”网络—云”一体化服务质量保障 PDF下载

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内容简介

在网络服务与云服务融合的背景下，“网络—云”一体化服务质量保障机制受到了业界的广泛关注。本书以网络服务和云服务的一体化融合为基础，提出了一体化环境下的服务质量保障系统框架，建立了通用服务交付模型，设计实现了一体化环境下的服务区分、调度机制、组合方法，构建了一体化环境下的服务测评体系，从而为用户提供满意的服务，实现端到端的服务质量保障。本书旨在为全面实现一体化环境下的服务质量保障提供理论依据，推动云计算产业化进程，为未来一体化环境下的服务质量保障研究奠定基础。本书共10章，是一本深入浅出、内容翔实的科研著作。本书主要面向计算机和通信等IT行业的研究或工程人员，也适合作为各大院校相关课程的教材和辅助读物。

作者简介

黄俊，男，博士（后），教授。2012年获北京邮电大学计算机科学与技术专业工学博士学位。浙江大学工业控制技术国家重点实验室博士后。2010年至2011年赴日本早稻田大学访问研究一年。2013年至2014年赴美国South Dakota School of Mines and Technology电气与计算机工程系访问研究一年。2016年至2017年先后任美国德州大学达拉斯分校、美国国家标准与技术研究所（高级）客座研究员。2012年至2015年在重庆邮电大学通信与信息工程学院从事科研与教学工作，现任职于重庆邮电大学电子信息与网络工程研究院。研究领域包括：下一代互联网、云计算、物联网等新型网络的优化与控制。主持国家自然科学基金项目（青年、面上）、重庆市教委科学技术研究项目，重庆市自然科学基金项目以及中国博士后科学基金等。以第一作者身份先后在国际*期刊、会议，如IEEE NTKM，MCOM，WCM，WCL,TCC，TVT，TBC，TETC，JIoT，TSUSC，ACCESS，ACM ACR，IEEE/ACM IWQoS，IEEE SCC，ACM SAC，ACM RACS，IEEE ICCCN，GLOBECOM，ICC等发表SCI/EI论文90余篇，出版物联网英文专著一部，获2014年ACM应用计算大会*论文提名奖，2011年亚太地区下一代互联网研讨会*论文奖。担任以色列国家自然科学基金委函评专家，《IEEE Access》（SCI检索），《KSII Transactions on Internet and Information Systems》（SCI检索），《International Journal of Big Data Intelligence》，《International Journal of Internet of Things and Big Data》编委，ACM RACS 2014， 2015，2016，2017程序委员会副主席，ACM SAC 2015，2016，2017 Software Platform Track主席，EAI MobiMedia 2015 NGCNT Track主席，IEEE GLOBECOM, ICCCN, ICC, 等多个国际会议程序委员会委员，并长期担任18本IEEE国际*期刊的评审专家。

