专利名称：一种基于smdp的动态云计算资源优化分配方法
技术领域：
本发明属于计算机通信技术领域，涉及云计算系统的资源优化分配方法，尤其涉及移动云计算系统中对云计算服务域的云计算资源的优化配置方法。
背景技术：
云计算是一种以资源按需分配，pay-as-you-go，效能计算为特征的新的计算服务平旲式(Armorust, M.，Fox, A.，Griffith，R.，Josepn, A.，Katz, R.，Konwinski, A.，Lee,G.，Patterson，D.，Rabkin，A.，Stoica，I.，et al. “Above the clouds A berkeleyview of cloud computing” · EECS Department, University of California，Berkeley，Tech. Rep. UCB/EECS-2009-28 (2009))。云计算不仅为云计算服务商同时也为个人用户提供了一种新的计算模式，它可以被广义的分为infrastructure-as-a-service (IaaS)，platform-as-a-service (PaaS)以及 software-as-a-service (SaaS) ニ大类。随看无 戈通信技术以及互联网技术的发展，移动终端将逐渐取代PC机成为全球最主要的互联网接入设备。由于移动终端(MD)与传统有线终端相比具有更多的优势(例如移动性，灵活性以及感知能力等)，因此将移动计算和云计算技术结合在一起自然就成为构建移动应用的新方法，目前无论在学术界还是エ业界也吸引了越来越多的关注。因而，一个新的研究领域-移动云计算(Mobile Cloud Computing)也就应运而生。在以前关于移动云计算的研究中，主要的研究方向集中在计算任务的上传下载、远程运行以及动态组织等。作者在(X. Li，H. Z，and Y. Zhang，“Deploying MobileComputation in Cioud Service，，in Proceedings of the First InternationalConference for Cloud Computing (CloudCom)，2009，p. 301.)中提出了ー个在移动终端和云端都能运行移动应用的移动云计算模型，从而资源有限的移动终端能将计算、传输以及存储任务上传到云端运行。作者在(B. Chun and P. Maniatis，“AugmentedSmartphone Applications Through Clone Cloud Execution，，，in Proceedings ofUSENIX HotOS XII，2009.)中通过增加执行次数来配置CloneCloud云资源，但是没有考虑到用户终端的实际运行状态。移动终端通过云计算网络对弹性应用服务的资源分配在(X. Zhang, j. ^chiffman, iribbs, A. Kunjithapatham, and Jeong，“Securing elasticapplications on mobile devices for cloud computing，，，in Proceedings of the 2009ACM workshop on Cloud computing security，2009，pp. 127-134.)里面做了一些初步的研咒。在文献(D. Huang, X. Zhang, M. Kang, and J. Luo，“Mobicloud :A secure mobile cloudframework for pervasive mobile computing and communication，，，in Proceedings of5th IEEE International Symposium on Service-Oriented System Engineering,2010.)里，Huang等人提出了移动云计算架构，该模型允许移动终端将相关应用上传到云端的虚拟机(VM-Virtual Machine)运行。作者在(X. Meng，V. Pappas，and L. Zhang，“Improvingtne scalability of data center networks with trafficaware virtual machineplacement，，，in IEEE INF0C0M，San Diego，CA，USA，March 2010.)中提出了一种根据不同地域的不同流量来配置虚拟机，通过优化配置虚拟机的放置位置来提高网络的利用率的新方法。实际上，由于这些关于移动云计算的架构设施的研究探讨已经比较充分，因此，移动云计算的资源分配自然将成为下ー个的主要研究方向。在移动云计算网络中，基于服务器族群在地理位置上的分布式放置，系统的云计算资源(例如CPU，内存以及存储等)分别由多个移动云计算服务域来负责分配。每ー个移动云计算服务域由多个虚拟机(VM-Virtual Machine)组成,而姆ー个虚拟机(VM)则由能处理ー个云计算服务的最小云计算资源组成。尽管与移动终端相比，移动云计算网络的云计算资源通常被认为是无限的，但是仍然非常有必要充分利用移动云计算服务域中的云计算资源来实现移动云计算网络的低成本运行。目前对云计算尤其是移动云计算的资源优化分配进行的研究还比较少。