CN102184503A - 一种基于租借实例云计算计费方法 - Google Patents

一种基于租借实例云计算计费方法 Download PDF

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CN102184503A CN2011100859454A CN201110085945A CN102184503A CN 102184503 A CN102184503 A CN 102184503A CN 2011100859454 A CN2011100859454 A CN 2011100859454A CN 201110085945 A CN201110085945 A CN 201110085945A CN 102184503 A CN102184503 A CN 102184503A
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范新进
刘晓军
袁勤
李青
武星
彭俊杰
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University of Shanghai for Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种基于租借实例云计算计费方法，在云计算中心将原用户闲置的实例分配给次用户使用时，对于次用户使用租借实例期间的费用，基于任意时间算法进行可随时停止并迭代的方法计算，能够根据资源池中对此租借实例申请的次用户的数目，以及资源的使用率来综合给出租借费用；该租借实例的价格设有一个不超过其他商业应用实例的上限金额。本发明通过所述计费方法的提出，对云计算资源的提供商来说，同一资源的收益能够达到最大化；原用户可以获得闲置实例租借后的费用返还；次用户可以根据其资源使用的实际情况，支付少于其他云计算商用模式的租借费用，因此，本发明具有实际的商业价值。

Description

一种基于租借实例云计算计费方法
技术领域
本发明涉及一种基于云计算应用的实例以及对该实例的计费方法，特别涉及一种基于租借实例云计算计费方法。
背景技术
云计算（Cloud Computing）是一种新兴的商业模式，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用能够根据需要获取计算资源、存储资源、网络资源和各种软件服务。近年来云计算技术逐渐成熟，吸引人们越来越多的关注。Amazon的 EC2，Google的AppEng和Microsoft的Windows Azure等项目都致力于云计算中间件的研发和云计算技术的推广。
至今为止，云计算领域中大部分的研究都集中在负载平衡、资源监控和云安全等经典问题上，而在计费方面的工作则相对较少。计费模型的价值主要体现于系统在经济方面的效益，它是任何一种商业模型都非常关注的重要内容。简单地说，它是在资源监控的基础上，根据资源使用记录，利用一套合理的计费模式计算出用户应付的金额。要将云计算在商业中成功推广，一套合理的计费模式是不可缺少的，它已逐渐被提到日程上来。
关于云计算应用环境下的计费，目前比较成熟的方案还是包年、包月和按小时收费。以Amazon EC2商业模式为例，它主要有以下三种模式：按需实例、保留实例和现场实例。
（1）按需实例
按需实例是一种让用户为其计算资源按小时来付费的实例。这使得用户可以从规划、购买、维护硬件的复杂过程中摆脱出来，用很少的花费来获得所需的计算资源。费用计算是从一个实例启动开始到实例终止结束。计费时，当实例运行不足一小时时，将按一小时计算。
（2）保留实例
对用户申请1年或3年的保留实例，首先一次性收取一个较低的费用。之后，这个实例在该段时间内为用户所有，当实例运行时，仍然按小时收费，但这个费用相对上述按需实例有一定折扣。当实例未被使用时，将不对其收费。同样，当实例运行时间不到一小时时将按一小时计费。
对于windows实例，当用户使用该实例的过程中，若windows许可证费用增加时，可以通过调整用户每小时收费的折扣率，来达到收益相同而一次性费用不受影响的目的。
（3）现场实例
现场实例使用户能够为未使用的Amazon EC2资源进行竞价。这个价格是随着市场对现场实例的供需而周期波动的。用户可以发布一个现场实例请求，包括实例类型、实例地域分布、实例数目和其愿意为这个实例每小时支付的最大价格。如果用户的最大价格超过了当前现场价格，其请求将被执行。
