WO2022041271A1

WO2022041271A1 - 一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法

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Publication number: WO2022041271A1
Application number: PCT/CN2020/112720
Authority: WO
Inventors: 夏泽宇; 夏钢; 方芳
Original assignee: 苏州铭冠软件科技有限公司
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2022-03-03

Abstract

一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，提出了在截止时间优先和费用优先的轨道交通行业应用的数据资源调度策略，建立了云数据中的任务和资源调用与计算模型，能够根据用户提交的任务需求人为设定或自适应选择合适的调度资源，对截止时间要求比较高的任务可以优先调度至公有云，对费用要求高的任务可以优先调度至私有云，而且两种策略均满足截止时间和一定的费用约束。能够根据轨道交通行业的数据使用任务目标自适应选择调度资源或根据人为设定的调度策略进行调度，方便简单。

Description

一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法

技术领域

本发明涉及大数据和云计算的应用领域，具体涉及在轨道交通行业应用中的一种考虑时间和费用的云计算数据资源调度方法。

背景技术

轨道交通行业的信息化和数据化运营管理越来越依靠大数据和云计算技术开展复杂而高可靠的管理要求，同时公益性服务必须降低各种成本费用。在大数据云计算环境中常常采用虚拟化数字技术，将服务器整体虚拟化为一个数据资源池，由于数据资源种类多、规模大，因此云数据资源调度成为大数据云计算研究的热点之一。数据云包括本地私有云和计算能力更高的公有云，如一些需要更强计算能力和存储能力的应用，或在高峰时段私有云资源过载，不能同时处理更多的应用任务。但如何平衡调用云资源是个重要问题，现有研究方法中很多是侧重于云中单一云的调度问题。本专利将针对这些问题，从用户的角度出发，针对用户对截止时间的需求差异以及费用的要求，研究云中的调度问题，以提高私有云的利用率。本专利提出的调度方法较简单，不涉及微分、积分运算，复杂度相对较低。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种云中基于截止时间和费用约束的调度模型及方法，解决了现有云调度中多侧重于单一云的调度、费用和性能中某一个指标及未考虑用户方的成本费用的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种考虑时间和费用的云计算数据资源调度方法，包括步骤：

1)资源描述：

定义公有云资源：R _u为：

R _u＝<C _u,L _u,P _u,S _u> (1)

其中，C _u为公有云资源计算能力；L _u为传输能力；P _u为计算价格，S _u为存储价格；

定义私有云资源R _r：

R _r＝<C _r,L _r> (2)

其中，C _r为私有云资源计算能力；L _r为传输能力；

2)任务描述：

任务T _i定义为：

Ti＝<Tλ _i,TD _i,TC _i,TL _i,TM _i> (3)

其中，Tλ _i为费用或时间的优先级权重值，TD _i为任务的截止时间；TC _i为任务大小；TL _i为任务计算所需信息量；TM _i为任务的预算花费；

3)调度约束描述：

由任务和云资源的定义可计算任务T _i分别在公有云和私有云中的完成时间t _iR _u、t _iR _r如下：

截止时间约束条件为t _iR _u≤TD _i和t _iR _r≤TD _i；

任务T _i在公有云上的花费F _i计算公式如下：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u (6)

费用约束条件为F _i≤TM _i；

4)费用优先调度策略：

当Tλ _i为1时，即人为设定费用优先调度策略，或者当Tλ _i为0时，自适应判断优先策略，即在满足截止时间约束条件下优先将任务调度至私有云，减少费用，首先判断任务T _i在私有云的完成时间约束，若t _iR _r≤TD _i，则调度至私有云，否则调度至公有云，调度至公有云时，也要满足费用约束条件F _i≤TM _i；n个任务的花费问题转化为以下优化问题，相关优化及约束描述如下：

最小费用公式为：

公有云截止时间约束条件：

私有云截止时间约束条件：

费用时间约束条件：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u≤TM _i (10)

5)截止时间优先调度策略：

当Tλ _i为2时，即截止时间优先时，或当Tλ _i为0时，自适应判断优先策略时，即在满足费用约束条件下优先将任务调度至完成该任务较快的资源上，首先判断任务在公有和私有云资源的完成时间，将任务调度至能尽早完成的资源上，在同等条件下，兼顾私有云优先的原则，调度至公有云时，首先需要判断费用约束条件，相关优化及约束描述如下公式：

