基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度系统，包括动态链路仿真模块、分布式集群资源状态实时感知模块和分布式集群资源调度模块，本发明专利技术还提供了一种基于上述系统的基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法，包括分布式集群资源状态监控子方法、分布式集群优选调度子方法和分布式集群均衡调度子方法。针对卫星动态链路状态和节点资源信息扩展优化调度策略，将未调度的Pod资源对象调度到天基分布式集群中最优的卫星节点上，避免集群资源使用过度向某类资源倾斜，从而更加合理、充分地利用集群的资源。充分地利用集群的资源。充分地利用集群的资源。

【技术实现步骤摘要】
基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法和系统


[0001]本专利技术涉及容器编排领域，并特别涉及一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法和系统。

技术介绍

[0002]随着卫星互联网业务场景日益复杂多样，用户对应用服务性能要求更加严格。然而，当前单个卫星节点的计算和存储能力不足，链路拓扑高动态变化和网络传输高时延等问题导致卫星互联网环境下系统快速响应能力受到很大限制。首先，业务功能日渐丰富使得星间链路面临较大的流量压力，具有高动态、高移动性的卫星节点可能会导致计算流量随着时间变化而发生变化，进而触发节点中应用功能需求的变化；其次，网络环境方面，卫星网络具有链路拓扑高动态变化和传输时延较大等特点，使得对外提供服务时计算、存储和通信网络资源均非常稀缺，而且有可能由于单个卫星节点故障导致服务不可用。最后，卫星互联网系统对用户服务体验要求与日俱增，需要构建具备高可靠和高可用特性的天基卫星分布式集群，为用户提供多样化的稳定服务支持。
[0003]Kubernetes是应用最为普遍的容器云编排管理系统，广泛应用于分布式计算场景，其资源调度策略首先根据用户申明的最小资源需求过滤掉不符合要求的节点，再将节点的剩余CPU利用率、剩余内存利用率作为评价指标，利用加权求和方式对候选节点评分，选择评分最高的节点进行部署。
[0004]然而，天基分布式卫星集群容器编排调度系统不同于地面分布式集群，其受限于空间环境中链路拓扑高动态变化和高传输时延，计算、存储和带宽等资源稀缺等条件，直接采用Kubernetes原生资源调度机制存在以下问题：未考虑应用对于带宽、磁盘等资源的需求，无法对分布式计算场景下带宽、磁盘资源倾向型应用进行合理的调度；而且对于需求各异的应用，Kubernetes采用固定的求和权重对节点评分，不能满足应用的个性化资源需求；未考虑天基分布式卫星集群特性，若将应用部署在不合适的卫星节点上，会增大扩缩容频次，影响应用的性能并造成资源的浪费，难以保证集群稳定性和服务可靠性。
[0005]为解决上述问题导致Kubernetes原生资源调度机制难以适用于天基分布式卫星集群应用场景的问题，本专利技术提出了一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法和系统，针对卫星动态链路状态和节点资源信息扩展优化调度策略，将未调度的Pod资源对象调度到天基分布式集群中最优的卫星节点上，避免集群资源使用过度向某类资源倾斜，从而更加合理、充分地利用集群的资源。