通过上述对Amazon EC2三种商业模式的计费方式分析可知，虽然这些模式可以免去云管理中心繁杂的记账操作，却缺乏对用户的公平。根据资源使用情况来计费，对用户更为公平，但在当下，即没有提出相应的计费方法，也没有相应的信任机制，所以大多没被实际采用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于租借实例云计算计费方法，根据次用户对其租借的云计算资源的实际使用情况来计费，从而获得一种切实可行的动态计费方法，使同一资源的收益最大化，具有实际的商业价值。
为了达到上述目的本发明的技术方案是提供一种基于租借实例的云计算计费方法，是在原用户将闲置实例提交给云计算中心，由云计算中心匹配次用户的申请并分配该租借实例给次用户使用后，根据次用户使用所述租借实例的若干资源的情况，使用符合任意时间算法进行的可随时停止，并且是迭代计算的方法；该租借实例的价格设置有一个上限金额；
所述计费方法，包含：
步骤a、次用户递交实例申请；云计算中心给出首次计费价格L；
步骤b、次用户竞价，其预付费的账户余额用P来表示；只有在次用户的账户余额P超过所述首次计费价格L时，才会分配该租借实例给次用户使用，并开始后续计费；若账户余额P未超过所述首次计费价格L，允许次用户充值金额P1，并再次竞价；
步骤c、根据所述任意时间算法，计算得到所述租借实例在第t次迭代时的实例价格Pt，并根据公式P=P-Pt得到每次迭代后新的账户余额P；若所述迭代后的账户余额P≥0，循环进行所述实例价格Pt的迭代计算；
步骤d、当某次迭代后的账户余额P＜0时，向次用户返回现在的实例价格Pt以及若干次迭代后的账户余额P；
步骤e、当用户充值金额P1后，若满足公式P+P1≥Pt，就依照公式P=P1+P计算充值后新的账户余额P，并以该余额循环进行步骤c中所述实例价格Pt的迭代计算；
步骤f、若次用户没有充值，或充值后仍然不足以支付当前迭代后的实例价格时，结束整个计费流程并向次用户返回结果。
步骤a中所述首次计费价格L，是在次用户递交实例申请时，云计算中心参考数据库中以往的计费价格给出的最低计算价格；
云计算中心将之前提供同类系统、同类配置的实例进行价格统计，将先前价格的最大值设为所述最低计算价格。
所述租借实例的价格，随着所述租借实例的需求关系                                                
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE001
而变化，即竞争同一个租借实例的次用户越多，所述租借实例的价格越高；
所述租借实例的需求关系
Figure 479499DEST_PATH_IMAGE001
，根据云资源池中次用户的最大数目C、随时间t变化的资源池中现存次用户数，以如下公式来计算：
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE003
。
所述租借实例的价格，随着所述资源k的使用率变化，资源k的使用率越高时，所述租借实例的价格越高；
所述资源k的使用率，由该资源k在某个时间段内的价格表示：
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE005
=
Figure 415859DEST_PATH_IMAGE006
或者，用以下公式表示：
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure 984506DEST_PATH_IMAGE008
其中，=1秒。
所述租借实例在第t次迭代时的实例价格Pt，由下列公式计算：
Figure 609391DEST_PATH_IMAGE010
其中，以k={1，2...K}来表示可用资源，用一个向量r=(
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 673685DEST_PATH_IMAGE012
…
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE013
)来表示资源的数量，得到次用户申请资源k的数量
Figure 270888DEST_PATH_IMAGE014
；所述资源k，包含次用户申请的CPU，内存和带宽；
为所述租借实例的需求关系，
