基于Grid GIS的空間負(fù)載平衡遷移算法研究

趙曉暉 張飛舟2

（1.國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100095；2.北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，北京100871）

1 引言

隨著信息技術(shù)、衛(wèi)星遙感遙測技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）的飛速發(fā)展，利用GIS為勘察到的各類信息建立數(shù)據(jù)庫，搭建電力線路系統(tǒng)的信息應(yīng)用平臺，可以實(shí)現(xiàn)對這些龐大信息進(jìn)行高效管理、深度挖掘、綜合分析和廣泛應(yīng)用，優(yōu)化電力線路的路徑選取和桿塔位的設(shè)計(jì)，縮短電力線路工程的勘測設(shè)計(jì)工期，減少電力線路工程投資，提升項(xiàng)目的復(fù)用率，有效促進(jìn)電力勘測設(shè)計(jì)中測量設(shè)備和測量手段的完善，極大提高電力工程勘察設(shè)計(jì)技術(shù)水平。

電力勘察設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)中的信息類型多樣，海量數(shù)據(jù)存儲復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的快速查詢、多維分析、清晰展示和各種專題地圖的制圖、查找、分析、輸出等一系列功能，需要電力勘察設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)具有良好的系統(tǒng)性能［1］。然而，負(fù)載平衡設(shè)備費(fèi)用較為昂貴，為了有效控制企業(yè)硬件投資費(fèi)用，達(dá)到降本增效的目的，本文提出利用軟件方法來改善系統(tǒng)性能。

網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)（Grid GIS）是利用網(wǎng)格技術(shù)將多臺地理信息服務(wù)器構(gòu)建成一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)地理信息網(wǎng)格調(diào)度、負(fù)載平衡和快速的地理信息服務(wù)，已經(jīng)成為GIS新的發(fā)展方向。同時，專題地圖的劃分角度多種多樣，劃分粒度不斷精細(xì)，多專題地圖的空間疊合操作也日益頻繁。例如，輸變電線路上的桿塔位設(shè)計(jì)，在綜合考慮該輸變電線路區(qū)域的水系、植被、交通網(wǎng)、境界線、地貌等地理要素的情況下，需要對地質(zhì)圖、水文圖、土壤圖等多個專題地圖進(jìn)行疊加分析。這些專題地圖存儲在系統(tǒng)中的不同節(jié)點(diǎn)上，需要空間負(fù)載平衡方案確定在哪些節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行疊合哪些專題地圖，是否需要遷移專題地圖，以及如何選擇遷移的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以便能夠快速有效地進(jìn)行相應(yīng)的空間分析和空間操作等。盡管Grid GIS不斷地調(diào)控空間負(fù)載，但由于系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)加入、退出的隨意性和多專題地圖之間的高交互率，系統(tǒng)經(jīng)常面臨空間負(fù)載的再分配問題。因此，如何有效地處理好多專題地圖的相關(guān)空間操作，保證Grid GIS中的空間負(fù)載合理調(diào)配和有效遷移，是空間負(fù)載平衡研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

本文以專題地圖作為空間負(fù)載的研究對象，緊密結(jié)合空間數(shù)據(jù)存儲，提供以專題地圖為基礎(chǔ)的更實(shí)用的空間服務(wù)。同時，根據(jù)不同的空間負(fù)載狀況、Grid GIS環(huán)境的動態(tài)多變、空間數(shù)據(jù)的復(fù)雜多變和專題地圖的交互多變等空間特性，提出了基于多專題地圖的空間負(fù)載平衡遷移算法，分析了空間負(fù)載遷移條件和子算法調(diào)用的優(yōu)先級，并詳細(xì)描述了算法程序。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M迭代測試，給出空間負(fù)載平衡遷移算法的相關(guān)性能分析，促進(jìn)電力勘測設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)性能的提高。