文献(H. Liang, D.Huang, and D.Peng,“On Economic Mobile Cloud Computing Model,”inin Proceedings of the International Workshop on Mobile Computing andClouds (MobiCloud in conjunction with MobiCASE), 2010.)提出了一个经济型的移动 云计算资源分配模型，该模型能在给定系统配置的情况下，通过在云端和移动终端之间优化分配移动应用来获得移动云计算网络的最大收益。文献(G.Wei，A. V. Vasilakos,Y.Zheng, and N. Xiong, “A game-theoretic method of lair resource allocation forcloud computing services, ” 2009.)提出了一个基于博弈论的云计算资源分配模型，该模型能根据移动終端对用户服务质量(QoS)的需求来分配云计算资源。另外，还有ー些文献对云计算网络如何通过虚拟机或者是数据中心的服务器来优化分配云计算资源进行了石 (K. Lorincz, B. r. Chen, J. Waterman, G. Werner_A丄丄en， and M. Welsh，“Resourceaware programming in the pixie os,，, in SenSysj 08, Raleigh, North Carolina,USA, November 2008.)中，作者提出了一个新的云计算操作模型,该操作模型不仅能使用户在掌握云计算资源的情况下进行编程，同时也能实现云计算网络中，云计算服务重用云计算资源的分配模式。文献(K. Lorincz, B. Chen, J. Waterman, G. Werner-Allen, andM. WelsH stratified approach I or supporting high throughput event processingapplications, ” in DEB S’ 09, Nashville, TN, USA, July2009.)对云计算网络中事件应用的云计算资源分配进行了研究。在(G. Tesauro, N. K. Jong, R. Das, and Μ. N. Bennani, uKhybrid reimorcement learning approach to autonomic resource allocation,，，inProc. of ICAC-O6, Dublin, Ireland, June 2006.)中，作者提出了一个基于增强型自学习系统的资源分配模型来对云计算网络中的服务器进行动态分配，从而提高云计算网络的收Μ。 ￠: (K. Bo丄oor，R. Chirkova，Y. Vimotis，and Γ. Salo, ^Dynamic request allocationand scheduling for context aware applications suoject to a percentile responsetime sla in a distributed cloud,，，in 2nd IEEE International Conference on CloudComputing Technology and Science,Indianapolis, Indiana, USA, November 2010.)中，作者提出了ー个通用的对云计算服务请求进行分配和规划的方案，该方案在获得用户指定的服务质量的同时，提高了云计算服务提供商的收益。针对云计算资源的优化分配，国内也提出了一些解决方案。比如在专利申请201110097395.8(—种管理控制云计算网络技术系统)中，作者(曹雪竹)提出了ー种管理控制云计算网络技术系统的发明；在专利申请201110138021.6( —种云计算资源管理系统及方法)中，作者(季昕华，聂颂，杜海和马强)提出了一种云计算资源管理系统及方法的发明；在专利申请201110075410.9(云计算操作系统中配置信息的管理方法和系统)中，作者(张立强和张海涛)提出了ー种云计算操作系统中配置信息的管理方法和系统的发明；在专利申请201080005003. 4 (用于在云计算环境中自动管理虚拟资源的系统和方法)中，作者(S ·Μ·尤姆伯豪克)提出了一种用于在云计算环境中管理虚拟资源的系统的发明；在专利申请201110222073. I ( —种基于虚拟化资源的云计算管理系统)中，作者(沈凌云，阮敏慧和周永丰)提出了一种基于虚拟化资源的云计算管理系统(C2MS)的发明。移动云计算网络的ー个主要优势是允许移动終端在云端运行他们的移动应用服务。而ー个云计算服务还可以被分配多个VM的云计算资源来使移动终端获得更高的计算和存储能力。当移动云计算服务域收到一个从移动终端发送过来的云计算服务请求时，系统需要分析当前可用的云计算资源，并基于分析结果决定是否接收该云计算服务请求；如果决定是接收，那么系统还需要进ー步判决具体为该移动终端的云计算服务请求分配多少云计算资源(即VM的个数)。如果移动云计算服务域中所有的云计算资源已经被占用，那么由于云计算资源的 不足，系统会拒绝该移动终端的云计算服务请求(我们假设在移动云计算中，没有队列缓冲)。对移动終端云计算服务请求的拒绝不仅对移动终端的用户满意度和服务质量带来了负面的影响，而且也极大地降低了系统的净收益。移动云计算服务域的系统收入通常随着被接收的云计算服务请求数量的增加而増加。但另一方面，随着系统接收的云计算服务请求越多，那么分配给每ー个云计算服务的云计算资源也就越少，从而降低了正在接受服务的移动终端的用户满意度以及移动云计算服务域的系统性能。而现有关于云计算资源分配方法大部分只考虑了系统的收入，没有考虑到云计算资源被占用所帯来的支出，也没有考虑到移动终端的用户满意度和服务质量(QoS)。因此，为了能得到移动云计算服务域全面的系统收益，在计算移动云计算服务域的系统收益时，不仅需要考虑移动云计算网络的收入，也需要考虑云计算资源被占用所帯来的支出以及移动终端的用户满意度和服务质量(QoS)。