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE015
为提供商的利润率；
为资源k在t次迭代时的开始时刻，
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE017
为资源k在t次迭代时的结束时刻，
Figure 284609DEST_PATH_IMAGE018
为资源k在t次迭代时的使用时间；是所述资源k在所述
Figure 256555DEST_PATH_IMAGE018
时间段内的价格。
与现有技术相比，本发明所述基于租借实例云计算计费方法，其优点在于：在原用户的实例闲置时，由云计算中心将实例再次分配给次用户使用；基于该租借实例，本发明给出了对次用户租用云计算资源时，根据资源的实际使用情况动态计费的方法。
所述计费方法，基于任意时间算法（Anytime Algorithm）进行可随时停止，并且迭代的计算，本发明所述计费方法，在决定租借实例的价格时，尤其是能够根据资源池中对此租借实例申请的次用户的数目，以及具体使用的CPU，内存，带宽等资源的使用率来综合给出。但该租借实例的价格会有一个最终上限，其价格不能超越同一配置下使用其它已投入商业应用的实例价格。由模拟实验表明，该计费方法是切实可行的。
因此，本发明所述计费方法的提出，对云计算资源的提供商来说，同一资源的收益能够达到最大化；原用户可以获得闲置实例租借后的费用返还；次用户可以根据其资源使用的实际情况，支付少于其他云计算商用模式的租借费用，因此，本发明具有实际的商业价值。
附图说明
图1是本发明所述基于租借实例的云计算计费方法中，满足任意时间算法的计费流程图；
图2是本发明所述基于租借实例的云计算计费方法中，次用户与实例之间需求关系的其中一种示例函数；
图3是根据本发明所述基于租借实例的云计算计费方法进行模拟实验获得的价格波动图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明所述基于租借实例云计算计费方法的具体实施方式。
本发明所述租借实例，是现有Amazon EC2保留实例的一种扩展。在该租借实例中，定义“原用户”为购买云计算资源（以下简称资源）的第一批用户；定义“次用户”为原用户将闲置资源出租后，再对此资源进行购买的用户。本发明所述基于租借实例的云计算计费方法，主要给出了上述次用户在租用云计算资源时，根据资源使用情况动态计费的方法。
所述原用户一般存在长期任务，但任务小而分散，且紧迫性不高，不需要立即响应。原用户需要承担所述租借实例的一次性付费，以及该实例每次运行时按小时计算的费用，具体与现有的Amazon EC2中保留实例的计费方法类似。
而在其所购资源闲置时，原用户可以将资源提交至云计算中心；由云计算中心将该闲置实例再次分配给次用户使用。可以在所述原用户端设置一个“云表”，用于显示某个时间段，其出租的资源被使用的情况；此时，提供商可以减免原用户相应时间的额外费用，甚至可以现金返还。
所述次用户为其申请的实例，根据使用多少计费多少的方式来付费，该费用一般比使用同等配置的其它商业模式的费用更低。在次用户端也设置有一个所述“云表”，用于显示所述次用户的消费情况。然而，对于次用户，应该允许云计算中心随时回收该实例。
参见图1所示，本发明所述基于租借实例的云计算计费方法，具体给出次用户租用资源时的收费价格。对次用户使用预付费策略，并根据资源使用多少就计费多少的原则进行。该费用计算应该符合任意时间算法（Anytime Algorithm），即可以随时停止，并且计算是迭代的。而对该租借实例的价格会有一个最终上限，其价格不能超越同一配置下使用其它已投入商业应用的实例价格。图1给出了符合所述任意时间算法（Anytime Algorithm）的计费流程。
首先，在次用户递交实例申请单时，云计算中心参考数据库中以往的计费价格，将之前提供同类系统、同类配置的实例进行价格统计，将先前价格的最大值设为最低计算价格，该最低计算价格称为首次计费价格L。
次用户竞价，给出其愿意为租借该实例支付的金额，可以是通过次用户的账户余额P来表示。只有在次用户的账户余额P超过所述首次计费价格L时，才会分配该租借实例给次用户开始使用。若账户余额P未超过所述首次计费价格L，允许次用户充值金额P1，并再次竞价。