2 相關(guān)研究概述

2.1 Grid GIS

網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)（Grid GIS）是使用網(wǎng)格技術(shù)，借助地理信息服務(wù)器來構(gòu)建網(wǎng)格環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在分布式GIS中網(wǎng)格調(diào)度、資源管理和地理信息服務(wù)［2-5］。GridGIS有效地解決了空間數(shù)據(jù)的多源性、海量性、異構(gòu)性和時空性等問題，在廣域范圍內(nèi)無縫集成空間數(shù)據(jù)，協(xié)同處理各種空間計(jì)算和空間分析任務(wù)，全面共享空間數(shù)據(jù)，支持跨平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，向用戶提供基本的網(wǎng)格系統(tǒng)服務(wù)和專門的地理服務(wù)。

2.2 空間負(fù)載平衡

空間負(fù)載平衡算法結(jié)合空間信息的地理特性，來合理和透明地分配系統(tǒng)中的空間負(fù)載，提高處理器的利用率和系統(tǒng)的執(zhí)行效率，以達(dá)到系統(tǒng)綜合性能最優(yōu)，主要分為空間靜態(tài)負(fù)載平衡方法和空間動態(tài)負(fù)載平衡方法［6-8］?？臻g數(shù)據(jù)自身的復(fù)雜性和專題地圖劃分粒度的細(xì)化日益增加GridGIS處理空間數(shù)據(jù)的難度，使系統(tǒng)中的一些節(jié)點(diǎn)處于超載，一些節(jié)點(diǎn)處于空閑，不能很好的利用系統(tǒng)中的有效空閑資源。這就需要在Grid GIS中使用空間負(fù)載平衡進(jìn)行合理調(diào)度和分配資源。

3 基于GridGIS的空間負(fù)載平衡遷移算法

在GridGIS系統(tǒng)運(yùn)行過程中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的空間負(fù)載狀況進(jìn)行決策。本文劃分空間負(fù)載狀況為輕載、正常和超載三個狀態(tài)，并假定所有節(jié)點(diǎn)都是正常加入和正常離開系統(tǒng)。但是，由于空間數(shù)據(jù)的特殊性、GridGIS環(huán)境的高動態(tài)性和專題地圖的多交互性等復(fù)雜因素，導(dǎo)致GridGIS中的節(jié)點(diǎn)會發(fā)生空間負(fù)載超載的狀況，需要進(jìn)行空間負(fù)載平衡遷移。本文依據(jù)不同的空間負(fù)載狀況提出基于Grid GIS的空間負(fù)載平衡算法，分為空間任務(wù)遷移算法、空間數(shù)據(jù)遷移算法、空間計(jì)算遷移算法和空間環(huán)境遷移算法四個子算法。在綜合考慮時間開銷、內(nèi)存開銷、磁盤I／O狀況變化和專題地圖數(shù)據(jù)變化情況等方面對負(fù)載遷移的影響，本文認(rèn)為在進(jìn)行負(fù)載遷移時，對四種空間負(fù)載遷移子算法執(zhí)行的優(yōu)先順序遵循先空間任務(wù)遷移，再空間數(shù)據(jù)遷移，再空間計(jì)算遷移，最后空間環(huán)境遷移。

3.1 基于GridGIS的空間任務(wù)遷移算法

當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己超載時，它首先會發(fā)送超載消息，并請求轉(zhuǎn)移其上的空間任務(wù)，主動調(diào)用空間任務(wù)遷移決策?？臻g任務(wù)遷移算法的程序描述如下：

migrateSpatiaITask O

｛

／*初始化節(jié)點(diǎn)空間任務(wù)隊(duì)列*／

queue qtask_do←null；／／正在執(zhí)行的空間任務(wù)隊(duì)列

queue qtask_wait←null；／／正在等待的空間任務(wù)隊(duì)列

cost←δ；／／節(jié)點(diǎn)空間代價量（即節(jié)點(diǎn)上正在執(zhí)行的專題圖層數(shù)據(jù)量和該節(jié)點(diǎn)所承受的最大空間負(fù)載量的比值）

qmax←umax；／／節(jié)點(diǎn)能接受的空間任務(wù)數(shù)