最小时间公式：

公有云截止时间约束条件：

私有云截止时间约束条件：

费用时间约束条件：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u≤TM _i (14)。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述公式(3)中任务大小为任务代码量。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述费用的产生在公有云的租用上，费用包括计算费用、存储费用。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述Tλ _i若为1，为考虑费用优先调度策略，若为Tλ _i为2，为考虑截止时间优先调度策略，若Tλ _i为0，为自动判断调度策略。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述步骤5)中私有云优先的原则为：若公有云和私有云的完成时间相同或相似，任务将优先调度至私有云，否则调度至公有云。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：云计算数据资源调度模型包括用户接口、任务请求管理器和调度管理器；用户接口用于将用户提交的任务请求送至请求管理器，任务请求管理器用于将任务请求信息传输至调度管理器，调度管理器根据任务需求，结合保存在调度管理器中的公有云和私有云的资源信息，运用云调度方法将任务调度至公有云或私有云上，完成任务处理后将结果返回给用户。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述任务请求信息包括任务大小、所需数据量、要求完成的截止时间及预算费用。

前述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述公有云和私有云资源的信息包括资源的计算能力、传输能力、计算价格。

本发明所达到的有益效果：本发明考虑时间和费用约束提出了两个调度策略—截止时间优先和费用优先策略，建立了云中的任务和资源模型，能够根据用户提交的任务需求和人为自定义的优先策略或自适应选择合适的调度资源，对截止时间要求比较高的任务可以优先调度至公有云，对费用要求高的任务可以优先调度至私有云，而且两种策略均满足截止时间和一定的费用约束；本发明计算简单，不涉及复杂算法。

附图说明

图1是云调度模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度模型，包括用户接口、任务请求管理器和调度管理器；用户接口用于将用户提交的任务请求送至任务请求管理器，任务请求管理器用于将任务请求信息传输至调度管理器，调度管理器根据任务需求，结合保存在调度管理器中的公有云和私有云的资源信息，运用本发明的大数据云计算数据资源调度方法将任务调度至公有云或私有云上，完成任务处理后将结果返回给用户。

任务请求信息包括任务权重、任务大小、所需数据量、要求完成的截止时间及预算费用等；公有云和私有云资源的信息，包括两种资源的计算能力、传输能力、计算价格等。

一种基于上述大数据云计算数据资源调度模型的考虑时间和费用的调度方法，

1)资源描述：

云中的资源分为公有云资源和私有云资源，本发明所述的资源主要代表虚拟机。

定义公有云资源：R _u为：

R _u＝<C _u,L _u,P _u,S _u> (1)

其中，C _u为公有云资源计算能力，影响任务的计算时间；L _u为传输能力，影响任务的传输时间；P _u为计算价格，S _u为存储价格；

定义私有云资源R _r：

R _r＝<C _r,L _r> (2)

其中，C _r为私有云资源计算能力，影响任务的计算时间；L _r为传输能力，影响任务传输时间。

2)任务描述：

设任务T _i为任务请求的一个单位，每个资源一次处理一个任务，则任务T _i定义为：

Ti＝<Tλ _i,TD _i,TC _i,TL _i,TM _i> (3)

其中，Tλ _i为费用或时间的优先级权重值，若为1，则认为考虑费用优先调度策略，若为2为认为考虑截止时间优先调度策略，若为0，认为自动判断调度策略。这样设定可以人为设定费用或时间优先调度，TD _i为任务的截止时间；TC _i为任务大小；TL _i为任务计算所需信息量；TM _i为任务的预算花费。

3)调度约束描述：

截止时间约束条件为t _iR _u≤TD _i和t _iR _r≤TD _i。

本发明假设费用产生主要在公有云的上，主要由计算费用、存储费用两部分组成，忽略传输费用，任务T _i在公有云上的花费F _i计算公式如下：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u (6)

费用约束条件为F _i≤TM _i。

根据不同应用对性能和费用的需求差异，提出了两种调度策略：一种是以费用优先的调度策略(简称为Cost-First)，一种是以截止时间优先的调度策略(简称为Time-First)。

4)费用优先调度策略：

当Tλ _i为1时，即人为设定费用优先调度策略，或者当Tλ _i为0时，自适应判断优先策略，即在满足截止时间约束条件下优先将任务调度至私有云，减少费用。首先判断任务T _i在私有云的完成时间约束，若t _iR _r≤TD _i，则调度至私有云，否则调度至公有云，调度至公有云时，也要满足费用约束条件F _i≤TM _i；n个任务的花费问题转化为以下优化问题，相关优化及约束描述如下：

最小费用公式为：

公有云截止时间约束条件：

私有云截止时间约束条件：

费用时间约束条件：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u≤TM _i (10)