发明内容
针对移动云计算网络云计算服务域的云计算资源的优化分配问题，本发明的目的在于提供一种基于SMDP的动态云计算资源优化方法。本发明新提出了基于半马氏决策过程(SMDP)的移动云计算服务域动态云计算资源优化分配模型，通过该模型来获得移动云计算服务域的云计算资源的优化分配决策策略，并得到移动云计算服务域的最大收益，该收益不仅考虑了接收云计算服务请求所帯来的收入，同时也考虑了因云计算服务占用云计算资源所帯来的支出，以及移动终端的用户满意度和服务质量(QoS)。因此，该发明对移动云计算系统的整体收益以及移动终端客户对移动云计算网络的满意度的提高都具有非常重要的作用，这也是本发明的实际价值所在。本发明的技术方案为一种基于SMDP的动态云计算资源优化分配方法，其步骤为I)云计算服务域系统将用户满意度划分为N类，满意度类别为i的用户对应分配的虚拟机VM数为Iii ;其中，I彡Iii彡K，K为云计算服务域中的VM总数；2)終端用户发送服务请求给云计算服务域，申请使用云计算服务；
3)云计算服务域系统根据接收的服务请求和当前云计算服务域状态建立一行动集合;4)针对所述行动集合中的每一行动，计算云计算服务域的长期收益；5)云计算服务域系统根据计算的长期收益确定是否接受当前服务请求，如果接受则选取长期收益最大的行动对应的VM资源分配方案为云计算服务请求分配VM。进ー步的，云计算服务域的状态s表示为s =〈叫，n2, . . . , nN, e> ;其中，Iii为云计算服务域中满意度类别为i的用户数，e为云计算服务域内的事件，e e {R，D1, D2, Di....，DJ，R为云计算服务请求，Di为满意度类别为i的云计算服务完成并释放了其所占用的VM数。进ー步的，所述行动集合为
权利要求
1.一种基于SMDP的动态云计算资源优化分配方法，其步骤为 1)云计算服务域系统将用户满意度划分为N类，满意度类别为i的用户对应分配的虚拟机VM数为Ici ;其中，I≤Ici≤K，K为云计算服务域中的VM总数； 2)終端用户发送服务请求给云计算服务域，申请使用云计算服务； 3)云计算服务域系统根据接收的服务请求和当前云计算服务域状态建立一行动集合； 4)针对所述行动集合中的每一行动，计算云计算服务域的长期收益； 5)云计算服务域系统根据计算的长期收益确定是否接受当前服务请求，如果接受则选取长期收益最大的行动对应的VM资源分配方案为云计算服务请求分配VM。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于云计算服务域的状态s表示为s=〈rvn2，. . .，nN，e> ;其中，n,为云计算服务域中满意度类别为i的用户数，e为云计算服务域内的事件，e G {R，D1, D2, Di. ，DJ，R为云计算服务请求，Di为满意度类别为i的云计算服务完成并释放了其所占用的VM数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述行动集合为
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于利用公式z(s, a) = x(s, a) - T (s, a)y (s, a)计算针对姆一行动a的收益z (s, a);其中，x(s,a)是状态为S、选择的行动为a时,云计算服务域所获得的总收入，T (s，a)表示在状态为S、选取的行动为a时，转移到下一个状态j所预期的服务时间；y(s，a)表示在状态为S、选取的行动为a时云计算服务域的支出。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于利用公式
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于利用公式
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于两个决策点之间的时间T(s,a)服从指数分布，事件发生的平均速率Y (s, a) = T (s,a)'
8.如权利要求3 7任一所述的方法，其特征在于云计算服务域系统利用公式
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于采用ー效能函数来度量云计算用户的满意度，将用户满意度划分为N类。
全文摘要
本发明公开了一种基于SMDP的动态云计算资源优化分配方法，属于计算机通信技术领域。本方法为1)云计算服务域系统将用户满意度划分为N类；2)终端用户发送服务请求给云计算服务域，申请使用云计算服务；3)云计算服务域系统根据接收的服务请求和当前云计算服务域状态建立一行动集合；4)针对行动集合中的每一行动，计算云计算服务域的长期收益；5)云计算服务域系统根据计算的长期收益确定是否接受当前服务请求，如果接受则选取长期收益最大的行动对应的VM资源分配方案为云计算服务请求分配VM。与现有技术相比，本发明大大提高了移动终端的用户满意度和服务质量。
文档编号G06F9/50GK102662764SQ201210123988
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者孙利民, 梁宏斌 申请人:梁宏斌