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第1章 云服务与网络服务的一体化融合 1
1.1 云计算概述 1
1.1.1 什么是云计算 3
1.1.2 云计算的关键技术 8
1.1.3 云计算系统架构 11
1.1.4 移动云计算与移动边缘计算 13
1.2 云服务与网络服务的关系 22
1.2.1 网络服务在云计算中的角色 23
1.2.2 云计算服务质量与网络服务质量的关系 26
1.3 云服务与网络服务的一体化融合 30
1.3.1 云服务与网络服务融合的机遇与挑战 31
1.3.2 面向服务的网络虚拟化 32
1.3.3 面向服务架构的Web实现 36
1.3.4 网络即服务 38
1.3.5 “网络—云”一体化服务的特点 42
1.4 本书组织结构 43
1.5 本章小结 44
参考文献 44
第2章 “网络—云”一体化服务环境下的服务质量保障 49
2.1 接纳控制 49
2.1.1 接纳控制与服务质量保障 50
2.1.2 接纳控制模型 51
2.1.3 接纳控制实现 52
2.2 服务组合 53
2.2.1 服务组合模型 54
2.2.2 服务组合方法 54
2.2.3 基于QoS关联的服务组合 55
2.3 性能分析 56
2.3.1 关键参数和方法 57
2.3.2 多路径传输网络性能分析 59
2.4 服务提供商的竞争与博弈关系 59
2.4.1 博弈关系与模型 60
2.4.2 博弈均衡 61
2.5 本章小结 61
参考文献 62
第3章 “网络—云”一体化环境下的服务接纳控制技术 64
3.1 网络接纳控制技术 64
3.1.1 问题描述 65
3.1.2 什么是接纳控制技术 65
3.1.3 设计接纳控制需要考虑的因素 66
3.2 接纳控制技术分类 67
3.2.1 接纳控制技术发展历程 67
3.2.2 应用在不同网络和系统中的接纳控制技术 76
3.3 云计算中的接纳控制技术 87
3.3.1 网络演算理论 87
3.3.2 云计算下接纳控制技术的实现目标 96
3.3.3 云计算下接纳控制技术需考虑的因素 97
3.3.4 云计算下接纳控制技术的QoS保障问题 98
3.3.5 云计算中IaaS层的QoS保障机制 98
3.3.6 云计算中PaaS/SaaS层的QoS保障机制 99
3.4 云计算环境下的接纳控制模型 100
3.4.1 网络与流 100
3.4.2 网络流特征和行为模式 101
3.4.3 聚合流 103
3.4.4 基于聚合流的接纳控制模型 103
3.5 聚合流的特征描述模型 104
3.5.1 聚合流的有效带宽模型 105
3.5.2 聚合流的等效容量模型 108
3.6 有效带宽与等效容量的关系模型 110
3.6.1 有效带宽与等效容量的关系 110
3.6.2 聚合流的有效带宽与等效容量的关系 112
3.7 本章小结 113
参考文献 113
第4章 “网络—云”一体化环境下的服务接纳控制方法 123
4.1 基于聚合流的有效带宽接纳控制算法 123
4.1.1 接纳控制策略 123
4.1.2 算法描述 124
4.1.3 接受域 126
4.2 算法性能分析 127
4.2.1 聚合流的特征分析 128
4.2.2 有效带宽与等效容量的关系分析 129
4.3 接纳性能分析 131
4.3.1 基于聚合流的接纳控制算法的接纳性能 131
4.3.2 接纳控制算法的接纳能力比较 132
4.4 基于接纳控制的资源分配算法 134
4.4.1 带宽资源的分配 135
4.4.2 缓冲区大小分配 136
4.5 本章小结 137
参考文献 138
第5章 “网络—云”一体化环境下基于QoS感知的服务组合 139
5.1 QoS感知服务组合概述 139
5.1.1 QoS感知服务组合定义 140
5.1.2 QoS感知服务组合算法分类 141
5.1.3 一体化环境下QoS感知的服务组合 158
5.2 服务组合结构转换与参数约简 162
5.2.1 顺序结构 162
5.2.2 并行结构 163
5.2.3 分裂结构 164
5.2.4 选择结构 165
5.2.5 循环结构 165
5.3 一体化环境下QoS感知的服务组合算法 167
5.3.1 算法设计 167
5.3.2 算法描述 167
5.3.3 算法分析 170
5.4 一体化环境下QoS感知的服务组合算法测试 171
5.4.1 算法测试环境 171
5.4.2 测评指标设计 172
5.4.3 测试结果 172
5.5 本章小结 179
参考文献 180
第6章 “网络—云”一体化环境下基于QoS关联的服务组合 184
6.1 基于QoS关联的服务组合 184
6.1.1 QoS关联性的定义 186
6.1.2 关联性准则 187
6.1.3 关联性比例 189
6.2 QoS关联的服务组合算法 191
6.2.1 Skyline相关概念 191
6.2.2 全遍历算法 193
6.2.3 双渐进算法 193
6.2.4 自下而上算法 195
6.3 支持QoS关联的组合服务Skyline计算 195
6.4 QoS关联的服务组合近似算法 200
6.4.1 算法思路 200
6.4.2 算法描述 201
6.4.3 算法分析 204
6.5 算法测试 205
6.5.1 算法测试环境 205
6.5.2 测评指标 205
6.5.3 测试结果 206
6.6 本章小结 213
参考文献 214

