專利名稱：一種基于用戶滿意度感知的數(shù)據(jù)中心服務布置方法
技術領域：
本發(fā)明是一種基于用戶滿意度感知的數(shù)據(jù)中心服務布置方法，特別涉及服務供應商在面向地理分布的數(shù)據(jù)中心進行服務布置，保證用戶滿意度的前提下，通過服務布置方法最大化服務供應商的收益。
背景技術：
隨著云計算的迅猛發(fā)展，服務供應商在云端提供了各式各樣的應用滿足用戶的需求，如已有的應用如谷歌的Docs和AppEngine，亞馬遜的EC2和S3等，這些應用服務多是通過在數(shù)據(jù)中心的布置來實現(xiàn)的。所以，大量的服務請求不僅會增大對數(shù)據(jù)中心的需求，更加重了數(shù)據(jù)中心的耗電量。據(jù)相關統(tǒng)計谷歌的數(shù)據(jù)中心擁有約50萬臺服務器，工作一年的耗電成本為三千八百萬美元，而微軟的數(shù)據(jù)中心服務器數(shù)量達到20萬每年的電費也超過了三千六百萬美元，其中大部分的電費都要由租用數(shù)據(jù)中心服務器的服務供應商來承擔，因此，這就要求服務供應商必須通過合理的、有效的服務布置方法來降低成本。服務布置(Service Placement)指的是服務供應商通過租賃數(shù)據(jù)中心的資源來處理前端服務器分配的服務請求，它以最大化供應商收益為目標，在滿足用戶需求的前提下，將請求分配至合適數(shù)據(jù)中心，并同時布置相應數(shù)量的服務資源處理請求。服務布置在面向具有地理分布特點數(shù)據(jù)中心時主要考慮的因素有:(I)數(shù)據(jù)中心的地理位置不同，電價也不同。例如在美國很多區(qū)域的電價都是由該區(qū)域輸電組織(Regional TransmissionOrganization, RTO)所確定的,所以在同一時刻,每個區(qū)域的電價是不同的,這樣就有利于服務供應商可以在電價較低的區(qū)域完成用戶服務請求，達到降低成本的目的；(2)同一請求分配給不同位置的數(shù)據(jù)中心，產(chǎn)生的時延不同。用戶服務請求由前端服務器收集后，可以選擇不同的路由傳輸至數(shù)據(jù)中心，傳輸距離較長的時延也會增加，傳輸距離較短時延也縮短；(3)數(shù)據(jù)中心的服務器 容量受限。數(shù)據(jù)中心可以通過虛擬技術將物理服務器虛擬成若干臺虛擬機，服務供應商通過租用虛擬機來處理請求，但是一旦虛擬資源請求超過數(shù)據(jù)中心的容量后，就會造成對服務請求的時延，無法滿足用戶的需求。由以上可知，要充分利用地理分布式的數(shù)據(jù)中心的電價優(yōu)勢，就必須處理好傳輸時延和服務處理時間。目前，面向地理位置的數(shù)據(jù)中心服務布置的問題和方法主要有以下幾種:(1)時延與電價的權衡問題。當服務供應商在處理服務請求面臨著時延和電價的權衡時，供應商就必須根據(jù)約束條件，做出合理請求分配的決策，達到所設定的目標；(2)新平衡目標的引入與提出。有的研究工作將公平性引入至面向地理分布式數(shù)據(jù)中心的服務布置中，提出了關于電價、響應時間和公平性三者關系的平衡問題，即以公平性為標準，犧牲部分用戶響應時間，讓其他的用戶在低廉電價的數(shù)據(jù)中心處理作業(yè)，達到降低電價成本的目的。還有的研究則解決的問題是權衡電價、延遲和碳揮發(fā)量三者的關系；(3)新效用函數(shù)的提出。有的研究提出了一種關于時間效用函數(shù)——多級步降函數(shù)來衡量供應商的收益。該函數(shù)主要是適用于具有軟實時性的作業(yè)請求，即一個軟作業(yè)有多個時限，每個時限對應不同的效用值，時限越大效用值越低，收益也越低；(4)新方法的提出，如博弈論等，為了描述多服務供應商的資源競爭問題，有的研究采用了博弈論的方法來進行描述，提出了最優(yōu)化的動態(tài)服務布置方法。第一類主要研究了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心處理請求的能耗和時延問題，問題的提出較早，而且目前已有大量的研究存在；第二類問題則是第一類問題的延伸，引入了新的目標參數(shù)，模型也主要參照了原有的多核調度問題，并沒有體現(xiàn)出數(shù)據(jù)中心的特點；第三種也是第一類問題的擴展，主要通過引入已有的實時系統(tǒng)效用函數(shù)來衡量用戶收益問題，在這種方法中一個軟作業(yè)對應多個效用方程，當問題規(guī)模較小時才可以適用；第四種則是通過理論證明的方式來解決問題，沒有做模擬或仿真實驗。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要針對原有方法的不足，提出了一種基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法。