在次用户租用该实例的整个过程中，本发明采用迭代计算所需要的租借费用，给出所述租借实例在第t次迭代时的实例价格Pt（下文中将给出具体的计算公式），并根据公式P=P-Pt得到每次迭代后新的账户余额P。若所述迭代后的账户余额P≥0，持续进行上述实例价格Pt的迭代计算。
当某次迭代后的账户余额P＜0时，向次用户返回现在的实例价格Pt以及若干次迭代后的账户余额P。此时，与上述充值进行再次竞价时相类似，允许用户充值金额P1，若满足公式P+P1≥Pt，就依照公式P=P1+P计算充值后新的账户余额P，并以该余额持续进行上述实例价格Pt的迭代计算。若次用户没有充值，或充值后仍然不足以支付当前迭代后的实例价格时，结束整个计费流程并向次用户返回结果。
上述租借实例的计费流程中，所述每次迭代后的实例价格Pt，是由同一时间段内，申请同一个租借实例的用户数量，该租借实例的各个资源的使用率，租借实例在每次迭代时的使用时间等因素综合给出的。
具体的，本发明所述计费方法中，原用户借出的实例价格，会随着申请该实例的次用户数量而变化，竞争同一个租借实例的次用户越多，其租用的价格越高。所述租借实例的需求关系，可以用一个指数函数来模拟，不失一般性。
如图2所示，给出了上述需求关系的一种函数示例：
Figure 606765DEST_PATH_IMAGE003
此函数中，C表示云资源池中次用户的最大数目；为资源池中现存的次用户数，它随时间t发生变化。
通过实验观察，实例中例如CPU个数，内存大小，带宽大小等若干资源的使用情况，通常反映为随着时间不断波动的曲线；而根据动态计费原则，当某资源的使用率高时，其价格应该有所提高，反之亦然，故资源的价格也反映为一条随着时间波动的曲线。
为此，本发明所述计费方法中，我们用k={1，2...K}来表示可用资源，用一个向量r=(，
Figure 940980DEST_PATH_IMAGE012
…
Figure 819069DEST_PATH_IMAGE013
)来表示资源的数量。为了精确计算某个资源k在某个时间段的价格
Figure 656575DEST_PATH_IMAGE004
，可用下式表示：
Figure 409636DEST_PATH_IMAGE005
=
Figure 648987DEST_PATH_IMAGE006
实际过程中，可用下式来计算：
Figure 9562DEST_PATH_IMAGE007
=
其中，
Figure 386721DEST_PATH_IMAGE009
=1秒。
我们为t次迭代时的实例价格Pt，定义如下函数：
Figure 464268DEST_PATH_IMAGE010
其中，为上述需求关系的函数，
Figure 496257DEST_PATH_IMAGE015
为提供商的利润率。
Figure 669749DEST_PATH_IMAGE014
表示次用户申请资源k的数量，例如CPU个数，内存大小，带宽大小等。为资源k在t次迭代时的开始时刻，
Figure 773020DEST_PATH_IMAGE017
为资源k在t次迭代时的结束时刻，
Figure 806835DEST_PATH_IMAGE018
为资源k在t次迭代时的使用时间。
对CPU、内存、带宽价格等资源的单位价格进行定义时，与上述价格迭代计算的方法类似。
为了验证本发明上述基于租借实例的计费方法的可行性，使用符合所述任意时间算法（Anytime Algorithm）的应用来进行模拟实验。满足所述任意时间算法（Anytime Algorithm）的应用很多，例如有牛顿迭代、小波变换等等，不失一般性。以下的模拟实验中，采用牛顿迭代来计算。
所述模拟实验中，采用预充值策略，需要次用户提前充值。实验以函数f(x)=x2-4x+4为例，设定迭代初值为3，初始充值金额为1000（当金额不够时用户可以再次充值）。假设所述次用户的申请实例中要求1个CPU，128MB内存，2MB带宽。并且，当计费的程序在执行过程中，模拟云计算中心收到原用户实例回收的申请，从而对此时迭代结果进行保存，当下次又有满足次用户申请实例要求的租借实例时，只要把上次的迭代结果作为迭代初值即可。资源池中的次用户数是通过一个1~100的随机数来模拟的。
在实验中，CPU单价，内存使用单价和带宽单价为了计算和使用的方便，带宽价格我们假设它为一个常数， CPU和内存的价格波动，分别用下列分段函数来模拟：
Figure 206855DEST_PATH_IMAGE020
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE021
.