技术实现思路

[0006]为解决目前Kubernetes原生资源调度机制难以适用于天基分布式卫星集群的链路拓扑高动态变化、高传输时延及卫星节点计算、存储、网络等资源受限场景，容器资源无法被调度至合适的卫星节点上，增大扩缩容频次，影响应用的性能并造成资源的浪费的问题，本专利技术提出了一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法和系统，具体内容
如下：
[0007]一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度系统，包括：
[0008]动态链路仿真模块，用于模拟传输卫星节点在动态星座拓扑下的根据最短路径路由算法链路连接状态，以此对分布式卫星集群的网络环境进行仿真建模；
[0009]分布式集群资源状态实时感知模块，用于对集群中节点的计算、存储和通信资源状态信息的实时监控，并为分布式集群资源调度模块提供系统资源调度依据；
[0010]分布式集群资源调度模块，用于整个集群应用服务Pod资源对象的调度，基于所述系统资源调度依据完成调度决策，将未调度的应用Pod资源对象调度到集群中最优的卫星节点上，实现系统负载均衡。
[0011]进一步地，所述动态链路仿真模块还可以按照IP数据包方式控制集群中各卫星节点间的时延、带宽、丢包率、误码率情况。
[0012]进一步地，所述分布式集群资源状态实时感知模块在集群中各节点部署一个监控进程，利用时间序列数据库来收集和存储节点的资源监控数据，定期将各节点CPU、内存、磁盘使用情况以及节点间链路网络信息提供给分布式集群资源调度模块作为系统资源调度依据。
[0013]进一步地，所述系统资源调度依据包括CPU、内存、磁盘和网络四类资源实时统计信息。
[0014]本专利技术还提供了一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法，基于上述系统，包括以下子方法：
[0015]A1：分布式集群资源状态监控子方法，用于对分布式集群各节点计算、存储和网络资源实际使用情况进行监控，在每个节点上分别部署资源监控进程，并使用时间序列数据库来收集和存储节点的资源监控数据，定期将以上数据提供给自适应权重调度器作为调度依据；
[0016]A2：分布式集群优选调度子方法，用于根据待调度应用Pod申明的最小资源需求过滤掉不符合要求的节点，再根据从子方法A1中所述时间序列数据库中得到的节点CPU、内存、磁盘可用率以及网络资源实时负载情况作为评价指标，利用加权求和方式对候选节点评分，选择评分最高的节点进行Pod部署；
[0017]A3：分布式集群均衡调度子方法，用于根据可用候选节点集合Pod部署情况进行物理节点分散部署；
[0018]其中，子方法A1基于所述分布式集群资源状态实时感知模块，子方法A2和子方法A3基于所述分布式集群资源调度模块。
[0019]进一步地，子方法A1包括以下步骤：
[0020]S110：利用所述动态链路仿真模块模拟天基卫星节点在动态星座拓扑下根据最短路径路由算法得到的链路连接状态，以此对分布式卫星集群的网络情况参数进行设置；
[0021]S120：分布式集群中各节点资源监控进程周期性采集当前节点的计算、存储和网络资源负载信息；
[0022]S130：分布式集群的主节点服务端定时向各个工作节点查询并采集该监控周期内所有节点的CPU、内存、磁盘和网络资源负载信息，并将资源监控数据存储至时间序列数据库。
[0023]进一步地，子方法A2包括以下步骤：
[0024]S210：进行节点过滤检测，根据设定策略过滤掉不满足待调度Pod资源对象最小资源需求的节点，得到可用候选节点集合；
[0025]S220：集群监控模块向所述时间序列数据库发送获取节点及待调度Pod资源监控信息的查询请求并返回当前周期内的监控数据；
[0026]S230：根据步骤S220得到的节点CPU、内存、磁盘和网络带宽使用情况计算四类资源的自适应权重；
[0027]S240：统计分布式集群中各网络情况参数的最大值和最小值，计算可用候选节点集合各节点的网络分数；
[0028]S250：将步骤S230得到的CPU、内存、磁盘和网络资源自适应权重和对应资源分数加权求和，得到可用候选节点集合的优选调度分数。
[0029]进一步地，子方法A3包括以下步骤：
[0030]S310：统计可用节点集合中各节点Pod部署数量，得到部署Pod最多的节点上已调度Pod资源对象个数，记为部署pod最大数量，并设置均衡调度策略最高分值；
[0031]S320：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度系统，其特征在于，包括：动态链路仿真模块，用于模拟传输卫星节点在动态星座拓扑下的根据最短路径路由算法链路连接状态，以此对分布式卫星集群的网络环境进行仿真建模；分布式集群资源状态实时感知模块，用于对集群中节点的计算、存储和通信资源状态信息的实时监控，并为分布式集群资源调度模块提供系统资源调度依据；分布式集群资源调度模块，用于整个集群应用服务Pod资源对象的调度，基于所述系统资源调度依据完成调度决策，将未调度的应用Pod资源对象调度到集群中最优的卫星节点上，实现系统负载均衡。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态链路仿真模块还可以按照IP数据包方式控制集群中各卫星节点间的时延、带宽、丢包率、误码率情况。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分布式集群资源状态实时感知模块在集群中各节点部署一个监控进程，利用时间序列数据库来收集和存储节点的资源监控数据，定期将各节点CPU、内存、磁盘使用情况以及节点间链路网络信息提供给分布式集群资源调度模块作为系统资源调度依据。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统资源调度依据包括CPU、内存、磁盘和网络四类资源实时统计信息。5.一种基于天基分布式卫星集群的自适应权重调度方法，其特征在于，基于如权利要求1
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4任一项所述的系统，包括以下子方法：A1：分布式集群资源状态监控子方法，用于对分布式集群各节点计算、存储和网络资源实际使用情况进行监控，在每个节点上分别部署资源监控进程，并使用时间序列数据库来收集和存储节点的资源监控数据，定期将以上数据提供给自适应权重调度器作为调度依据；A2：分布式集群优选调度子方法，用于根据待调度应用Pod申明的最小资源需求过滤掉不符合要求的节点，再根据从子方法A1中所述时间序列数据库中得到的节点CPU、内存、磁盘可用率以及网络资源实时负载情况作为评价指标，利用加权求和方式对候选节点评分，选择评分最高的节点进行Pod部署；A3：分布式集群均衡调度子方法，用于根据可用候选节点集合Pod部署情况进行物理节点分散部署；其中，子方法A1基于所述分布式集群资源状态实时感知模块，子方法A2和子方法A3基于所述分布式集群资源调度模块。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：高曌，陶滢，高梓贺，张磊，任术波，曾骏杰，龚思龙，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：