基于云平台管控的联合试验任务环境负载均衡建模方法与流程

1.本发明涉及负载均衡技术领域，尤其涉及一种基于云平台管控的联合试验任务环境负载均衡建模方法。


背景技术：

2.随着云平台和数据中心的推广应用，云存储相关的问题随之产生，并随着应用的扩展逐步明显，云储存存在一些负载失衡现象，包括物理节点分布、存储资源分布、资源访问热点的不均衡，以及节点配置存在差别等，在云平台、云计算环境下，海量数据及其副本被集中存储，随着用户的持续访问、各类型数据在不断地更新和存储，经过一段时间运行，必然带来云平台中各个存储节点上数据总总量差异，即便在每个存储节点的数据总量差异不是特别大的情况下，由于各节点服务器配置和性能不同、访问并发度差异，以及各分支通信链路的带宽差异等，也必然会造成存储负载的不均衡，负载失衡会影响用户访问云平台数据的响应速度，严重地情况引起服务器故障。
3.联合试验任务环境是指利用信息网络将已具备一定信息化水平的地理上分布的试验场联为一体，突破单个试验场在试验空间、试验资源和试验能力等方面的限制，构建一个集成各种资源的复杂、逼真而又灵活的联合试验任务环境，构建的联合试验任务环境可减少靶场间的重复建设，降低试验鉴定条件的建设与维护成本，促进试验鉴定与训练资源跨场区的分布式使用，联合试验任务环境通常有两类系统架构，一类是无中心的分布式架构，其指控中心仅是网络环境的一个节点，从分布式存储和通信角度来说，并无特殊之处；另一类是采用云平台的集中管控，包括存储、计算和运行都集中起来，此时，通常可以把指控中心节点与云平台合二为一，云平台管控的系统架构有其优点，但采用云平台系统架构，会存在云存储带来的负载失衡问题。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种基于云平台管控的联合试验任务环境负载均衡建模方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
5.本发明公开的方法包括：通过解析联合试验任务环境中通信网络的物理静态组成和运行动态因素，选择多个评价指标构建评价指标库；从评价指标库选取需要的评价指标根据第一负载方程计算联合试验任务环境中共享资源库内每个独立存储的文件的负载值与共享数据库内每个独立存储的文件的负载值；从评价指标库选取需要的评价指标根据第二负载方程计算联合试验任务环境中共享资源库的节点负载值与共享数据库的节点负载值；从评价指标库选取需要的评价指标根据第三负载方程计算共享资源库节点负载映射到通信网络各通信链路得到的共享资源库节点的网路负载值与共享数据库节点负载
映射到通信网络各通信链路得到的共享数据库节点的网路负载值；根据负载阈值矩阵方程建立共享资源库负载阈值矩阵和共享数据库负载阈值矩阵；基于第一负载方程、第二负载方程、第三负载方程以及负载阈值矩阵方程构建包括物理靶场信息、局域网信息和节点信息的负载均衡模型，并根据计算得到的文件的负载值、节点负载值、网路负载值以及负载阈值矩阵对负载均衡模型中的参数进行更新获取当前时刻的负载均衡模型；判断负载均衡触发条件，根据负载均衡触发条件通过当前时刻的负载均衡模型创建不同负载均衡触发时机进行负载失衡调节，并实时对共享资源库与共享数据库进行监测，更新负载均衡模型，通过更新的负载均衡模型完成下一时刻的负载失衡调节。
6.在上述的方案中，所述评价指标库中包括文件访问频率、文件并发访问数、文件访问时间占比、文件体量以及通信网络各链路带宽。
7.在上述的方案中，所述第一负载方程为：其中，为共享资源库中第i个文件f在第t次被访问时的负载，r表示共享资源库，为共享数据库中第i个文件f在第t次被访问时的负载，d表示共享数据库，
∅