第7章 “网络—云”一体化环境下的性能评测方法 216
7.1 性能分析概述 216
7.2 云计算与网络性能分析 218
7.2.1 云计算模式下的网络 218
7.2.2 云服务质量与网络服务质量 218
7.3 一体化环境下系统性能评测 250
7.3.1 一体化服务交付系统 251
7.3.2 一体化性能评测理论 251
7.4 性能评测结果 255
7.4.1 服务能力描述 255
7.4.2 负载描述 257
7.4.3 性能上界 258
7.5 实验结果与讨论 259
7.5.1 参数设置 259
7.5.2 结果与分析 259
7.6 本章小结 263
参考文献 263
第8章 “网络—云”一体化环境下多路径网络模型和性能评测 266
8.1 多路径网络服务模型描述 266
8.2 模型设计思路与描述 268
8.2.1 设计思路 268
8.2.2 模型描述 269
8.3 性能评测 270
8.3.1 时延上界 270
8.3.2 数据积压上界 274
8.4 实验结果与分析 276
8.4.1 实验设计与参数设置 276
8.4.2 结果与分析 277
8.5 一体化服务质量保障应用方案 282
8.5.1 方案描述 282
8.5.2 案例分析 284
8.6 本章小结 285
参考文献 285
第9章 “网络—云”一体化环境下服务提供商的竞争博弈 286
9.1 服务提供商之间的竞争博弈 286
9.1.1 云服务提供商的合作与竞争博弈 287
9.1.2 “网络—云”一体化环境下云服务提供商竞争国内外发展及研究现状 288
9.2 系统概览 289
9.2.1 相关数学背景 290
9.2.2 用户体验质量 306
9.2.3 系统模型设计 310
9.3 完全信息下的竞争博弈 316
9.3.1 纳什均衡的存在性与唯一性 316
9.3.2 求解模型纳什均衡 318
9.4 性能测试与分析 321
9.4.1 模型参数相关性 321
9.4.2 均衡分析 324
9.4.3 唯一性探讨 326
9.5 本章小结 328
参考文献 329
第10章 “网络—云”一体化环境下服务提供商的不完全信息竞争博弈 331
10.1 不完全信息假设与模型设计 331
10.2 不完全信息下的竞争博弈分析 334
10.2.1 贝叶斯均衡 334
10.2.2 贝叶斯纳什均衡求解 335
10.2.3 收敛性讨论 336
10.3 性能测试与评估 338
10.3.1 参数设置 338
10.3.2 均衡与收益评估 338
10.3.3 唯一性探讨 341
10.4 本章小结 343
参考文献 343

前沿

序；一
Dr. Jun Huang’s book on Cloud Computing and Services introduces the concept of Quality of Service (QoS) specification and management for Cloud services. Dr. Huang explains the importance of this topic and why the widely used basic Web service composition is not adequate in Cloud computing. In the book, Dr. Huang also provides an overview of research infrastructures that offer some forms of QoS management for Cloud services with the achieved results. I do believe that this book can help researchers and graduate students to explore open topics for future research.

Patrick C. K. Hung, Professor
Faculty of Business and Information Technology
University of Ontario Institute of Technology, Canada
；
；
序；二
云计算是在分布式计算、网格计算和虚拟化等技术基础上发展起来的一种基于互联网的计算服务模式，可以说是近年来计算机革命中一次重要的突破。无论是公有云、私有云或混合云，还是 IaaS、PaaS、SaaS 或者近年来盛行的容器平台，越来越多的企业和个人已经在使用云上提供的各类丰富服务，云计算的常态化在全世界已成为不可逆转的趋势。如果云计算在整体IT战略中运用得当，它可以通过利用规模经济和自动化IT运营帮助中小企业和政府降低IT成本，优化内部计算基础设施，通过建立一个动态的计算体系，企业的动能从固定的基础设施上释放出来，为各种计算领域的自动化提供了巨大机会。
但是抛开商业交付模式上的转变，单从技术角度来说，产品和应用的“网络—云”一体化一直是很有挑战的难题、随着用户对服务种类、服务质量的需求越来越多样化，任务调度问题变得十分复杂。传统的网络技术已经不能处理网络云中的资源弹性伸缩、在线扩容、配置的动态更新、不同服务间的实时发现及感知等需求。大家开始寻求优秀的云端任务调度技术，以有效地分配资源，提高服务的接纳和调度性能，保证服务质量。
在过去几年中，我有机会与本书的作者，黄俊博士合作。作为IEEE的资深成员，黄博士对QoS路由进行了深入的研究，在这一领域取得了重大的成果，获得ACM SIGAPP的Research in Adaptive and Convergent Systems（RACS 2017）颁发的杰出服务奖（Outstanding Service Reward）。他提出的解决多约束最优路径（MCOP）问题的近似算法，是目前解决MCOP问题的最快算法之一。他的研究被广泛应用于各种网络和计算技术中，特别是增强端到端服务性能的算法，其被用来解决QoS感知服务组合问题，有望实现网络融合，并从根本上改变云服务供应在未来互联网的服务模式。
本书着重介绍了现有的和未来的软件系统和体系结构，深入探讨了如何与现有的网络融合，针对基于云计算的服务、资源分配的动态性，提供了云计算环境中QoS管理和服务选择方法的详细分类和研究。在不同的云基础设施软件框架上，给出了云服务接纳控制、关联组合模型，并展示了在一体化环境下的性能测评方法及结合多路径网络模型的性能评估，最后研究了当下网络生态系统中不同服务供应商的竞争博弈。
无需讳言，云计算服务动态性的不断升级，如何提供稳定、可靠、高效的服务，保证云资源利用率是提高云服务商市场竞争力和持续发展的关键。这本书的面世将帮助读者优化方法和思路，创建出更好的服务应用架构。

