基于博弈论的云容灾数据备份方法技术

基于博弈论的云容灾数据备份方法，涉及数据备份容灾技术领域，解决现有数据备份方法存在资源花费较大且存储成本高，同时忽略了源端云提供商的行为对目的端云提供商的影响的问题，本发明专利技术所述的基于博弈论的云容灾环境下最优数据备份方法，将源端云提供商和目的端云提供商之间的交互过程模拟为一个存储资源定价模型，并将目的端云提供商备份节点之间的存储资源租赁过程建模成一个寻求最大收益的博弈过程。本发明专利技术同时给出了存储资源数量及存储资源价格最优解定量计算的方法，使得博弈双方，即源端云提供商与目的端云提供商利益同时达到最大化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据备份容灾
，具体涉及一种基于博弈论的云环境下的最优数据备份方法。
技术介绍
随着信息技术的发展，数据的价值不断增加，人们对于网络数据的依赖逐渐增强，尤其是金融或官方数据，即使是小部分的数据损失或者短时间的宕机都可能会对人民群众生命财产造成极大的危害。因此，数据容灾技术受到了广泛的研究和关注。人们通常会在不同的地理位置备份数据副本以达到数据可靠性要求。但是，传统的数据存储部署方法资源花费巨大。而云存储的低成本、按需购买和动态性使其逐步成为数据备份的最佳选择。近年来，云存储已经以一种按需购买的定价模型被广泛应用在数据容灾中。在当前的数据备份方法中，多侧重于关注目的节点的参数，如存储花销和数据恢复时间等，并对存储容量，最小带宽和副本数量进行了严格的限制，而忽略了源端云提供商的行为对目的端云提供商的影响。博弈论是研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题，具有斗争或竞争性质现象的数学理论和方法。博弈论考虑博弈中个体的预测行为和实际行为，并研究它们的优化策略。在生物学、经济学、国际关系、计算机科学、政治学、军事战略和其他很多学科都有广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术为解决现有数据备份方法存在资源花费较大且存储成本高，同时忽略了源端云提供商的行为对目的端云提供商的影响的问题，提供一种基于博弈论的云容灾数据备份方法。基于博弈论的云容灾数据备份方法，该方法由以下步骤实现：步骤一、用户将数据分别备份至i个源端云提供商SCPi上，所述源端云提供商SCP将自身存储的用户数据备份至目的端云服务提供商DCP上，所述目的端云服务提供商DCP包含j个存储价格变化的目的存储节点D_nodej；i为源端云提供商的数目，j为目的端云提供商的存储节点的数目；步骤二、计算源端云提供商SCP的效用函数Uscpi和目的端云提供商DCP的效用函数Udcp；具体用下述公式表示为：公式一、式中，Uscpi表示第i个源端云提供商SCPi的效用函数，Bij为SCPi在目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上存储资源后所获取的利益，所述Bij用公式二表示为：公式二、式中，bi为正参数，用于区分每个源端云提供商，tj为大于1的正参数，用于区分目的端云提供商的不同目的存储节点；xij为源端云提供商的策略；Cij为第i个源端云提供商SCPi从目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上租用存储资源所花费的成本，用公式三表示为：公式三、Cij＝pj·xij式中，pj为目的端云提供商存储节点的策略，即：目的端云提供商DCP的j个目的存储节点D_nodej上的存储资源的单位价格；所述Nij为网络负载均衡，用公式四表示为：公式四、式中，Lj表示目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上的最大负载均衡；将公式二、公式三、公式四代入公式一，获得公式五：公式五、式中，m为大于j的正整数，n为大于i的正整数；所述目的端云提供商DCP的效用函数用公式六表示为：公式六、式中，Udcp为所选中的目的端云提供商DCP的效用函数，Bj'为目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej将存储资源出租给源端云提供商所获取的收益，用公式七表示：公式七、所述Cj'为目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej的消耗成本，用公式八表示为：公式八、式中，pj'表示目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上的存储资源单位消耗成本，所述pj'＜pj；将公式七，公式八代入公式六，获得公式九：公式九、采用公式五与公式九计算获得所述源端云提供商SCP的效用函数Uscpi初始值及所述目的端云提供商DCP的效用函数Udcp初始值；步骤三、采用迭代算法实现纳什均衡；具体为：采用迭代算法计算源端云提供商的策略xij；用公式十表示为：公式十、式中，xij(τ1)为第τ1次迭代后第i个源端云提供商SCPi计划存储于目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej的资源数量，τ1表示源端云提供商的迭代次数，xij(τ1+1)表示xij(τ1)的下一次迭代结果；δ为第i个源端云提供商SCPi进行资源数量迭代时的步长因子；步骤四、源端云提供商SCP修正自身存储资源数量，目的端云提供商DCP的j个存储节点D_nodej则根据