为实参，其取值在0与1之间，τ指第t次被访问与第t
−
1次被访问之间的时间差，ai表示第i个文件的文件体量，a表示共享资源库中所有文件的文件体量，t
ij
表示第i个文件并发访问数为j时的访问时间，t表示全部并发访问的平均时间，与为第个文件访问时间占比。
8.在本实施例中，所述第二负载方程为：其中，nr表示共享资源库的节点负载值，n1为共享资源库中文件总数量，为共享资源库的节点全部文件负载总和，nd表示共享数据库的节点负载值，n2为共享数据库中文件总数量，为共享数据库的节点全部文件负载总和，表示
加权值，表示并发访问时间不完全同步带来的误差，通常取1或接近于1的小数。
9.在上述的方案中，所述第三负载方程为：其中，p
rk
表示第k条共享资源库节点的网路负载值，nr表示共享资源库的节点负载值，w
rk
为第k条共享资源库网路带宽，p
dk
表示第k条共享数据库节点的网路负载值，nd表示共享数据库的节点负载值，w
dk
为第k条共享数据库网路带宽，μk是比例系数，取决于访问请求来源和文件特点，k一般包括物理靶场之间、物理靶场内部、物理靶场内部局域网内三个层级，取决于通信网络中通信链路的数量。
10.如图3所示，各类型负载的关联关系为：节点负载由文件负载构成，网路负载呈现多路，由节点负载映射形成。
11.在本实施例中，所述负载阈值矩阵方程为：其中，b
rr
为共享资源库负载阈值矩阵，br为共享资源库的节点负载阈值，b
kr
为第k条共享资源库网路负载阈值；b
dd
为共享数据库负载阈值矩阵，bd为共享数据库的节点负载阈值，b
kd
为第k条共享数据库网路负载阈值。
12.在上述的方案中，所述负载均衡触发条件包括第一负载均衡触发条件和第二负载均衡触发条件，所述第一负载均衡触发条件为共享资源库的节点负载值超过共享资源库的节点负载阈值或共享数据库的节点负载值超过共享数据库的节点负载阈值；所述第二负载均衡触发条件为多条归属于同一个物理靶场的共享资源库节点的网路负载值均超过对应的共享资源库网路负载阈值或者多条归属于同一个物理靶场的共享数据库节点的网路负载值均超过对应的共享数据库网路负载阈值。
13.在上述的方案中，所述根据负载均衡触发条件通过当前时刻的负载均衡模型创建不同负载均衡触发时机进行负载失衡调节包括：当负载均衡触发条件为第一负载均衡触发条件时，创建的负载均衡触发时机为：立即通过当前时刻的负载均衡模型启动负载均衡；当负载均衡触发条件为第二负载均衡触发条件时，创建的负载均衡触发时机为：判断当前局域网网络繁忙状况，适当延后，捕捉最佳通信间隙期启动负载均衡。
14.在上述的方案中，所述根据负载均衡触发条件通过当前时刻的负载均衡模型创建不同负载均衡触发时机进行负载失衡调节还包括：当负载均衡触发条件为第一负载均衡触发条件时，获取共享资源库或共享数据库中被访问文件的请求源以及被访问文件的文件体量，在被访问文件所在的物理靶场以及被访问文件所在的局域网创建节点负载均衡副本；当负载均衡触发条件为第二负载均衡触发条件时，获取共享资源库或共享数据库
中被访问文件的请求源以及被访问文件的文件体量，在不同物理靶场创建网路负载均衡副本。
15.在上述的方案中，所述根据负载均衡触发条件通过当前时刻的负载均衡模型创建不同负载均衡触发时机进行负载失衡调节还包括：判断当前第一负载均衡触发条件是否满足，在第一负载均衡触发条件不满足时，删除对应的负载均衡触发时机，并将对应的节点负载均衡副本进行删除；判断当前第二负载均衡触发条件是否满足，在第二负载均衡触发条件不满足时，删除对应的负载均衡触发时机，并将对应的网路负载均衡副本进行删除。
