一種雲計算系統的服務資源動態調節方法與流程

2023-05-16 09:22:01 1

本發明涉及智能電網領域，特別是涉及通信網絡，以及優化理論。

背景技術：

雲計算(Cloud Computing)從狹義上講是指打基礎設施的交付和使用模式,即通過網絡按需、易擴展的方式獲取所需的資源。廣義上雲計算是指服務的交付和使用模式,指通過網絡按需、易擴展的方式獲得所需服務。提供資源的網絡稱為"雲",其計算能力通常是由分布式的大規模集群和伺服器虛擬化軟體搭建決定的。

雲計算提供的服務資源的類型可將雲計算劃分為3大類:基礎設施服務(IaaS)、平臺服務(PaaS)、軟體服務(SaaS)，基礎設施服務通過虛擬化和分布式存儲等技術,實現對包括伺服器、存儲設備、網絡設備等各種物理硬體資源的抽象,從而形成了一個按需分配且可擴展的虛擬化資源池。IaaS對外提供的是各種基礎設施服務,如虛擬主機、磁碟及主機互聯而成的網絡。這些虛擬主機不僅可運行Windows作業系統,還可運行Linux作業系統,在用戶看來,它與一臺真實的物理主機是沒有區別的。目前具有代表性的IaaS產品有:亞馬遜(Amazon)AWS中的虛擬機EC2、雲存儲平臺為開發者提供了應用程式的開發環境和運行環境,將開發者從繁瑣的IT環境管理中解放出來,自動實現應用程式的部署和運行,使開發者能夠將精力集中於應用程式的開發,極大地提升應用的開發效率。PaaS主要面向軟體應用程式的開發者。Google的AppEngine和國內的新浪SAE都採用了PaaS的模式。軟體即服務主要面向使用軟體的終端用戶。一般來說SaaS將軟體功能特定的接口形式發布,終端用戶通過網絡瀏覽器就可使用軟體功能。終端用戶將只關注軟體業務的使用,除此之外的工作,如軟體的升級等是在客戶端實現的,對終端用戶都是透明的，雲計算體系架構參考模型如圖1所示。

雲服務的資源優化是為不同目標、從不同角度為基礎進行資源的調配或控制,代表性的資源最大化內容包括:滿足用戶的資源請求,使用成本最低,最大資源利用率等優化目標函數,進一步細分主要工作集中在資源節能技術、資源負載平衡、虛擬機遷移及高可靠QoS服務。

目前雲計算系統的服務資源動態優化技術主要有：

1.靜態初始化優化管理

靜態初始優化管理主要針對用戶的任務、資源需求及能耗最低策略設計,基於任務是從用戶角度出發,而基於資源粒度是從資源需求進行研究。

(1)基於任務特徵的優化資源節能管理主要是根據任務特徵來優化資源分配策略。部分學者提出了基於臨時覆蓋的優化分配策略,該策略首先根據虛擬機的相關屬性建立一個表,該表根據不同的虛擬機組合,及計算對應的執行速度和支付成本,然後按照這個速度進行遞増排序來構建這個排序表,並從中選擇滿足資源需求的最小支付成本集合,此成本就是資源運行效能最大化。

(2)基於資源粒度的優化是從任務對資源的偏好的差異對虛巧機進行初始或重新配置,通過對資源優化組合獲得成本更低的虛擬機到物理機的映射配置。根據用戶的任務需求分為單資源和多資源,在單資源配置中,保證用戶需求得到滿足條件下,尋求最小資源需求下的最大化物理機效能,支配資源公平性分配策略DRF是一種常用的策略，在多資源需求分配中,為解決分配的公平和效率平衡,往往採用折中的策略。

2動態優化技術管理

動態優化技術節能是通過動態地監測資源使用情況,並根據實際情況做出相應的調整。DVFS是用硬體的方法調整工作頻率實現的節省電能,虛擬機配置優化和遷移則是通過動態修正物理機的能效獲得節能。