／*更新節(jié)點(diǎn)空間任務(wù)隊(duì)列*／

num←size（qtask_do）+size（qtask_wait）；

if arrivc（ncw_task）thcn／／新空間任務(wù)到達(dá)

if（num=o）then

qtask_do add（new_task）；

if（num＜qmax）then

if（cos＜50%）then

qtask_do.add（new_task）；

else

qtask_wait.add（new_task）；

clsc

send messages to the directory central node；

refuse to receive new spatial task until num＜qmax；

if finish（task）then

qtask do remove（task）；／／空 間 任 務(wù) 完 成離開

／*超載申請空間任務(wù)遷移*／

if（load_state≥I0）then

send“overload”message to the directory central node；

rcccivc the abstract information of undcrload nodcs；

compute spatial cost gains among underload nodes；

record those underload nodes satisfying conditions of spatioal cost gains；

Io cate Load O；

if（exist Replica）then

send the task to underload nodes；

else

migrateSpatialDataO；／／調(diào)用空間數(shù)據(jù)遷移算法

｝

3.2 基于GridGIS的空間數(shù)據(jù)遷移算法

在節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己超載，無法執(zhí)行空間任務(wù)遷移，必須執(zhí)行空間數(shù)據(jù)遷移，主要解決如下幾種典型情況下的數(shù)據(jù)遷移：

（1）超載節(jié)點(diǎn)上的專題地圖數(shù)據(jù)具有多個空間副本，但副本所在節(jié)點(diǎn)或者不能再接受其他空間任務(wù)，或者也同樣處于超載狀態(tài)；

（2）超載節(jié)點(diǎn)上的專題地圖數(shù)據(jù)沒有空間副本存在；

（3）節(jié)點(diǎn)上的專題地圖數(shù)據(jù)沒有空間副本存在，但節(jié)點(diǎn)由于某種原因正在申請離開。

在執(zhí)行空間數(shù)據(jù)遷移算法時，需要遷移專題地圖和與該專題地圖相關(guān)的空間任務(wù)。如果一個節(jié)點(diǎn)上的幾個專題地圖同時進(jìn)行空間數(shù)據(jù)遷移，當(dāng)遷移的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相同時，只需要順序執(zhí)行每個專題地圖的遷移；當(dāng)遷移的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)不同時，采用多線程機(jī)制來進(jìn)行遷移。如果不同節(jié)點(diǎn)上的幾個專題地圖同時遷移到同一個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，那么在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上也執(zhí)行多線程機(jī)制來接收空間數(shù)據(jù)?？臻g數(shù)據(jù)遷移算法的程序描述如下：

migrateSpatiaITask O

｛

／*初始化相關(guān)信息*／

／／節(jié)點(diǎn)專題地圖信息表，m表示節(jié)點(diǎn)上專題地圖總數(shù)

array［m］［］larer_info←layer_id，content，datatype，mbr，isReplica，replicanum；

／／目錄中心節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)信息表，n表示系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)總數(shù)

／／目錄中心節(jié)點(diǎn)是記錄系統(tǒng)中各個節(jié)點(diǎn)的一些重要參數(shù)信息

array［n］［］node_info←node_id，costclass，mbr，isReplica，replicanum；

／／目錄中心節(jié)點(diǎn)的輕載節(jié)點(diǎn)表，k表示系統(tǒng)中的輕載節(jié)點(diǎn)總數(shù)

array［k］［］underload_node_info←node_id；

／／節(jié)點(diǎn)正在執(zhí)行遷移的專題地圖數(shù)

