网络物理系统服务的预留带宽分配方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种网络物理系统服务的预留带宽分配方法和装置，所述方法包括：对于CPS服务中的一个服务r，根据由应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量；根据确定的Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，进行网络物理系统CPS服务在时隙t的预留带宽分配；其中，Nr(t)为计划在时隙t维护服务r的带宽量。应用本发明专利技术可以针对CCPS环境下多个CPS服务的具体要求，提供优化的保留带宽分配策略来满足多个CPS服务需求的性能，降低运营成本和服务水平协议(SLA)与实际交付的带宽之间的差异的影响，同时保持基本的QoS水平。

Reserved bandwidth allocation method and device for network physical system service

The invention discloses a reserved bandwidth allocation method and an apparatus for network physical system services. The method includes: for a service r in a CPS service, the Nr (t) and various cloud platforms are scheduled for slot t maintenance according to the total cost minimization strategy composed of the sum of emergency cost, service quality QoS loss and operation cost. The bandwidth of service r; according to the determined Nr (t) and the bandwidth of various cloud platforms scheduled to maintain service r in slot t, the reserved bandwidth of CPS service in slot t is allocated; among them, Nr (t) is the bandwidth of planned maintenance service r in slot t. According to the specific requirements of multiple CPS services in CCPS environment, the invention can provide an optimized bandwidth reservation allocation strategy to meet the performance requirements of multiple CPS services, reduce the impact of the difference between the operating cost and the service level agreement (SLA) and the actual delivery bandwidth, and maintain the basic QoS level.

【技术实现步骤摘要】
网络物理系统服务的预留带宽分配方法和装置
本专利技术涉及通信
，特别是指一种网络物理系统服务的预留带宽分配方法和装置。
技术介绍
网络物理系统(CPS)是一种新型的上下文环境系统，代表了下一代计算系统发展的方向。然而，随着灵活性的要求，大数据的出现和复杂的混合架构，网络物理系统也需要使用云计算作为可扩展和具有成本效益的助手。云集成CPS(CCPS)是指虚拟表示物理系统组件，如云中的传感器，执行器，机器人和其他设备，并且可以以可扩展，实时，高效的方式处理从云中的物理组件收集的大量数据的一种可靠方式。对于CCPS中的多个CPS服务，预留带宽分配是一个关注点，因为缺乏可用带宽导致了大部分的性能问题，同时带宽资源通常是CCPS平台中最关键和最有限的资源。实际上，有很多众所周知的例子，由于预留的带宽分配不好，特别是在云的混合架构下，造成了巨大的损失。由于CCPS依赖于云的混合架构，我们应该更加注意预留带宽的重要性。如何动态地确定CCPS环境下的保留带宽分配仍然是提高满足多个CPS服务需求的性能的重大挑战。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种网络物理系统服务的预留带宽分配方法和装置，针对CCPS环境下多个CPS服务的具体要求，提供优化的保留带宽分配策略来满足多个CPS服务需求的性能，降低运营成本和服务水平协议(SLA)与实际交付的带宽之间的差异的影响，同时保持基本的QoS水平。基于上述目的本专利技术提供一种网络物理系统服务的预留带宽分配方法，包括：对于CPS服务中的一个服务r，根据由应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量；根据确定的Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，进行网络物理系统CPS服务在时隙t的预留带宽分配；其中，Nr(t)为计划在时隙t维护服务r的带宽量。其中，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，具体包括：根据如下表达式一的约束条件确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量：表达式一中，C(t)表示在时隙t应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本，T为时隙段总长度；C(t)的计算表达式如下：C(t)＝C0(t)+Ch(t)+Cq(t)(表达式二)表达式二中，Ch(t)、Cq(t)、C0(t)分别表示所述应急成本、QoS损失和运营成本，三者计算表达式如下：其中，R表示CPS服务中各类服务的集合，表示根据服务r的服务级别协议要维护的带宽的最大量，hr和sr分别表示正常和应急情况下服务r的基本单位带宽的成本，wr为设定的服务r在整体应急成本中所配属的权重，e为设定的成本平衡权重；b表示QoS的下降率，表示服务r可以实现的最大QoS；D表示各类云平台的集合，sd(t)表示时隙t第d类云平台的运营成本；表示第d类云平台最大的带宽约束值，与对数函数的比值表示第d类云平台中一个单位带宽的单位可变成本，表示第d类云平台中一个单位带宽的固定成本，ar(t)表示根据统计结果预测的时隙t维护服务r的所需带宽量，k为设定的调节常数。进一步，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量时，还包括：根据如下表达式七和八的约束条件确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量：其中，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)，具体包括：根据如下表达式九，确定Nr(t)：其中，表示根据服务r的服务级别协议要维护的带宽的最大量，表示服务r可以实现的最大QoS，b表示QoS的下降率，hr和sr分别表示正常和应急情况下服务r的基本单位带宽的成本，wr为设定的服务r在整体应急成本中所配属的权重，e为设定的成本平衡权重；V为设定的队列延迟与所述总成本之间的调节常数，ar(t)表示根据统计结果预测的时隙t维护服务r的所需带宽量，Hr(t)表示至时隙t时服务r的累计未提供带宽的请求量，是根据上个时隙的Hr(t-1)计算得到。其中，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，具体包括：根据如下表达式十，确定各类云平台中第d类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量其中，sd(t)表示时隙t第d类云平台的运营成本，和分别表示第d类云平台维护服务r的最大、最小带宽量，Zr(t)为定义的虚拟队列，是根据上个时隙的Zr(t-1)计算得到。进一步，在所述确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量后，还包括：根据如下表达式十一和十二，确定下个时隙的t+1的Hr(t+1)和Zr(t+1)：其中，εr为预设常数，当Hr(t)＞0时，指示符函数等于1，否则为0；当Hr(t)＝0时，指示符函数等于1，否则为0。本专利技术还提供一种网络物理系统服务的预留带宽分配装置，包括：预留带宽计算模块，用于对于CPS服务中的一个服务r，根据由应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量；其中，Nr(t)为计划在时隙t维护服务r的带宽量；预留带宽分配模块，用于根据确定的Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，进行网络物理系统CPS服务在时隙t的预留带宽分配。本专利技术实施例的技术方案中，根据应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略进行分配后，能够最大限度地降低运营成本和服务水平协议(SLA)与实际交付的带宽之间的差异的影响，同时保持基本的QoS水平。在实际应用中，本专利技术实施例的技术方案确实体现出所具有的成本优势。进一步，本专利技术实施例的技术方案中，基于上述的应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略原则，为了快速进行CPS服务的预留带宽分配，提供了一种在线快速求解得到满足不等式约束条件的Nr(t)和的方法，以满足预留带宽分配的动态在线性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种CPS服务的预留带宽分配方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种CPS服务的预留带宽分配装置的内部结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络物理系统服务的预留带宽分配方法，包括：对于CPS服务中的一个服务r，根据由应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量；根据确定的Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，进行网络物理系统CPS服务在时隙t的预留带宽分配；其中，Nr(t)为计划在时隙t维护服务r的带宽量。