(1)DVFS節能技術

DVFS即動態電壓頻率調整,動態技術則是根據晶片所運行的應用程式對計算能力的不同需要,動態調節晶片的運行頻率和電壓,從而達到節能的目的。降低頻率可降低功率,但是單純地降低頻率並不能節省能量。除此之外,DVFS方法能夠利用因任務交互而導致的空閒時間。利用與任務相關的空閒期時間來執行任務,即在負載空閒時間降低頻率和電壓,達到降低能耗的作用。

儘管上述優化技術使雲計算資源利用效能獲得了提升，但尚不能滿足大範圍的動態應用需求，為此有必要提出一種滿足QoE的服務資源動態調節機制。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：通過建立雲計算系統中的無線mesh網絡資源優化模型和進行雲服務單元的服務精細化管理，實現雲計算系統服務資源的自適應調節能力。

本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案包括以下步驟，如圖2所示：

A、建立雲計算系統中的無線mesh網絡資源優化模型；

B、進行雲服務精細化管理。

所述步驟A中，具體為：採用基於單播的無線mesh網絡作為雲計算系統的數據傳輸平臺，並對其資源進行優化處理，具體為：

IM-1＝{0,1,...,M-2}

其中G(N,E)為無線mesh網絡的連通圖，N為網絡中的節點集合，E為網絡中的鏈路集合，t(l)為鏈路l的發送節點，r(l)為鏈路l的接收節點，TO(n)為以節點n為起始節點的鏈路集合，Ti(n)為以節點n為目的節點的鏈路集合，Γ為網絡中的源節點與目的節點對集合，(s,d)為源節點s與目的節點d之間的單播集合，cl為鏈路l的容量，為鏈路l的平均丟包率，為業務的平均傳輸速率，為(s,d)之間的數據傳輸所需傳輸子網數目，為(s,d)的第個子網，為(s,d)的第個子網的平均傳輸速率，M為子網的最大數目，lM＝{0,1,2,...,M-1}為(s,d)間的子網標識集合，Pi(s,d)為(s,d)中的Li數據成功傳輸的概率，為決策變量，若鏈路l用於傳輸(s,d)中的Li數據包則反之則為源節點s與目的節點d之間子網Li中用於傳輸業務數據的鏈路集合，為決策變量，若子網Li中的數據包的發送源節點為s且目的節點為d，則反之則為中的子網優先級權重係數，中根據子網優先級不同則其具有不同的優先級權重係數，當i<j時，為的QoS約束值，J為所有獨立數據包的標識集合，i和j為獨立子網標識，Zj為多條鏈路被同時使用的決策係數集合，為決策變量，若鏈路l經過第j個子網，則反之則aj為每個時隙中使用第j個子網進行業務數據傳輸的鏈路觸發因子。

所述步驟B中，使用服務管理控制單元進行服務精細化管理，具體為：服務管理控制單元包括服務周期循環操作與控制單元、服務邏輯規劃單元、雲服務資源發現與分配單元、基於雲服務的架構部署設置單元、虛擬服務池、雲服務定義與操作單元、數據分析單元、數據和服務管理單元、服務邏輯規劃單元以及流數據處理單元，其中服務周期循環操作與控制單元包含服務周期循環規則管理單元和管理引擎，雲服務資源發現與分配單元包含資源自適應優化分配單元和虛擬網絡架構管理單元，雲服務定義與操作單元包含虛擬服務與實體服務映射轉化單元和服務請求單元，數據分析單元包含模糊控制單元、數據文檔和分類和歸一化處理單元，數據和服務管理單元包含數據修正引擎和日誌文檔管理單元。

所述步驟B中，一方面，首先服務請求單元接收用戶的服務請求，並將其傳遞至數據分析單元，數據分析單元中的模糊控制單元通過相應的規則將數據文檔進行預處理，然後進行分類和歸一化處理，並且其通過日誌文檔管理單元傳遞至數據修正引擎，數據修正引擎將修正調節參數和被處理後的數據傳遞至管理引擎，另一方面，服務周期循環操作與控制單元通過服務邏輯規劃單元將動態管理信息傳遞至雲服務資源發現與分配單元，其中服務邏輯規劃單元用於雲服務進程的動態分配與調整，雲服務資源發現與分配單元根據動態管理信息，並通過QoE優化保障單元提供的相關參數信息對虛擬服務池中的服務資源進行搜尋與分配，隨之通過虛擬服務與實體服務映射轉化單元實現虛擬服務資源與實體服務資源的實時轉化。