i个源端云提供商SCPi存储资源数量的变化不断地调整存储资源的单位价格pj，调整方法用公式十一表示为：公式十一、式中，τ2为源端云提供商的迭代次数，pj(τ2)为第τ2次迭代后目的端云提供商DCP的第j个存储节点D_nodej的存储资源单位价格，pj(τ2+1)表示pj(τ2)的下一次迭代结果；θ为目的端云提供商DSP的第j个存储节点D_nodej进行资源存储单位价格迭代时的步长因子；步骤五、根据步骤三获得的源端云提供商的策略xij和步骤四获得的目的端云提供商存储节点的策略pj，采用公式九计算目的端云提供商DCP的效用函数Udcp的新的迭代结果，并判断Udcp是否为最大值，如果否，则返回步骤四；如果是，执行步骤六；步骤六、根据公式五计算第i个源端云提供商SCPi的效用函数Uscpi，并判断Uscpi是否为最大值，如果否，则返回执行步骤三，如果是，源端云提供商SCP与目的端云提供商DCP达到纳什均衡，获得最优xij和pj值，实现最终的纳什均衡。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的基于博弈论的云容灾环境下最优数据备份方法，将源端云提供商和目的端云提供商之间的交互过程模拟为一个存储资源定价模型，并将目的端云提供商备份节点之间的存储资源租赁过程建模成一个寻求最大收益的博弈过程。本专利技术同时给出了存储资源数量及存储资源价格最优解定量计算的方法，使得博弈双方，即源端云提供商与目的端云提供商利益同时达到最大。附图说明图1为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法的原理框图；图2为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法的流程图；图3为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中目的端云提供商的三个存储节点存储资源数量变化示意图；图4为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中目的端云提供商的三个存储节点存储资源价格变化示意图；图5为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中五个源端云提供商分别存储于目的端云提供商的三个存储节点的资源数量分布示意图；图6为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中五个源端云提供商效用函数变化趋势示意图；图7为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中源端云提供商SCP1的效用函数变化趋势示意图；图8为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中目的端云提供商三个存储节点效用函数变化趋势示意图；图9为本专利技术所述的基于博弈论的云容灾数据备份方法中目的端云提供商三个存储节点总效用函数变化趋势示意图。具体实施方式具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，基于博弈论的云容灾数据备份方法，该方法由以下步骤实现：A、用户将数据分别备份至不同的源端云提供商SCPi上，i＝1,2,...n，n表示可用的源端云提供商数量；出于数据的安全性与完整性需求以及对经济因素的考虑，源端云提供商SCP需将自身存有的用户数据备份至另一个云服务提供商，即目的端云提供商DCP。目的端云提本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于博弈论的云容灾数据备份方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、用户将数据分别备份至i个源端云提供商SCPi上，所述源端云提供商SCP将自身存储的用户数据备份至目的端云服务提供商DCP上，所述目的端云服务提供商DCP包含j个存储价格变化的目的存储节点D_nodej；i为源端云提供商的数目，j为目的端云提供商的存储节点的数目；步骤二、计算源端云提供商SCP的效用函数Uscpi和目的端云提供商DCP的效用函数Udcp；具体用下述公式表示为：公式一、式中，Uscpi表示第i个源端云提供商SCPi的效用函数，Bij为SCPi在目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上存储资源后所获取的利益，所述Bij用公式二表示为：公式二、式中，bi为正参数，用于区分每个源端云提供商，tj为大于1的正参数，用于区分目的端云提供商的不同目的存储节点；xij为源端云提供商的策略；Cij为第i个源端云提供商SCPi从目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上租用存储资源所花费的成本，用公式三表示为：公式三、Cij＝pj·xij式中，pj为目的端云提供商存储节点的策略，即：目的端云提供商DCP的j个目的存储节点D_nodej上的存储资源的单位价格；所述Nij为网络负载均衡，用公式四表示为：公式四、式中，Lj表示目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上的最大负载均衡；将公式二、公式三、公式四代入公式一，获得公式五：公式五、式中，m为大于j的正整数，n为大于i的正整数；所述目的端云