【技术特征摘要】
1.一种网络物理系统服务的预留带宽分配方法，包括：对于CPS服务中的一个服务r，根据由应急成本、服务质量QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量；根据确定的Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，进行网络物理系统CPS服务在时隙t的预留带宽分配；其中，Nr(t)为计划在时隙t维护服务r的带宽量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，具体包括：根据如下表达式一的约束条件确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量：表达式一中，C(t)表示在时隙t应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本，T为时隙段总长度；C(t)的计算表达式如下：C(t)＝C0(t)+Ch(t)+Cq(t)(表达式二)表达式二中，Ch(t)、Cq(t)、C0(t)分别表示所述应急成本、QoS损失和运营成本，三者计算表达式如下：其中，R表示CPS服务中各类服务的集合，表示根据服务r的服务级别协议要维护的带宽的最大量，hr和sr分别表示正常和应急情况下服务r的基本单位带宽的成本，wr为设定的服务r在整体应急成本中所配属的权重，e为设定的成本平衡权重；b表示QoS的下降率，表示服务r可以实现的最大QoS；D表示各类云平台的集合，sd(t)表示时隙t第d类云平台的运营成本；表示第d类云平台最大的带宽约束值，与对数函数的比值表示第d类云平台中一个单位带宽的单位可变成本，表示第d类云平台中一个单位带宽的固定成本，ar(t)表示根据统计结果预测的时隙t维护服务r的所需带宽量，k设定的调节常数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量时，还包括：根据如下表达式七和八的约束条件确定Nr(t)和各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量：4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定Nr(t)，具体包括：根据如下表达式九，确定Nr(t)：其中，表示根据服务r的服务级别协议要维护的带宽的最大量，表示服务r可以实现的最大QoS，b表示QoS的下降率，hr和sr分别表示正常和应急情况下服务r的基本单位带宽的成本，wr为设定的服务r在整体应急成本中所配属的权重，e为设定的成本平衡权重；V为设定的队列延迟与所述总成本之间的调节常数，ar(t)表示根据统计结果预测的时隙t维护服务r的所需带宽量，Hr(t)表示至时隙t时服务r的累计未提供带宽的请求量，是根据上个时隙t-1的Hr(t-1)计算得到。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据由应急成本、QoS损失和运营成本之和所构成的总成本最小策略，确定各类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量，具体包括：根据如下表达式十，确定各类云平台中第d类云平台计划在时隙t维护服务r的带宽量其中，sd(t)表示时隙t第d类云平台的运营成本，和分别表示第d类云平台维护服务r的最大、最小带宽量，Zr(t)为定义的虚拟队列，是根据上个时隙的Zr(t-1)计算得到的。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述确定Nr(...

【专利技术属性】
技术研发人员：包卫东，朱晓敏，吴冠霖，周文，张耀鸿，韩浩然，陈俊杰，杨骋，王吉，陈超，马力，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43