migrate Layer Num←0；

／／*空間數(shù)據(jù)遷移*／

if（layer_info.isReplica=false）then

send“query”messages to the directory central node；

get underload nodes；

compute spatial cost gains among underload nodes；

record those underloadnodes satisfying conditions of spatial cost gains；

locateLoad O；

if（migrate Layer Num=0）then

migrate the layer，

else if（migrateLayer Num=1）then

create multithread and migrate the layer，

else

join multithread and migrate the layer，

else

send“query replicas”messages to the directory central node；

get replica nodes；

compute spatial cost gains among replica nodes；

record those replica nodes satisfying conditions of spatial cost gains；

locateLoad O；

if（migrate Layer Num=0）then

migrate the layer，

else if（migrateLayer Num=1）then

create multithread and migrate the layer，

else

join multithread and migrate the layer，

｝

在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)遷移時，由于受到帶寬的影響，有些專題地圖不能一次傳輸?shù)竭w移目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，需要切分專題地圖。為了切分處理盡可能地簡單化，本文采用規(guī)則切分的方法分割專題地圖，保證切分后的子專題地圖邊界是規(guī)則的。同時，為了能夠統(tǒng)一處理不同的幾何形狀，本文采用最小外包矩形（MBR）來表示每個專題地圖和切分后子專題地圖的空間范圍，有利于在空間數(shù)據(jù)遷移傳輸完成之后，合并子專題地圖。

3.3 基于Grid GIS的空間計(jì)算遷移算法

隨著空間計(jì)算的執(zhí)行使空間負(fù)載狀況變壞，節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行空間計(jì)算遷移。在Grid GIS中，涉及到的空間計(jì)算類型多種多樣，有些空間計(jì)算非常復(fù)雜。本文主要研究針對空間疊加分析相關(guān)的空間計(jì)算遷移，而對于其它類型的空間分析（如緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、數(shù)字高程模型分析等）相關(guān)的空間計(jì)算遷移不進(jìn)行討論。但是，由于專題地圖疊加分析所進(jìn)行的空間計(jì)算，造成節(jié)點(diǎn)空間負(fù)載變化非常復(fù)雜，故本文只考慮在進(jìn)行疊加分析的過程中，只有一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)超載現(xiàn)象，其他參與執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)上的空間負(fù)載狀況良好，忽略專題地圖的空間數(shù)據(jù)類型差異和不同空間數(shù)據(jù)類型在進(jìn)行疊加分析處理的差異。

本文將一個節(jié)點(diǎn)在疊加分析的過程中出現(xiàn)超載現(xiàn)象時的專題地圖狀況分為如下兩類：

（1）需要的多個專題地圖恰好都在一個節(jié)點(diǎn)A上，但此時節(jié)點(diǎn)A的空間負(fù)載狀況隨著疊加分析的進(jìn)行，出現(xiàn)超載；

（2）需要的多個專題地圖分散在不同的節(jié)點(diǎn)上，并且在節(jié)點(diǎn)A上的專題地圖（至少是兩個專題地圖）參與執(zhí)行疊加操作，但此時隨著疊加分析的進(jìn)行，節(jié)點(diǎn)A出現(xiàn)空間負(fù)載超載。

對于第（1）種情況，超載節(jié)點(diǎn)要先查看參與執(zhí)行的幾個專題地圖是否存在冗余空間副本，以及此時冗余空間副本所在節(jié)點(diǎn)的空間負(fù)載狀況，然后決定遷移方案。

對于第（2）種情況，本文設(shè)定其他參與執(zhí)行疊加操作的節(jié)點(diǎn)都沒有超載節(jié)點(diǎn)上的任何一個專題地圖。超載節(jié)點(diǎn)要先查看共同參與執(zhí)行疊加操作的其他節(jié)點(diǎn)是否可以接受它的空間計(jì)算遷移。如果其他節(jié)點(diǎn)中有多個節(jié)點(diǎn)可以接受空間計(jì)算遷移，那么超載節(jié)點(diǎn)選擇當(dāng)前空間負(fù)載最小的節(jié)點(diǎn)作為遷移目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，然后調(diào)用空間負(fù)載平衡定位算法，確定該遷移目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，只執(zhí)行空間數(shù)據(jù)遷移。如果其他節(jié)點(diǎn)都不能接受空間計(jì)算遷移，那么超載節(jié)點(diǎn)會向目錄中心節(jié)點(diǎn)請求空間計(jì)算遷移，并優(yōu)先查找是否具有遷移專題地圖副本的可行節(jié)點(diǎn)。如果沒有可行的副本節(jié)點(diǎn)，超載節(jié)點(diǎn)會向目錄中心節(jié)點(diǎn)查詢當(dāng)前空間負(fù)載最小的輕載節(jié)點(diǎn)。如果有可行的副本節(jié)點(diǎn)，選取原則與第（1）種情況相同。

