CN113067731A

CN113067731A - 节点带宽调整方法、装置、设备和存储介质

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Publication number: CN113067731A
Application number: CN202110292756.8A
Authority: CN
Inventors: 王志国; 杨泽森
Original assignee: Beijing Kingsoft Cloud Network Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Kingsoft Cloud Network Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2041-03-18
Also published as: CN113067731B

Abstract

本公开涉及一种节点带宽调整方法、装置、设备和存储介质。其中，节点带宽调整方法包括：按照预设采样周期获取节点带宽；基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，其中，所述预设时段小于或等于预设计费周期，且包括多个所述预设采样周期；基于所述节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。本公开实施例提高了节点带宽向目标带宽的收敛速度，从而改善了对节点带宽计费的影响，降低用户付费成本；同时提高了PID参数的适用性，PID参数选取偏大或偏小均不会对节点带宽计费产生影响，从而提高了节点带宽快速向目标带宽收敛的稳定性。

Description

节点带宽调整方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本公开涉及网络技术领域，尤其涉及一种节点带宽调整方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)提供运行于公网上的文件多镜像缓存，CDN网络由多个CDN节点构成，一个CDN节点是由多台物理设备(服务器)组成的一个集群。CDN网络通过负载均衡、内容分发、调度等功能，使用户从该网络中的就近服务器获取所需内容，以降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。

为最优化利用资源，常以保持CDN节点带宽为目标，即高于目标带宽的数值可以通过一次302跳转方式调度到其他CDN节点上，如果低于目标带宽，则可以收回已调出的部分带宽，来提升到目标带宽。

现有技术中，采用通用的PID(Proportion Integral Differential，比例积分微分)控制算法来管理节点带宽，使节点带宽保持在目标带宽。然而，PID参数依靠人工经验调节，且没有考虑对带宽计费的影响，如果PID参数选取不合适，会导致节点带宽向目标带宽收敛的速度较慢，从而不仅降低了节点带宽调整的稳定性，还会造成节点带宽达到目标带宽的时间超过1个带宽计费周期，使得带宽计费增加，影响用户带宽付费成本。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种节点带宽调整方法、装置、设备和存储介质。

第一方面，本公开提供了一种节点带宽调整方法，包括：

按照预设采样周期获取节点带宽；

基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，其中，所述预设时段小于或等于预设计费周期，且包括多个所述预设采样周期；

基于所述节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。

可选的，基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，包括：

基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，确定所述最近预设时段内各所述节点带宽对应的带宽误差，其中，所述带宽误差为所述节点带宽与所述目标带宽之间的误差；

将所述最近预设时段内的所述带宽误差作为所述预设PID控制算法中积分环节的累加项，计算所述节点带宽控制变量。

通过以下公式计算所述节点带宽控制变量：

其中，k为索引，表示获取到的节点带宽的序号，k为正整数；N为一个所述预设计费周期内的所述预设采样周期的最大周期数；当k小于或等于N时，k-N取0；e_k为第k个节点带宽与所述目标带宽之间的误差；u(k)为获取到第k个节点带宽时计算得到的节点带宽控制变量；K_p为比例系数；K_i为积分系数；K_d为微分系数。

可选的，K_d等于0。

可选的，在基于所述节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽之前，还包括：

若当前时刻的节点带宽与所述目标带宽之间的误差小于或等于预设误差，则结束操作，其中，当前时刻的节点带宽为获取到的最近预设时段内的节点带宽中的最后一个节点带宽。

可选的，还包括：

清除在所述最近预设时段之前获取到的节点带宽。

第二方面，本公开提供了一种节点带宽调整装置，包括：

节点带宽获取模块，用于按照预设采样周期获取节点带宽；

控制变量确定模块，用于基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，其中，所述预设时段小于或等于预设计费周期，且包括多个所述预设采样周期；