采用的衡量指標為用戶滿意度，并引入了經(jīng)濟學中的無差異曲線(IndifferenceCurve)理論。本發(fā)明原理如下:在無差異曲線中，同一條曲線上的任意一點的滿意度是相同的，這一點所代表的是兩種不同物品的組合，曲線越靠近原點滿意度越大，且互不相交。在本發(fā)明中，每個用戶對應一個滿意度范圍，這個范圍內有多條無差異曲線，曲線上的每個點是用戶所繳納的服務費和服務響應時間的組合。當用戶繳納服務費后，服務供應商所要做的就是:滿足用戶滿意度的前提下，通過合理的、有效的服務布置方法達到自身利益最大化的目標。在本發(fā)明中，定義了三種關于服務供應商在服務布置過程中的費用支出:電費開銷、網(wǎng)絡流量計費開銷和環(huán) 境稅款。電費與傳統(tǒng)的地理分布數(shù)據(jù)中心一樣，假設每個區(qū)域在同一時刻的電價是不同的，所以每個區(qū)域處理服務請求后產(chǎn)生的電費也是不同的；流量計費主要是為了刻畫不同區(qū)域數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡計費方式不同而設定的；環(huán)境稅款主要是從環(huán)保的角度考慮，限制數(shù)據(jù)中心的碳排放量，加大對超標排放的稅款，減少環(huán)境污染，達到可持續(xù)發(fā)展的目的。另外，本發(fā)明中涉及到的時延主要包括:傳輸時延和處理時延。傳輸時延主要與服務請求起始位置和終點有關，它與傳輸距離成反比，距離越長傳輸時延越大；處理時延指的是數(shù)據(jù)中心處理請求花銷的時間，本發(fā)明采用了排隊論理論中的M/M/1方法來計算處理時延，即給定服務終端服務率，當布置的虛擬機數(shù)量越多處理時延時短。本發(fā)明的技術解決方案如下:—種基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法，已知每個時刻有Nt個(t=0, 1，…，T，表示不同時刻)用戶請求到達前臺服務器后，服務供應商要做的決策就是在滿足用戶滿意度的(服務費Pi和響應時間Cli的組合)前提下，最大化自身的利益Prof it，將請求分布至總支出(COSTk)較小的數(shù)據(jù)中心Dk，i為第i個服務請求i={l，...，《，k為第k個數(shù)據(jù)中心k={l,…，M},具體步驟如下:(I)在時刻t，到達前端服務器的用戶請求數(shù)量為Nt ；(2)初始化，將服務器終端存儲的數(shù)據(jù)中心成本支出費，按從小到大的順序依次排列；(3)令 i=l，k=l;(4)將服務請求i分配至數(shù)據(jù)中心Dk ；
(5)根據(jù)給定的用戶滿意度，計算滿足服務的虛擬機數(shù)量，并判斷服務請求i的需求是否超過數(shù)據(jù)中心Dk，總虛擬機數(shù)量；(6 )當需求的虛擬機數(shù)量超出了數(shù)據(jù)中心Dk的最大容量，則Prof it (i，k) =0，k=k+l ；(7)當需求的虛擬機數(shù)量沒有超出數(shù)據(jù)中心Dk的最大容量時，則服務供應商將布置服務于數(shù)據(jù)中心 Dk, Profit(i，k) =P1- COSTk, k=k+l ；(8)判斷k彡Μ,如是則返回步驟(4),否貝U,選擇收益Profit (i, k)最大的數(shù)據(jù)中心，得到請求i的服務布置方案，i=i+l，k=l ；(9)判斷i ( Nt，如是則返回步驟(4)，否則，返回步驟(I)進入下一時刻t+1。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)本發(fā)明所述的以供應商利益最大化為目標的，提出的動態(tài)貪婪服務布置方法的時間復雜度是多項式時間的，說明該方法可以適用于處理在線的、大規(guī)模用戶請求數(shù)量、基于地理位置分布的數(shù)據(jù)中心。(2)本發(fā)明引入了經(jīng)濟學的無差異曲線理論來刻畫用戶滿意度，并將該方法應用于面向地理分布的數(shù)據(jù)中心服務布置。(3)本發(fā)明設計的動態(tài)服務布置方法，全面考慮了供應商的支出，不僅有高昂電費的支出，還包括了不同數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡計費方式，和碳排放帶來的環(huán)境影響因素，貼切實際應用場景。本發(fā)明主要解決了面向地理分布數(shù)據(jù)中心的服務布置問題。對于動態(tài)到達的用戶服務請求，滿足用戶滿意度的前提下，供應商將服務布置在支出最小的數(shù)據(jù)中心處理用戶請求，最后通過仿真實驗的實驗結果證明了本發(fā)明的可靠性和優(yōu)越性。