附圖說明

圖1雲計算體系參考模型示意圖

圖2雲計算系統的服務資源動態調節流程示意圖

具體實施方式

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

第一步，建立雲計算系統中的無線mesh網絡資源優化模型，採用基於單播的無線mesh網絡作為雲計算系統的數據傳輸平臺，並對其資源進行優化處理，具體為：

IM-1＝{0,1,...,M-2}

其中G(N,E)為無線mesh網絡的連通圖，N為網絡中的節點集合，E為網絡中的鏈路集合，t(l)為鏈路l的發送節點，r(l)為鏈路l的接收節點，TO(n)為以節點n為起始節點的鏈路集合，Ti(n)為以節點n為目的節點的鏈路集合，Γ為網絡中的源節點與目的節點對集合，(s,d)為源節點s與目的節點d之間的單播集合，cl為鏈路l的容量，為鏈路l的平均丟包率，為業務的平均傳輸速率，為(s,d)之間的數據傳輸所需傳輸子網數目，為(s,d)的第個子網，為(s,d)的第個子網的平均傳輸速率，M為子網的最大數目，lM＝{0,1,2,...,M-1}為(s,d)間的子網標識集合，為(s,d)中的Li數據成功傳輸的概率，為決策變量，若鏈路l用於傳輸(s,d)中的Li數據包則反之則為源節點s與目的節點d之間子網Li中用於傳輸業務數據的鏈路集合，為決策變量，若子網Li中的數據包的發送源節點為s且目的節點為d，則反之則為中的子網優先級權重係數，中根據子網優先級不同則其具有不同的優先級權重係數，當i<j時，為的QoS約束值，J為所有獨立數據包的標識集合，i和j為獨立子網標識，Zj為多條鏈路被同時使用的決策係數集合，為決策變量，若鏈路l經過第j個子網，則反之則aj為每個時隙中使用第j個子網進行業務數據傳輸的鏈路觸發因子。

第二步，進行雲服務精細化管理，具體步驟為：使用服務管理控制單元進行服務精細化管理，具體為：服務管理控制單元包括服務周期循環操作與控制單元、服務邏輯規劃單元、雲服務資源發現與分配單元、基於雲服務的架構部署設置單元、虛擬服務池、雲服務定義與操作單元、數據分析單元、數據和服務管理單元、服務邏輯規劃單元以及流數據處理單元，其中服務周期循環操作與控制單元包含服務周期循環規則管理單元和管理引擎，雲服務資源發現與分配單元包含資源自適應優化分配單元和虛擬網絡架構管理單元，雲服務定義與操作單元包含虛擬服務與實體服務映射轉化單元和服務請求單元，數據分析單元包含模糊控制單元、數據文檔和分類和歸一化處理單元，數據和服務管理單元包含數據修正引擎和日誌文檔管理單元。

第三步，一方面，首先服務請求單元接收用戶的服務請求，並將其傳遞至數據分析單元，數據分析單元中的模糊控制單元通過相應的規則將數據文檔進行預處理，然後進行分類和歸一化處理，並且其通過日誌文檔管理單元傳遞至數據修正引擎，數據修正引擎將修正調節參數和被處理後的數據傳遞至管理引擎，另一方面，服務周期循環操作與控制單元通過服務邏輯規劃單元將動態管理信息傳遞至雲服務資源發現與分配單元，其中服務邏輯規劃單元用於雲服務進程的動態分配與調整，雲服務資源發現與分配單元根據動態管理信息，並通過QoE優化保障單元提供的相關參數信息對虛擬服務池中的服務資源進行搜尋與分配，隨之通過虛擬服務與實體服務映射轉化單元實現虛擬服務資源與實體服務資源的實時轉化。

本發明提出了一種雲計算系統的服務資源動態調節方法，通過建立雲計算系統中的無線mesh網絡資源優化模型和進行雲服務單元的服務精細化管理，實現雲計算系統服務資源的自適應調節能力。