它在國(guó)內(nèi)外研究已經(jīng)非常廣泛，基本有兩類方法：一類為基于靜態(tài)任務(wù)分配的負(fù)載均衡方法，如輪轉(zhuǎn)方法、快速反應(yīng)優(yōu)先算法、目標(biāo)地址散列調(diào)度和源地址散列調(diào)度算法等，該類算法只利用集群系統(tǒng)的平均負(fù)載信息，不考慮集群系統(tǒng)當(dāng)前負(fù)載特征，僅適用于小規(guī)模集群系統(tǒng)，為靜態(tài)的負(fù)載均衡；另一類算法可合理地考慮集群系統(tǒng)服務(wù)器當(dāng)前的負(fù)載狀態(tài)并選擇當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的服務(wù)器進(jìn)行請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)，為動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡，如最少連接算法、最小負(fù)載算法及相關(guān)的變種算法。若設(shè)計(jì)合理恰當(dāng)，動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法可以比傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)載均衡算法的調(diào)度性能和效率提高30-40％左右^[5]。但針對(duì)網(wǎng)絡(luò)GIS異構(gòu)集群服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行行為的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法研究并不多見(jiàn)。在此領(lǐng)域，Shekhar等人基于GIS中地形數(shù)據(jù)任務(wù)分割提出任務(wù)遷移的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法^[6]；Lee等考慮了服務(wù)器的連接狀態(tài)，提出基于Agent的負(fù)載分發(fā)器^[7]；張喜平等引入請(qǐng)求分配器的服務(wù)器集群技術(shù)和代理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡策略來(lái)訪問(wèn)訪問(wèn)Web?GIS^[8]；朱江等提出了基于地圖內(nèi)容的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)反饋均衡模型，對(duì)請(qǐng)求的地圖可視窗口進(jìn)行分割并根據(jù)劃分窗口的標(biāo)示選擇最小負(fù)載的服務(wù)器^[9]。總而言之，我們觀察到現(xiàn)有的相關(guān)工作，實(shí)質(zhì)上都基于負(fù)載分配能力的提高，且都為最小負(fù)載均衡算法的優(yōu)化，未考慮網(wǎng)絡(luò)GIS中大規(guī)模用戶的高度聚集訪問(wèn)特性和異構(gòu)服務(wù)器集群的處理性能的差異。

近年有研究發(fā)現(xiàn)，地形數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求符合Zipf-like分布規(guī)律，即訪問(wèn)存在局部熱點(diǎn)，20％的數(shù)據(jù)吸引了80％的請(qǐng)求^[10，11]。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)GIS服務(wù)器為了提高系統(tǒng)響應(yīng)性能，一般緩存部分?jǐn)?shù)據(jù)加速數(shù)據(jù)訪問(wèn)^[12，13]。若基于Zipf-like分布規(guī)律緩存局部熱點(diǎn)地形數(shù)據(jù)，對(duì)訪問(wèn)進(jìn)行局部控制，在提高緩存命中率的同時(shí)考慮熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)負(fù)載均衡，可增加服務(wù)器單位時(shí)間內(nèi)處理請(qǐng)求的數(shù)量，從而提高集群服務(wù)數(shù)據(jù)響應(yīng)性能。但地形數(shù)據(jù)的訪問(wèn)局部性又可能導(dǎo)致部分服務(wù)器上負(fù)載集中，造成服務(wù)器集群系統(tǒng)的負(fù)載失衡。因而如何協(xié)調(diào)負(fù)載分配和訪問(wèn)局部性兩者間的關(guān)系，使異構(gòu)集群環(huán)境下每臺(tái)服務(wù)器的負(fù)載盡量保持一致，獲得良好的請(qǐng)求響應(yīng)性能和較高的系統(tǒng)吞吐率，是理想的負(fù)載均衡策略需考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

文中涉及的參考文獻(xiàn)如下：

[1]吳華意，章漢武.地理信息服務(wù)質(zhì)量(Qo?GIS)：概念和研究框架[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2007，32(5)：385-388.

[2]喻占武，李忠民，鄭勝.基于對(duì)象存儲(chǔ)的新型網(wǎng)絡(luò)GIS體系結(jié)構(gòu)研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2008，33(3)：285-288.

[3]孟令奎，鄧世軍，趙春宇，等.多服務(wù)器技術(shù)在WebGIS中的應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版，2004，29(9)：832-835.

[4]Barish?G，Obraczke?K，Workd?Wide?Web?Caching：Trends?and?Techniques，IEEE?Communications?Magazine[J]，2000.