圖1是數(shù)據(jù)中心的示意圖。圖2是本發(fā)明基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。請參閱圖2，圖2是本發(fā)明基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法的流程圖，如圖所示，一種基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法，包括如下步驟:(I)在時刻t，到達前端服務器的用戶請求數(shù)量為Nt ；(2)初始化，將服務器終端存儲的數(shù)據(jù)中心成本支出費，按從小到大的順序依次排列；(3)令 i=l，k=l;(4)將服務請求i分配至數(shù)據(jù)中心Dk ；(5)根據(jù)給定的用戶滿意度，計算滿足服務的虛擬機數(shù)量，具體方法是:假設同一數(shù)據(jù)中心內服務器終端是同構的，已知服務i在t時刻的到達率，服務器終端服務率和用戶滿意度的響應時間 di，通過排隊論中M/M/1的方法可以得到虛擬機需求數(shù)量；
計算完畢后，判斷服務請求i的需求是否超過數(shù)據(jù)中心Dk，總虛擬機數(shù)量；(6)當需求的虛擬機數(shù)量超出了數(shù)據(jù)中心Dk的最大容量，則Profit(i，k)=0，k=k+l ；(7)當需求的虛擬機數(shù)量沒有超出數(shù)據(jù)中心Dk的最大容量時，則服務供應商將布置服務于該數(shù)據(jù)中心Dk滿足用戶請求，計算本次服務布置的收益Profit (i, k) =P1- COSTk,k=k+l ；(8)判斷k ( M，如是則返回步驟(4)，否則，表明該服務請求i遍歷完所有數(shù)據(jù)中心，選擇收益Profit (i，k)最大的數(shù)據(jù)中心，得到服務請求i的服務布置方案，i=i+l，k=l ；(9)判斷i ( Nt， 如是則返回步驟(4)，否則，返回步驟(I)進入下一時刻t+1。
權利要求
1.一種基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)在時刻t，到達前端服務器的用戶請求數(shù)量為Nt； (2)初始化，將服務器終端存儲的數(shù)據(jù)中心成本支出費,按從小到大的順序依次排列；(3)令i=l, k=l ； (4)將服務請求i分配至數(shù)據(jù)中心Dk； (5)根據(jù)給定的用戶滿意度，計算滿足服務的虛擬機數(shù)量，并判斷服務請求i的需求是否超過數(shù)據(jù)中心Dk,總虛擬機數(shù)量； (6)當需求的虛擬機數(shù)量超出了數(shù)據(jù)中心Dk的最大容量,則Profit(i, k)=0, k=k+l ； (7)當需求的虛擬機數(shù)量沒有超出數(shù)據(jù)中心Dk的最大容量時，則服務供應商將布置服務于數(shù)據(jù)中心 Dk，Prof it (i，k) =P1- C0STk，k=k+l ； (8)判斷k彡M，如是則返回步驟(4)，否則，選擇收益Profit (i，k)最大的數(shù)據(jù)中心，得到請求i的服務布置方案，i=i+l, k=l ； (9)判斷i< Nt，如是則返回步驟(4)，否則，返回步驟(I)進入下一時刻t+Ι。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于用戶滿意度的數(shù)據(jù)中心服務布置方法，其特征在于，所述的步驟(5)中根據(jù)給定的用戶滿意度，計算滿足服務的虛擬機數(shù)量，具體方法如下:假設同一數(shù)據(jù)中心內 服務器終端是同構的，已知請求服務i在t時刻的到達率，服務器終端服務率和用戶滿意度的響應時間di，通過排隊論中M/M/1的方法得到虛擬機需求數(shù)量。
全文摘要
一種基于用戶滿意度感知的數(shù)據(jù)中心服務布置方法，首先，在t時刻將所有的數(shù)據(jù)中心的支出成本，按照進行從小到大的排序；接著，將服務請求依次分配給每一個數(shù)據(jù)中心，分配時要求滿足的條件為數(shù)據(jù)中心虛擬機數(shù)量足夠多且達到用戶請求的需求，對于滿足條件的計算服務供應商收益，并保留收益的最大的一組分配，將服務布置于該數(shù)據(jù)中心；最后，當所有的請求都有了對應的服務布置后，本輪結束并為下一個時刻準備。本發(fā)明在滿足用戶滿意度的前提下，以服務供應商收益最大化為目標，以最小的支出成本對用戶請求在數(shù)據(jù)中心進行服務布置，計算簡單、運算速度快，適用于在線、大規(guī)模的服務請求場景。
文檔編號H04L12/14GK103237072SQ20131014076
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權日2013年4月22日
發(fā)明者敬超, 朱燕民, 李明祿 申請人:上海交通大學