郭嵩；；；；；；；；；；；；；
香港理工大学电子与计算学系教授

；
前；；；言
传统的云计算中心和网络基础设施之间彼此独立，缺乏云资源和网络资源的统一管理与优化方法，导致资源利用率很难提高。随着云计算业务量的激增，网络负担越来越重，这严重地制约了云计算产业的进一步发展。“网络—云”一体化融合势在必行。另外，传统网络的服务质量（Quality of Service，QoS）保障策略已不再适用于“网络—云”一体化环境，具有QoS保障能力的一体化融合系统是促进云计算进一步发展的关键。然而，现有云计算体系并未将网络服务纳入考虑范畴，缺乏对“网络—云”一体化融合的充分认识，因此，业界迫切需要“网络—云”一体化服务质量保障来支撑云计算产业的发展。
本书是两位作者多年教学和科研成果的总结。本书以网络服务和云服务为对象，以QoS保障为主线，系统地回答了如何综合提高云计算环境下服务请求的接纳与调度过程的公平性、服务组合方法的有效性和网络服务性能的可靠性等问题。具体地讲，第1章介绍了云计算的基本概念、云服务与网络服务的关系及“网络—云”一体化的融合趋势；第2章简要地列举了本书中的几种“网络—云”一体化环境下的服务质量保障机制；第3、4章将电信网络中的接纳控制思想引入一体化环境中，详细地介绍了接纳控制方法和相关的模型，并提出了基于接纳控制模型的算法，最终实现了资源分配的优化；第5、6章引入服务组合的概念，分别介绍了一体化环境下基于QoS感知的服务组合方法和基于QoS关联的组合服务方法；第7章基于云服务质量和网络服务质量之间的关系，系统地描述了一体化环境下的性能测评方法；第8章在第7章的基础上，介绍了一体化环境下多路径网络模型及其性能评价方法；第9、10章详细地阐述了一体化环境下服务提供商的竞争博弈关系，针对云计算市场中服务提供商之间的竞争行为展开研究。在国内对云计算日渐重视的背景下，本书有望在一定程度上推动云计算产业化进程，促进一体化环境下的QoS保障基础理论研究。
本书的主要内容受到了国家自然科学基金（资助号：61309031）的支持。本书在编写过程中得到了周易德、向豪、周静云、廖勇和黄超等同学的帮助，刘国权、方芳、李世豪、吕娟和何云龙等同学为本书的编写提供了丰富的素材，雷成丽女士对本书的校对倾注了大量的心血。此外，本书的出版离不开重庆邮电大学计算机学院、科技处及电子工业出版社的大力支持，在此一并表示感谢！
由于作者水平限制，书中难免有各种纰漏，还望读者们海涵。
随着互联网和移动通讯技术的发展，个性化、多元化及碎片化学习成为新时代教育发展的趋势，充分发挥智能终端设备的使用价值变得尤为重要。目前，电脑和移动设备上有许多高效快捷且丰富多彩的工具软件和应用程序App，充分运用好它们，能使这些智能设备更具有价值，为我们的移动学习服务。为此，本书精心挑选了6类共19个常用的工具软件和App应用程序，编写了这本《电脑及移动终端实用工具》一书，希望能为广大电脑及移动终端设备使用者利用互联网进行学习提供帮助。
本书按照学习特点，采用情景设定，项目引领、任务驱动模式进行编写，每个章节有若干项目组成，每个项目均由项目导入、项目分析、项目目标、知识卡片、项目实施、项目小结、思考与练习组成。每个章节代表一类实用工具软件，每个项目讲解一种实用工具软件或应用程序App。本书以实际操作为主，介绍应用程序的使用，形成练中学，学中总结、提升，直至灵活掌握软件的使用。