16.本发明实施例包括以下优点：本发明实施例提供的基于云平台管控的联合试验任务环境负载均衡建模方法以云平台管控的联合试验训练环境为对象，提出了包括物理靶场信息、局域网信息和节点信息的负载均衡模型，并根据计算得到的文件的负载值、节点负载值、网路负载值以及负载阈值矩阵对负载均衡模型中的参数进行实时更新，通过负载均衡模型进行负载失衡调节，并给出了动态副本应用方法，实现了联合试验任务环境中通信网络的实时均衡。
附图说明
17.图1是本发明的云平台管控的联合试验任务环境的组成示意图。
18.图2是本发明的一种基于云平台管控的联合试验任务环境负载均衡建模方法实施例的步骤流程图。
19.图3是本发明的各类型负载的关联关系的示意图。
20.图4是本发明的进行负载失衡调节的步骤流程图。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.如图1所示，云平台管控的联合试验任务环境以共享资源库和共享数据库为基本对象，通过获取网络拥塞分布状况，实时构建包括物理靶场、局域网和资源节点的负载均衡模型，为负载均衡的实现提供模型资源工具，试验训练环境软件支撑云平台用于作为执行任务的信息物理基础平台，它接受试验指控中心的统一指挥和调度，所有实装资源、模拟资源、仿真资源和全数字化系统都通过通信网络接入云平台，共同组成联合试验任务环境，并支撑开展飞行试验、内外场结合试验、装备体系试验和信息系统试验；在试验前、试验中和试验后，所有资源数据和运行数据都存储在云平台的共享资源库和共享数据库中，实行统一的管理、共享、升级和维护，联合试验任务环境在物理上分为逻辑靶场层、物理靶场层、局域网层和节点层，逻辑靶场层即云平台管控逻辑，物理靶场层即地理上跨域、行政上分开的不同试验基地，局域网层即物理靶场内部的细分功能子网络，节点层即独立的参试资源个体。
23.在本实施例中，在联合试验任务开展过程中，按时间顺序一般分为试验前、试验中和试验后几个阶段，其中，在试验中阶段，由于任务的实时性通常比较高，对数据传输的时延要求常会提出严苛的要求，当试验中的模型、方案数据量大，非结构化数据多，超出通信
网络的固有带宽时，随时会发生数据拥塞、实时性不能满足要求的情况，特别地，为了提升仿真的效果，仿真步长、粒度的需求逐步提高，试验中数据体量呈现级数增长，这导致试训网络的初始设计满足不了日益增长的任务要求；在云平台管控的联合试验任务环境中，共享资源库和共享数据库存储集中管理和运行，当联合试验任务环境规划呈现广泛跨域、大网络嵌套小网络、热点资源集中分布等特点时，数据传输极有可能会成为制约任务实时性的首要因素，除了从数据压缩、通信优化等常规措施外，还需要从源头解决问题，通过负载均衡的技术手段，调整数据源的分布，降低热点链路的通信压力，由于负载均衡主要通过软件方法、可动态规划和设计、生命周期可控，这很大程度上提升了试验中网络承接任务的灵活性。
24.如图2所示，本发明提供了一种基于云平台管控的联合试验任务环境负载均衡建模方法，所述方法包括：步骤s1：通过解析联合试验任务环境中通信网络的物理静态组成和运行动态因素，选择多个评价指标构建评价指标库；步骤s2：从评价指标库选取需要的评价指标根据第一负载方程计算联合试验任务环境中共享资源库内每个独立存储的文件的负载值与共享数据库内每个独立存储的文件的负载值；步骤s3：从评价指标库选取需要的评价指标根据第二负载方程计算联合试验任务环境中共享资源库的节点负载值与共享数据库的节点负载值；步骤s4：从评价指标库选取需要的评价指标根据第三负载方程计算共享资源库节点负载映射到通信网络各通信链路得到的共享资源库节点的网路负载值与共享数据库节点负载映射到通信网络各通信链路得到的共享数据库节点的网路负载值；步骤s5：根据负载阈值矩阵方程建立共享资源库负载阈值矩阵和共享数据库负载阈值矩阵；步骤s6：基于第一负载方程、第二负载方程、第三负载方程以及负载阈值矩阵方程构建包括物理靶场信息、局域网信息和节点信息的负载均衡模型，并根据计算得到的文件的负载值、节点负载值、网路负载值以及负载阈值矩阵对负载均衡模型中的参数进行更新获取当前时刻的负载均衡模型；步骤s7：判断负载均衡触发条件，根据负载均衡触发条件通过当前时刻的负载均衡模型创建不同负载均衡触发时机进行负载失衡调节，并实时对共享资源库与共享数据库进行监测，更新负载均衡模型，通过更新的负载均衡模型完成下一时刻的负载失衡调节。
