[发明专利]一种网络GIS异构集群服务器负载均衡方法

说明书

技术领域

本发明属于网络空间信息服务技术领域，尤其涉及一种网络GIS异构集群服务器负载均衡方法。

背景技术

网络GIS极大方便百姓生活的同时，也带来了巨大的访问量，如Google Earth访问量已超过1亿并与日俱增，其服务器性能成为影响其网络服务质量的关键因素之一^[1]。网络GIS中多采用异构服务器集群实现大规模网络服务，并用负载均衡技术实现多服务器之间的负载分配，以提高网络GIS集群服务系统的整体性能^[2，3]。但随着地形数据的海量增长，数据内容请求所产生的负载差异越来越大，访问局部性逐渐成为影响集群服务系统性能的另一个重要因素^[4]；且地形数据具有其固有的访问流行特征，即一定时间内访问热点高度集中，访问具有爆发性，访问内容相对稳定。因而网络GIS中数据访问分布的不均衡性和异构服务器处理能力的不均衡性，是影响其集群服务系统负载不均衡的关键。如何在负载均衡策略中，综合考虑并平衡此两种不均衡因素，减少用户访问延时，加速地形数据的提取，从而提高用户在网络GIS中的漫游体验感知，是网络GIS服务质量技术中需解决的难题之一。

服务器集群及负载均衡提供了一种廉价、有效、透明的方法扩展网络系统的带宽和吞吐量。它在国内外研究已经非常广泛，基本有两类方法：一类为基于静态任务分配的负载均衡方法，如轮转方法、快速反应优先算法、目标地址散列调度和源地址散列调度算法等，该类算法只利用集群系统的平均负载信息，不考虑集群系统当前负载特征，仅适用于小规模集群系统，为静态的负载均衡；另一类算法可合理地考虑集群系统服务器当前的负载状态并选择当前时刻最优的服务器进行请求转发，为动态负载均衡，如最少连接算法、最小负载算法及相关的变种算法。若设计合理恰当，动态负载均衡算法可以比传统的静态负载均衡算法的调度性能和效率提高30-40％左右^[5]。但针对网络GIS异构集群服务系统运行行为的动态负载均衡算法研究并不多见。在此领域，Shekhar等人基于GIS中地形数据任务分割提出任务迁移的动态负载均衡算法^[6]；Lee等考虑了服务器的连接状态，提出基于Agent的负载分发器^[7]；张喜平等引入请求分配器的服务器集群技术和代理技术，实现了一种简单动态负载均衡策略来访问访问Web GIS^[8]；朱江等提出了基于地图内容的自适应动态反馈均衡模型，对请求的地图可视窗口进行分割并根据划分窗口的标示选择最小负载的服务器^[9]。总而言之，我们观察到现有的相关工作，实质上都基于负载分配能力的提高，且都为最小负载均衡算法的优化，未考虑网络GIS中大规模用户的高度聚集访问特性和异构服务器集群的处理性能的差异。

近年有研究发现，地形数据访问请求符合Zipf-like分布规律，即访问存在局部热点，20％的数据吸引了80％的请求^[10，11]。现有的网络GIS服务器为了提高系统响应性能，一般缓存部分数据加速数据访问^[12，13]。若基于Zipf-like分布规律缓存局部热点地形数据，对访问进行局部控制，在提高缓存命中率的同时考虑热点数据的访问负载均衡，可增加服务器单位时间内处理请求的数量，从而提高集群服务数据响应性能。但地形数据的访问局部性又可能导致部分服务器上负载集中，造成服务器集群系统的负载失衡。因而如何协调负载分配和访问局部性两者间的关系，使异构集群环境下每台服务器的负载尽量保持一致，获得良好的请求响应性能和较高的系统吞吐率，是理想的负载均衡策略需考虑的关键问题。

文中涉及的参考文献如下：

[1]吴华意，章汉武.地理信息服务质量(Qo GIS)：概念和研究框架[J].武汉大学学报：信息科学版，2007，32(5)：385-388.

[2]喻占武，李忠民，郑胜.基于对象存储的新型网络GIS体系结构研究[J].武汉大学学报：信息科学版，2008，33(3)：285-288.

[3]孟令奎，邓世军，赵春宇，等.多服务器技术在WebGIS中的应用[J].武汉大学学报：信息科学版，2004，29(9)：832-835.

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