节点带宽调整模块，用于基于所述节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。

可选的，所述控制变量确定模块具体用于：

第三方面，本公开提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本公开提供的节点带宽调整方法。

第四方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本公开提供的节点带宽调整方法。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的技术方案中，通过增加预设计费周期(即带宽计费周期)内对节点带宽的采样次数，同时基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，即考虑时间因素，对PID运算时的输入变量进行了上下界的限定，基于近期误差数据(即最近预设时段内的节点带宽)确定用于调整节点带宽的节点带宽控制变量，消除长期误差数据(即最近预设时段之前获取到的所有节点带宽)的影响，使得节点带宽能够更快地逼近目标带宽，即加快了节点带宽向目标带宽的收敛速度，从而改善了对节点带宽计费的影响，降低用户付费成本。相应的，由于节点带宽向目标带宽收敛的速度加快，可相对放宽对PID参数的取值要求，即提高了PID参数的适用性，PID参数选取偏大或偏小均不会对节点带宽计费产生影响，提高了节点带宽快速向目标带宽收敛的稳定性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的一种节点带宽调整方法的流程图；

图2为本公开实施例提供的一种节点带宽调整装置的结构框图；

图3为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如现有技术所述，已有方案，即采用通用的PID控制算法来管理节点带宽，存在对PID参数的取值要求高，PID参数选取不合适会导致节点带宽向目标带宽收敛的速度较慢，降低稳定性，增加节点带宽计费，影响用户带宽付费成本的问题。经发明人研究发现，出现上述问题的根本原因在于：现有技术每个带宽计费周期仅采样一次节点带宽，通用PID控制算法在积分环节没有考虑时间限制，即从第一个误差数据开始就一直累加，此过程中，受到第一个误差数据的影响，积分环节会一直通过小于1的积分系数累积后续误差的影响，产生一条在目标带宽上下一直振荡的幅度减弱的曲线。例如，第一时刻的节点带宽与目标带宽之间存在一个正值误差，之后任意时刻没有误差，采用通用PID控制算法，积分环节会一直通过小于1的积分系数累积后续误差的影响，直到节点带宽低于目标带宽，之后，积分环节会反方向累计修正误差，从而产生一条一直振荡的幅度减弱的曲线。因此，为加快曲线的收敛速度，需要对PID参数(包括比例系数和积分系数)进行严格取值，PID参数取值不合适便会导致节点带宽收敛较慢，影响节点带宽计费。由此，通用PID控制算法对节点带宽计费的适用性较差。

针对上述技术问题，本公开技术方案通过对通用PID控制算法进行改进，考虑时间因素，仅采用近期误差数据来及时修正误差，消除了长期误差数据的影响，从而加快了节点带宽向目标带宽的收敛速度，改善了节点带宽计费的相关问题。

图1为本公开实施例提供的一种节点带宽调整方法的流程图。该方法适用于节点(如CDN节点)带宽计费的情况，可以由节点带宽调整装置执行，其中该节点带宽调整装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，一般可集成在电子设备中。如图1所示，该节点带宽调整方法包括：

S110、按照预设采样周期获取节点带宽。

本公开实施例中，预设采样周期小于带宽计费周期(即本公开实施例中的预设计费周期)，在一个预设计费周期内可以获取多个节点带宽。在一些实施例中，预设计费周期可以为5分钟，预设采样周期对应的频率可以为3至4次/分钟，此时，在一个预设计费周期内可以获取15至20个节点带宽。本实施例中，具体可按照预设采样周期从交换机读取节点出口的带宽，即节点带宽。

S120、基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量。

其中，预设时段小于或等于预设计费周期，且包括多个预设采样周期，即在一个预设时段内可以获取多个节点带宽。目标带宽为上游设置的带宽，不同节点的目标带宽可以不同。最近预设时段是指从当前时刻起向前推预设时段时覆盖的时间段，随着时间的推移，最近预设时段及时跟进最新的节点带宽。节点带宽控制变量用于调整下一时刻的节点带宽。

本公开实施例主要对预设PID控制算法的积分环节进行改进，使用获取到的最近预设时段内的节点带宽进行计算，即最近预设时段之前获取到的节点带宽不会对最近预设时段的PID运算产生影响。在一些实施例中，基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，确定最近预设时段内各节点带宽对应的带宽误差，其中，带宽误差为节点带宽与目标带宽之间的误差；将最近预设时段内的带宽误差作为预设PID控制算法中积分环节的累加项，计算节点带宽控制变量。由此，本公开技术方案使用最近预设时段内的节点带宽与目标带宽得到预设PID控制算法中的积分环节的累加项，消除了最近预设时段之前的节点带宽的影响，即使用近期误差数据进行PID运算，从而消除了长期误差数据的影响。