5)截止时间优先调度策略：

当Tλ _i为2时，即截止时间优先时，或当Tλ _i为0时，自适应判断优先策略时，即在满足费用约束条件下优先将任务调度至完成该任务较快的资源上。首先判断任务在公有和私有云资源的完成时间，将任务调度至能尽早完成的资源上，在同等条件下，兼顾私有云优先的原则。也就是说如果在公有云和私有云的完成时间相同或相似，任务将优先调度至私有云，否则调度至公有云。调度至公有云时，首先需要判断费用约束条件，相关优化及约束描述如下公式：

最小时间公式：

公有云截止时间约束条件：

私有云截止时间约束条件：

费用时间约束条件：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u≤TM _i (14)

利用云调度模型，用户通过用户接口将任务请求送至请求管理器，请求管理器将任务请求信息传输至调度管理器，调度管理器根据任务需求，结合保存在调度管理器中的公有云和私有云的资源信息，运用本发明的云调度方法将任务调度至公有云或私有云完成，并将结果返回给用户。

本发明调度方法简单实用，只需要对任务进行条件判断，不涉及积分微分操作，算法复杂度低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，包括步骤：

1)资源描述：

定义公有云资源：R _u为：

R _u＝<C _u,L _u,P _u,S _u>    (1)

其中，C _u为公有云资源计算能力；L _u为传输能力；P _u为计算价格，S _u为存储价格；

定义私有云资源R _r：

R _r＝<C _r,L _r>    (2)

其中，C _r为私有云资源计算能力；L _r为传输能力；

2)任务描述：

任务T _i定义为：

Ti＝<Tλ _i,TD _i,TC _i,TL _i,TM _i>    (3)

其中，Tλ _i为费用或时间的优先级权重值，TD _i为任务的截止时间；TC _i为任务大小；TL _i为任务计算所需信息量；TM _i为任务的预算花费；

3)调度约束描述：

由任务和云资源的定义可计算任务T _i分别在公有云和私有云中的完成时间t _iR _u、t _iR _r如下：

截止时间约束条件为t _iR _u≤TD _i和t _iR _r≤TD _i；

任务T _i在公有云上的花费F _i计算公式如下：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u    (6)

费用约束条件为F _i≤TM _i；

4)费用优先调度策略：

当Tλ _i为1时，即人为设定费用优先调度策略，或者当Tλ _i为0时，自适应判断优先策略，即在满足截止时间约束条件下优先将任务调度至私有云，减少费用，首先判断任务T _i在私有云的完成时间约束，若t _iR _r≤TD _i，则调度至私有云，否则调度至公有云，调度至公有云时，也要满足费用约束条件F _i≤TM _i；n个任务的花费问题转化为以下优化问题，相关优化及约束描述如下：

最小费用公式为：

公有云截止时间约束条件：

私有云截止时间约束条件：

费用时间约束条件：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u≤TM _i    (10)

5)截止时间优先调度策略：

当Tλ _i为2时，即截止时间优先时，或当Tλ _i为0时，自适应判断优先策略时，即在满足费用约束条件下优先将任务调度至完成该任务较快的资源上，首先判断任务在公有和私有云资源的完成时间，将任务调度至能尽早完成的资源上，在同等条件下，兼顾私有云优先的原则，调度至公有云时，首先需要判断费用约束条件，相关优化及约束描述如下公式：

最小时间公式：

公有云截止时间约束条件：

私有云截止时间约束条件：

费用时间约束条件：

F _i＝TC _i×P _u+TL _i×Q _u≤TM _i    (14)。
根据权利要求1所述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述公式(3)中任务大小为任务代码量。
根据权利要求1一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述费用的产生在公有云的租用上，费用包括计算费用、存储费用。
根据权利要求1所述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述Tλ _i若为1，为考虑费用优先调度策略，若为Tλ _i为2，为考虑截止时间优先调度策略，若Tλ _i为0，为自动判断调度策略。
根据权利要求1所述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述步骤5)中私有云优先的原则为：若公有云和私有云的完成时间相同或相似，任务将优先调度至私有云，否则调度至公有云。
根据权利要求1所述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：云计算数据资源调度模型包括用户接口、任务请求管理器和调度管理器；用户接口用于将用户提交的任务请求送至请求管理器，任务请求管理器用于将任务请求信息传输至调度管理器，调度管理器根据任务需求，结合保存在调度管理器中的公有云和私有云的资源信息，运用云调度方法将任务调度至公有云或私有云上，完成任务处理后将结果返回给用户。
根据权利要求1所述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述任务请求信息包括任务大小、所需数据量、要求完成的截止时间及预算费用。
根据权利要求1所述的一种轨交应用的考虑时间和费用的云数据资源调度方法，其特征是：所述公有云和私有云资源的信息包括资源的计算能力、传输能力、计算价格。