空間計(jì)算遷移算法的程序描述如下：

migrateSpatialComputeO

｛

1.／*初始化相關(guān)信息*／

2.／／要遷移的m個專題地圖

3.array［m］layer←layer1_id，layer2_id，...，layerm_id；

4.／／目錄中心節(jié)點(diǎn)返回的n個可行副本節(jié)點(diǎn)

5.array［n］［］replicanode_info←node_id，layer_id，node_load_state；

6.／／目錄中心節(jié)點(diǎn)的輕載節(jié)點(diǎn)表

7.array［k］［］underload_node_info←node_id，node_load_state；

8.／／參與執(zhí)行空間計(jì)算的s個節(jié)點(diǎn)

9.array［s］performnode←node1_id，node2_id，...，nodes_id，；

10.／*空間計(jì)算遷移*／

11.if（all the migrating layers in the overload node）then

12.if（exist replicas of the migrating layers）then

13.send messages to the directory central node；

14.get replicanode_info；

15.if（replica node accepts new tasks）then

16.choose replica node having minimum node_load_state in replica_node_info according to the replica nodes priority；

17.locateLoad O；

18.migrate spatial computing content；

19.else

20.send messages to the directory central node；

21.get a underload node having minimum node_load_state；

22.locateLoad O；

23.migrate spatial computing content；

24.else

25.get a underload node having minimum node_load_state；

26.locate LoadeO；

27.migrate spatial computing content；

28.else

29.if（perform node accepts new tasks）then

30.locateLoad O；

31.migrateSpatiaIDataO；

32.else

33.perform the codes between line 12 and line 27；

｝

3.4 基于GridGIS的空間環(huán)境遷移算法

4 實(shí)驗(yàn)分析

當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己處于超載狀況或者該節(jié)點(diǎn)要離開系統(tǒng)，它會請求進(jìn)行空間負(fù)載遷移，但此時系統(tǒng)中輕載節(jié)點(diǎn)和該節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行環(huán)境是異構(gòu)的。同時，在該節(jié)點(diǎn)上正在執(zhí)行的和待處理的空間操作都是依賴于它的運(yùn)行環(huán)境，導(dǎo)致即使輕載節(jié)點(diǎn)具有該節(jié)點(diǎn)上專題地圖的副本，也不能執(zhí)行空間操作，需要進(jìn)行空間環(huán)境遷移。很顯然，空間環(huán)境遷移的開銷代價高，容易引起一致性問題。本文只關(guān)注與空間操作相關(guān)的軟件宿主環(huán)境，而且認(rèn)為相關(guān)聯(lián)的所有軟件程序具有良好的可移植性和平臺無關(guān)性。