本实验的数据记录，如表1所示。每次迭代后的实例价格随时间波动的曲线，如图3所示。
Figure 2011100859454100002DEST_PATH_IMAGE023
表1
表1中，第二列为迭代次数t；第三列为每次的迭代结果，其与所述账户余额P相对应；第四列为每次迭代后的实例价格，价格单位为“单位价格”；第五列为每次迭代中的时间间隔（CPU时间），单位为微秒。
综上所述，本发明在原用户的实例闲置时，由云计算中心将实例再次分配给次用户使用；基于该租借实例，本发明给出了对次用户租用云计算资源时，根据资源的实际使用情况动态计费的方法。
所述计费方法，基于任意时间算法（Anytime Algorithm）进行可随时停止，并且迭代的计算，本发明所述计费方法，在决定租借实例的价格时，尤其是能够根据资源池中对此租借实例申请的次用户的数目，以及具体使用的CPU，内存，带宽等资源的使用率来综合给出。但该租借实例的价格会有一个最终上限，其价格不能超越同一配置下使用其它已投入商业应用的实例价格。由模拟实验表明，该计费方法是切实可行的。
因此，本发明所述计费方法的提出，对云计算资源的提供商来说，同一资源的收益能够达到最大化；原用户可以获得闲置实例租借后的费用返还；次用户可以根据其资源使用的实际情况，支付少于其他云计算商用模式的租借费用，因此，本发明具有实际的商业价值。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种基于租借实例的云计算计费方法，其特征在于，
所述计费方法，是在原用户将闲置实例提交给云计算中心，由云计算中心匹配次用户的申请并分配该租借实例给次用户使用后，根据次用户使用所述租借实例的若干资源的情况，使用符合任意时间算法进行的可随时停止，并且是迭代计算的方法；该租借实例的价格设置有一个上限金额；
所述计费方法，包含：
步骤a、次用户递交实例申请；云计算中心给出首次计费价格L；
步骤b、次用户竞价，其预付费的账户余额用P来表示；只有在次用户的账户余额P超过所述首次计费价格L时，才会分配该租借实例给次用户使用，并开始后续计费；若账户余额P未超过所述首次计费价格L，允许次用户充值金额P1，并再次竞价；
步骤c、根据所述任意时间算法，计算得到所述租借实例在第t次迭代时的实例价格Pt，并根据公式P=P-Pt得到每次迭代后新的账户余额P；若所述迭代后的账户余额P≥0，循环进行所述实例价格Pt的迭代计算；
步骤d、当某次迭代后的账户余额P＜0时，向次用户返回现在的实例价格Pt以及若干次迭代后的账户余额P；
步骤e、当用户充值金额P1后，若满足公式P+P1≥Pt，就依照公式P=P1+P计算充值后新的账户余额P，并以该余额循环进行步骤c中所述实例价格Pt的迭代计算；
步骤f、若次用户没有充值，或充值后仍然不足以支付当前迭代后的实例价格时，结束整个计费流程并向次用户返回结果。
2. 如权利要求1所述基于云计算的租借实例的方法，其特征在于，
步骤a中所述首次计费价格L，是在次用户递交实例申请时，云计算中心参考数据库中以往的计费价格给出的最低计算价格；
云计算中心将之前提供同类系统、同类配置的实例进行价格统计，将先前价格的最大值设为所述最低计算价格。
3. 如权利要求1所述基于云计算的租借实例的方法，其特征在于，
所述租借实例的价格，随着所述租借实例的需求关系                                                
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE001
而变化，即竞争同一个租借实例的次用户越多，所述租借实例的价格越高；
所述租借实例的需求关系
Figure 821496DEST_PATH_IMAGE001
，根据云资源池中次用户的最大数目C、随时间t变化的资源池中现存次用户数
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE002
，以如下公式来计算：
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE003
。
4. 如权利要求1或3所述基于云计算的租借实例的方法，其特征在于，
所述租借实例的价格，随着所述资源k的使用率变化，资源k的使用率越高时，所述租借实例的价格越高；
所述资源k的使用率，由该资源k在某个时间段内的价格
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE004
表示：
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE005
=
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE006
或者，用以下公式表示：
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE009
=1秒。
5. 如权利要求4所述基于云计算的租借实例的方法，其特征在于，
所述租借实例在第t次迭代时的实例价格Pt，由下列公式计算：
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE010
其中，以k={1，2...K}来表示可用资源，用一个向量r=(，
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE012
…
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE013
)来表示资源的数量，得到次用户申请资源k的数量
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE014
；所述资源k，包含次用户申请的CPU，内存和带宽；
Figure 487749DEST_PATH_IMAGE001
为所述租借实例的需求关系，
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE015
为提供商的利润率； 
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE016
为资源k在t次迭代时的开始时刻，
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE017
为资源k在t次迭代时的结束时刻，
Figure 2011100859454100001DEST_PATH_IMAGE018
为资源k在t次迭代时的使用时间；
Figure 488197DEST_PATH_IMAGE004
是所述资源k在所述
Figure 161886DEST_PATH_IMAGE018
时间段内的价格。
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