提供商DCP的效用函数用公式六表示为：公式六、式中，Udcp为所选中的目的端云提供商DCP的效用函数，Bj'为目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej将存储资源出租给源端云提供商所获取的收益，用公式七表示：公式七、所述Cj'为目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej的消耗成本，用公式八表示为：公式八、式中，pj'表示目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上的存储资源单位消耗成本，所述pj'＜pj；将公式七，公式八代入公式六，获得公式九：公式九、采用公式五与公式九计算获得所述源端云提供商SCP的效用函数Uscpi初始值及所述目的端云提供商DCP的效用函数Udcp初始值；步骤三、采用迭代算法实现纳什均衡；具体为：采用迭代算法计算源端云提供商的策略xij；用公式十表示为：公式十、式中，xij(τ1)为第τ1次迭代后第i个源端云提供商SCPi计划存储于目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej的资源数量，τ1表示源端云提供商的迭代次数，xij(τ1+1)表示xij(τ1)的下一次迭代结果；δ为第i个源端云提供商SCPi进行资源数量迭代时的步长因子；步骤四、源端云提供商SCP修正自身存储资源数量，目的端云提供商DCP的j个存储节点D_nodej则根据i个源端云提供商SCPi存储资源数量的变化不断地调整存储资源的单位价格pj，调整方法用公式十一表示为：公式十一、式中，τ2为源端云提供商的迭代次数，pj(τ2)为第τ2次迭代后目的端云提供商DCP的第j个存储节点D_nodej的存储资源单位价格，pj(τ2+1)表示pj(τ2)的下一次迭代结果；θ为目的端云提供商DSP的第j个存储节点D_nodej进行资源存储单位价格迭代时的步长因子；步骤五、根据步骤三获得的源端云提供商的策略xij和步骤四获得的目的端云提供商存储节点的策略pj，采用公式九计算目的端云提供商DCP的效用函数Udcp的新的迭代结果，并判断Udcp是否为最大值，如果否，则返回步骤四；如果是，执行步骤六；步骤六、根据公式五计算第i个源端云提供商SCPi的效用函数Uscpi，并判断Uscpi是否为最大值，如果否，则返回执行步骤三，如果是，源端云提供商SCP与目的端云提供商DCP达到纳什均衡，获得最优xij值和pj值，实现最终的纳什均衡。...

【技术特征摘要】
1.基于博弈论的云容灾数据备份方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：步骤一、用户将数据分别备份至i个源端云提供商SCPi上，所述源端云提供商SCP将自身存储的用户数据备份至目的端云服务提供商DCP上，所述目的端云服务提供商DCP包含j个存储价格变化的目的存储节点D_nodej；i为源端云提供商的数目，j为目的端云提供商的存储节点的数目；步骤二、计算源端云提供商SCP的效用函数Uscpi和目的端云提供商DCP的效用函数Udcp；具体用下述公式表示为：公式一、式中，Uscpi表示第i个源端云提供商SCPi的效用函数，Bij为SCPi在目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上存储资源后所获取的利益，所述Bij用公式二表示为：公式二、式中，bi为正参数，用于区分每个源端云提供商，tj为大于1的正参数，用于区分目的端云提供商的不同目的存储节点；xij为源端云提供商的策略；Cij为第i个源端云提供商SCPi从目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上租用存储资源所花费的成本，用公式三表示为：公式三、Cij＝pj·xij式中，pj为目的端云提供商存储节点的策略，即：目的端云提供商DCP的j个目的存储节点D_nodej上的存储资源的单位价格；所述Nij为网络负载均衡，用公式四表示为：公式四、式中，Lj表示目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上的最大负载均衡；将公式二、公式三、公式四代入公式一，获得公式五：公式五、式中，m为大于j的正整数，n为大于i的正整数；所述目的端云提供商DCP的效用函数用公式六表示为：公式六、式中，Udcp为所选中的目的端云提供商DCP的效用函数，Bj'为目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej将存储资源出租给源端云提供商所获取的收益，用公式七表示：公式七、所述Cj'为目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej的消耗成本，用公式八表示为：公式八、式中，pj'表示目的端云提供商DCP的第j个目的存储节点D_nodej上的存储资源单位消耗成本，所述pj'＜pj；将公式七，公式八代入公式六，获得公式九：公式九、采用公式五与公式九计算获得所述源端云提供商SCP的效用函数Uscpi初始值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦青，底晓强，祁晖，任维武，刘旭，赵建平，宋小龙，管红梅，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22