在進(jìn)行空間環(huán)境遷移時，本文把空間操作相關(guān)的軟件宿主環(huán)境、空間計(jì)算程序、專題地圖數(shù)據(jù)和相關(guān)空間計(jì)算的中間結(jié)果以整體打包壓縮方式進(jìn)行遷移。由于遷移量較大和帶寬受限使遷移不能一次傳輸完成，本文將壓縮后的空間遷移負(fù)載進(jìn)行切塊，塊的大小選擇依據(jù)具體的帶寬情況，但要保證每塊可以一次遷移完成。另一方面，本文不考慮遷移目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否具有該節(jié)點(diǎn)的專題地圖副本，減少請求任務(wù)完成的等待時間。然而，在遷移目標(biāo)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完該空間操作后，它會刪除這些遷移負(fù)載來釋放自己被占用的空間資源。因此，在刪除之前，遷移目標(biāo)節(jié)點(diǎn)會先確定是否有相關(guān)的遷移負(fù)載副本存在。如果副本存在，那么它就立即執(zhí)行刪除操作；否則，它選擇暫時保留，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)輕載或者重新加入系統(tǒng)后，再執(zhí)行刪除操作?？臻g環(huán)境遷移算法的程序描述如下：

mograteSpatoa；Emvorpment O

｛

／*初始化相關(guān)信息*／

／／目錄中心節(jié)點(diǎn)的輕載節(jié)點(diǎn)表，k表示系統(tǒng)中的輕載節(jié)點(diǎn)總數(shù)

array［k］［］underload_node_info←node_id，node_load_state，environmenttype；

／／申請遷移的節(jié)點(diǎn)

array［］migrate_node_node_id，node_load_state，environmenttype；

／*空間環(huán)境遷移*／

if（migrate_node.environmenttype≠underload_node_info.environmenttype）then

choose the underload node which has the minimum node_load_state；

locateLoadO；

migrate all the migrating contents in the type of compressed packages；

｝

Nebula系統(tǒng)是一個網(wǎng)格空間計(jì)算任務(wù)處理系統(tǒng)，能夠協(xié)同處理海量的空間信息，實(shí)現(xiàn)空間計(jì)算能力的有效分配和管理，提出了基于域的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)架構(gòu)［9］。SLBM系統(tǒng)是為Nebula系統(tǒng)提供性能監(jiān)測，合理調(diào)配Nebula中的空間負(fù)載。本文提出了一個基于Nebula的空間負(fù)載平衡遷移模擬系統(tǒng)（SLBM），模擬了Nebula中一個節(jié)點(diǎn)在t時刻出現(xiàn)超載，需要SLBM系統(tǒng)執(zhí)行空間數(shù)據(jù)遷移的過程，給出模擬測試的相關(guān)性能分析。

表1 t時刻的節(jié)點(diǎn)模擬信息

空間數(shù)據(jù)遷移模擬測試選取10個同構(gòu)節(jié)點(diǎn)、6個專題地圖、3個域，采用多次重復(fù)迭代的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。假設(shè)節(jié)點(diǎn)的空間負(fù)載狀況是由節(jié)點(diǎn)空間代價量所決定的。在t時刻，節(jié)點(diǎn)模擬信息如表1所示，專題地圖模擬信息如表2所示，系統(tǒng)模擬域如圖1所示。對于專題地圖模擬信息中空間數(shù)據(jù)量級別v，本文假設(shè)為10個級別（用正整數(shù)表示），每10M為一個級別。

表2 t時刻的專題地圖模擬信息

假設(shè)專題地圖D引起節(jié)點(diǎn)n9超載，SLBM系統(tǒng)執(zhí)行如下操作：

（1）節(jié)點(diǎn)n9向其所在域I目錄報告超載，請求執(zhí)行空間任務(wù)task_a遷移；

（2）域I目錄發(fā)現(xiàn)域I內(nèi)沒有D的副本后，把節(jié)點(diǎn)n9的空間任務(wù)遷移請求轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)目錄，同時通知節(jié)點(diǎn)n9等待接收系統(tǒng)目錄的查詢返回結(jié)果；

（3）系統(tǒng)目錄查詢專題地圖信息表（見表1），查找到D的副本節(jié)點(diǎn)n8和n6存在，再在節(jié)點(diǎn)信息表（見表2）中，查看節(jié)點(diǎn)n8和n6的當(dāng)前空間負(fù)載狀況，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)n6雖然沒有超載，但已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行，不能再接受新的空間任務(wù)；同時，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)n8也不能再接受新的空間任務(wù)；然后，通知節(jié)點(diǎn)n9不能執(zhí)行空間任務(wù)遷移；