在一些实施例中，可通过以下公式计算节点带宽控制变量：

其中，k为索引，表示获取到的节点带宽的序号，k为正整数；N为一个所述预设计费周期内的所述预设采样周期的最大周期数；当k小于或等于N时，k-N取0；e_k为第k个节点带宽与所述目标带宽之间的误差；u(k)为获取到第k个节点带宽时计算得到的节点带宽控制变量；K_p为比例系数；K_i为积分系数；K_d为微分系数。K_p、K_i和K_d为PID参数，可根据经验取值。

具体的，每当获取到新的节点带宽，便保留该新的节点带宽，对新的节点带宽按所有预设时段获取到的节点带宽进行顺序编号，并分别基于最近预设时段已获取的各节点带宽与目标带宽之差，确定最近预设时段内各节点带宽对应的误差，最后采用上述公式(1)计算出新的节点带宽对应的节点带宽控制变量，以对下一时刻的节点带宽进行调整。需要说明的是，下一时刻的节点带宽并非本公开中按照预设采样周期获取的下一个节点带宽，下一时刻的节点带宽是指连续时间点上的下一个节点带宽。另外，本公开方法开始执行的一段时间内，获取到的各节点带宽所对应的索引必然小于或等于N，为了实现对初始阶段的各节点带宽对应的节点带宽控制变量的计算，限定k小于或等于N时，k-N取1，即积分环节的下界值为1。

示例性的，对预设PID控制算法的积分环节做示例说明，预设时段为5分钟，预设采样周期对应的频率为3次/分钟，初始阶段，方法执行时间不足5分钟，此时基于获取到的全部节点带宽进行PID运算。例如，当获取到第3个节点带宽时，k等于3，此时积分项为

另外，在方法执行时间超过5分钟后，每当获取到新的节点带宽时，使用最近5分钟内的15个节点带宽进行PID运算。例如，当获取到第18个节点带宽时，k等于18，此时积分项为

另外，考虑到PID控制算法中的微分项常针对明显时延系统的自控，而节点带宽计费涉及的系统并非明显时延系统，因此上述微分项对本公开技术方案的影响不大，可以忽略。由此，在一些实施例中，K_d等于0，从而简化PID运算，可进一步加快节点带宽的收敛速度。

S130、基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。

本公开实施例中，在确定节点带宽控制变量后，可调用下游缓存模块接口下发节点带宽控制变量，相关节点控制器基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽，从而对节点带宽与目标带宽之间的误差进行修正，使得节点带宽与目标带宽之间的误差不断减小。

相对于现有技术，本公开技术方案针对PID控制算法的积分环节，仅使用最近预设时段的节点带宽，第一时刻获取的节点带宽的影响只会在第一个预设计费周期中，之后不会再由积分误差，从而改善了对节点带宽计费的影响，相应的，放宽了对PID参数(具体为积分系数)取值的要求。

在一些实施例中，在基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽之前，还包括：若当前时刻的节点带宽与目标带宽之间的误差小于或等于预设误差，则结束操作，其中，当前时刻的节点带宽为获取到的最近预设时段内的节点带宽中的最后一个节点带宽。

具体的，当获取到新的节点带宽时，将新的节点带宽与目标带宽之间的误差跟预设误差进行比较，若新的节点带宽与目标带宽之间的误差小于或等于预设误差，可认为当前时刻的节点带宽达到目标带宽，则不执行基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽的操作。若新的节点带宽与目标带宽之间的误差大于预设误差，继续执行基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽的操作。其中，预设误差可小于或等于0.01。另外，结束操作也可以是不执行基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量的操作，从而避免下发节点带宽控制变量，进而不会基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。

在一些实施例中，还包括：清除在最近预设时段之前获取到的节点带宽。考虑到本公开技术方案仅使用到了最近预设时段内的节点带宽，因此，仅保留最近预设时段内的节点带宽即可，最近预设时段之前的节点带宽可以清除，以节约存储空间。示例性的，可在基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量之前，清除在最近预设时段之前获取到的节点带宽；也可在基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量之后，清除在最近预设时段之前获取到的节点带宽。

