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内容发布订阅系统中的动态负载均衡逯 鹏 林学练 刘旭东 李冬松



  摘要:复杂广域网络应用带来了内容发布订阅系统动态负载失衡问题。提出了一种动态负载均衡框架解决该问题。采用周期性交换和计算负载的方法实现了负载探测,采用代理复制和区域重构的方法解决了负载迁移问题,设计了负载协商状态机用于协商代理之间的负载迁移,采用转移加入和动态自适应两种方法进行负载均衡决策。实验结果表明,该负载均衡框架能够有效解决内容发布订阅系统的动态负载失衡问题,将负载均衡效率提高了50%。
  关键词:负载均衡;发布订阅系统;框架;动态自适应
  中图分类号:TP393.2文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1507-04
  
  传统内容发布订阅系统[1,2]采用了泛洪或广播路由协议,代理的负载基本相同,很少研究负载失衡问题。但面向广域网络的内容发布订阅系统多数采用了动态网络拓扑、单播路由协议等实现方式,并且需要支持复杂应用环境,如交通流量信息管理、实时股票信息管理应用等,因此易产生负载失衡问题。为解决该问题,设计了内容发布订阅系统动态负载均衡框架,包括负载探测、负载决策、负载迁移、负载协商四个关键部分。实验结果表明该解决方案以低开销提高了50%的负载均衡效率。
  
  1相关工作
  
  动态负载均衡在分布式计算领域是经典研究问题,文献[3~6]分别研究了网络层、操作系统层、中间件层、应用层的负载均衡问题。但由于内容发布订阅系统负载特征的特殊性,上述方法并不能直接应用(详见1.3节)。
  在类似的P2P系统研究中[6~8]主要采用了均衡划分哈希数值空间的方法均衡初始负载。内容发布订阅系统中的数据特点是具有内容语义,其数据分布是非哈希均匀且高度动态变化的,因此数值空间均匀划分并不能解决其动态负载均衡问题且数据哈希会使得区间订阅机制的代价很高[9]。文献[10]中基于随机加入新节点的方式实现了局部均衡负载。文献[11]虽然实现了全局负载均衡,但其代价是维护整个系统的负载索引,限制了系统的可伸缩性。
  目前的内容发布订阅系统通常通过多代理网络的结构实现[1]。基于事件空间划分(图1)的方法是目前内容发布订阅系统研究的前沿。文献[12]提出了一个基于K-D树划分内容发布订阅系统解决方案,即将事件内容属性及其值域集成为空间Ω(图1),并由代理维护不同区域内的事件匹配和路由转发任务[12]。本文以此为基础进一步解决其动态负载均衡问题。
  
  2负载均衡框架
  
  代理的负载均衡框架(图3)由四个组成部分,即负载检测器、负载均衡决策器、负载协商器、加载/卸载算法执行器。负载检测器执行负载检测、发现和报告;负载均衡器基于负载检测信息和相应的算法进行选择实施负载均衡的目标代理、加载/卸载算法执行器基于迁移算法和本地负载率执行负载迁移作业;负载协商器基于负载协商会话(session)协调代理之间的负载均衡操作。 ......
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