（4）節(jié)點(diǎn)n9再次向域I發(fā)出空間數(shù)據(jù)遷移請求；

（5）域I目錄發(fā)現(xiàn)在域內(nèi)節(jié)點(diǎn)中只有節(jié)點(diǎn)n1可以執(zhí)行，把節(jié)點(diǎn)n1的IP地址傳給節(jié)點(diǎn)n9；

（6）節(jié)點(diǎn)n9主動連接節(jié)點(diǎn)n1，執(zhí)行空間數(shù)據(jù)遷移操作。

在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)遷移時，網(wǎng)絡(luò)帶寬是影響空間數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)鍵因素之一。因此，本文模擬測試在帶寬為2M的局域網(wǎng)和帶寬為100M的廣域網(wǎng)兩種情況下，單節(jié)點(diǎn)接收遷移專題地圖D的傳輸時間，并且假定其他節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀況不影響帶寬。在帶寬一定和單節(jié)點(diǎn)接收的情況下，本文模擬測試了遷移空間數(shù)據(jù)量與傳輸時間的關(guān)系，如圖1所示。

從圖1中可以看到，在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)遷移時，帶寬越大，遷移空間數(shù)據(jù)的傳輸時間越少。因此，當(dāng)空間數(shù)據(jù)遷移量小于20M時，本文認(rèn)為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)都可以執(zhí)行空間遷移任務(wù)；但是，當(dāng)空間數(shù)據(jù)遷移量大于20M時，本文認(rèn)為廣域網(wǎng)執(zhí)行空間遷移任務(wù)明顯優(yōu)于局域網(wǎng)。為了更好地執(zhí)行空間遷移任務(wù)，應(yīng)盡可能地增大網(wǎng)絡(luò)帶寬。

此外，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)接收空間數(shù)據(jù)遷移時，由于帶寬需要同時分配給多個節(jié)點(diǎn)，無論帶寬采取何種分配方式，每個節(jié)點(diǎn)平均能夠占有的帶寬就會大幅減少。例如，在帶寬為100M的網(wǎng)絡(luò)中，如果有10個節(jié)點(diǎn)同時接收空間數(shù)據(jù)遷移，那么每個節(jié)點(diǎn)平均獲取的帶寬為10M，遷移空間數(shù)據(jù)的傳輸時間就會增大10倍。很顯然，空間數(shù)據(jù)遷移效率降低較大。特別是，如果空間數(shù)據(jù)遷移量也同時增多，那么空間數(shù)據(jù)遷移效率將更低，傳輸時間可能達(dá)到無法預(yù)測的狀況。因此，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時接收空間數(shù)據(jù)遷移時，參與的節(jié)點(diǎn)數(shù)和遷移的空間數(shù)據(jù)量尤為重要，并且應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行二者的權(quán)衡。

5 結(jié)語

本文結(jié)合了Grid GIS的異構(gòu)性和電力勘察設(shè)計(jì)工程中多專題地圖的交互性，提出了基于多專題地圖的空間負(fù)載平衡遷移算法，依據(jù)不同的空間負(fù)載狀況，給出了遷移條件和遷移原則，提出了空間任務(wù)遷移、空間數(shù)據(jù)遷移、空間計(jì)算遷移和空間環(huán)境遷移四個子算法，構(gòu)建了基于Neb-ula的空間負(fù)載平衡遷移模擬系統(tǒng)SLBM，進(jìn)行了迭代模擬測試和相關(guān)性能分析，提高了電力勘察設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的性能。本文后續(xù)工作將進(jìn)一步對電力勘察設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)的多專題地圖進(jìn)行空間操作和空間分析時，出現(xiàn)有多個節(jié)點(diǎn)同時出現(xiàn)超載的情況進(jìn)行深入研究。