本实施例提供的节点带宽调整方法通过增加预设计费周期(即带宽计费周期)内对节点带宽的采样次数，同时基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，即考虑时间因素，对PID运算时的输入变量进行了上下界的限定，基于近期误差数据(即最近预设时段内的节点带宽)确定用于调整节点带宽的节点带宽控制变量，消除长期误差数据(即最近预设时段之前获取到的所有节点带宽)的影响，使得节点带宽能够更快地逼近目标带宽，即加快了节点带宽向目标带宽的收敛速度，从而改善了对节点带宽计费的影响，降低用户付费成本。相应的，由于节点带宽向目标带宽收敛的速度加快，可相对放宽对PID参数的取值要求，即提高了PID参数的适用性，PID参数选取偏大或偏小均不会对节点带宽计费产生影响，提高了节点带宽快速向目标带宽收敛的稳定性。

对应于图1所示的节点带宽调整方法，本公开提供了一种节点带宽调整装置，图2为本公开实施例提供的一种节点带宽调整装置的结构框图。如图2所示，该节点带宽调整装置包括：

节点带宽获取模块21，用于按照预设采样周期获取节点带宽；

控制变量确定模块22，用于基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，其中，预设时段小于或等于预设计费周期，且包括多个预设采样周期；

节点带宽调整模块23，用于基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。

可选的，控制变量确定模块22具体用于：

基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，确定最近预设时段内各节点带宽对应的带宽误差，其中，带宽误差为节点带宽与目标带宽之间的误差；

将最近预设时段内的带宽误差作为预设PID控制算法中积分环节的累加项，计算节点带宽控制变量。

可选的，控制变量确定模块22具体通过以下公式计算节点带宽控制变量：

其中，k为索引，表示获取到的节点带宽的序号，k为正整数；N为一个预设计费周期内的预设采样周期的最大周期数；当k小于或等于N时，k-N取0；e_k为第k个节点带宽与目标带宽之间的误差；u(k)为获取到第k个节点带宽时计算得到的节点带宽控制变量；K_p为比例系数；K_i为积分系数；K_d为微分系数。

可选的，K_d等于0。

可选的，上述节点带宽调整装置还可包括：

操作终止模块，用于在基于节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽之前，若当前时刻的节点带宽与目标带宽之间的误差小于或等于预设误差，则结束操作，其中，当前时刻的节点带宽为获取到的最近预设时段内的节点带宽中的最后一个节点带宽。

可选的，上述节点带宽调整装置还可包括：

节点带宽清除模块，用于清除在最近预设时段之前获取到的节点带宽。

本实施例提供的节点带宽调整装置可用于执行对应实施例提供的节点带宽调整方法，具有节点带宽调整方法相同功能和有益效果。

本公开提供了一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行本公开任一实施例提供的节点带宽调整方法。

图3为本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图3所示，电子设备300包括一个或多个处理器301和存储器302。

处理器301可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备300中的其他组件以执行期望的功能。

存储器302可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器301可以运行所述程序指令，以实现本公开任一实施例提供的节点带宽调整方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如输入信号、信号分量、噪声分量等各种内容。

在一个示例中，电子设备300还可以包括：输入装置303和输出装置304，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。

此外，该输入装置303还可以包括例如键盘、鼠标等等。

该输出装置304可以向外部输出各种信息，包括确定出的距离信息、方向信息等。该输出装置304可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图3中仅示出了该电子设备300中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备300还可以包括任何其他适当的组件。

除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本公开任一实施例提供的节点带宽调整方法。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本公开任一实施例提供的节点带宽调整方法。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种节点带宽调整方法，其特征在于，包括：

按照预设采样周期获取节点带宽；

基于所述节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽。

2.根据权利要求1所述的节点带宽调整方法，其特征在于，基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，包括：

3.根据权利要求1所述的节点带宽调整方法，其特征在于，基于目标带宽以及获取到的最近预设时段内的节点带宽，采用预设PID控制算法确定节点带宽控制变量，包括：

通过以下公式计算所述节点带宽控制变量：

4.根据权利要求3所述的节点带宽调整方法，其特征在于，K_d等于0。

5.根据权利要求1所述的节点带宽调整方法，其特征在于，在基于所述节点带宽控制变量调整下一时刻的节点带宽之前，还包括：

6.根据权利要求1所述的节点带宽调整方法，其特征在于，还包括：

清除在所述最近预设时段之前获取到的节点带宽。

7.一种节点带宽调整装置，其特征在于，包括：

节点带宽获取模块，用于按照预设采样周期获取节点带宽；

8.根据权利要求7所述的节点带宽调整装置，其特征在于，所述控制变量确定模块具体用于：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现权利要求1-6中任一所述的节点带宽调整方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1-6中任一所述的节点带宽调整方法。