25.在本实施例中，评价指标是负载均衡模型构建的依据，其中，构建评价指标库时，解析联合试验任务环境中通信网络的物理静态组成和运行动态因素，其中，构建评价指标库中包括文件访问频率、文件并发访问数、文件访问时间占比、文件体量以及通信网络各链路带宽等，建立负载均衡模型时，评价指标可按需选取。
26.在本实施例中，文件访问频率指的是联合试验任务环境中共享资源库或共享数据库内某个文件在单位时间内被访问的次数，文件的负载值与访问频率正相关，频率高则负载值大，频率低则负载值小；文件并发访问数指共享资源库或共享数据库内某个文件的并发数量，文件的负载值与并发访问数正相关，访问数多则负载值大，访问数少则负载值小；文件访问时间占比指某段给定时间内，共享资源库或共享数据库内某个文件被访问和全部
时间的对比值，文件的负载值与访问时间占比正相关；文件体量指共享资源库或共享数据库内某个文件的大小，文件的负载值与其文件体量正相关，文件越大，负载值越大；通信网络各链路带宽指联合试验任务环境中，各链路的固有带宽，各链路包括跨域的骨干通信链路、物理靶场内部局域网之间主链路、物理靶场内部局域网内的链路，链路带宽与节点负载值负相关，带宽越大，节点负载值越小，带宽越小，节点负载值越大。
27.在本实施例中，共享资源库内每个独立存储的文件的负载值为共享资源库内每个独立存储的文件的负载程度量化值，共享数据库内每个独立存储的文件的负载值为共享数据库内每个独立存储的文件的负载程度量化值，每个独立存储的文件的负载值与文件访问频率、并发访问数、文件访问时间占比和文件体量直接相关，根据这四个指标的量化数据，计算获得该文件的负载值，访问频率越高、并发访问数越多、访问时间占比越大、文件体量越大，文件的负载值越大，反之，文件的负载值越小，具体的计算还需要明确各因素的影响程度，评估影响比例，共享资源库内每个独立存储的文件的负载值与共享数据库内每个独立存储的文件的负载值随时需要更新，共享资源库内独立存储的文件的负载值或共享数据库内独立存储的文件每被访问一次，文件的负载值更新一次，计算当前状态下共享资源库内某个的文件负载值可得到共享资源库内该文件的负载值，计算当前状态下共享数据库内某个的文件负载值可得到共享数据库内该文件的负载值，如果共享资源库内一个文件或共享数据库内一个文件长时间不被访问，对应的文件的负载值会发生明显的下调；共享资源库的节点负载值为共享资源库节点全部文件负载值的加权综合值，共享数据库的节点负载值为共享数据库节点全部文件负载值的加权综合值，节点负载通常与共享资源库或共享数据库所在的服务器cpu、内存、存储等有关，共享资源库与共享数据库的节点负载值与网路带宽数据呈反比关系，节点负载值也是一个动态的值，需要随时反馈到负载均衡模型中，同时，节点负载值也是进行负载均衡模型构建和均衡决策的直接依据；共享资源库节点负载映射到通信网络各通信链路得到的共享资源库节点的网路负载值与共享数据库节点负载映射到通信网络各通信链路得到的共享数据库节点的网路负载值的获取过程为：在节点负载的基础上，考虑网路固有带宽，加上加权值，获得网路负载值，网路负载值的数量取决于通信网络中通信链路的数量。
28.在本实施例中，所述第一负载方程为：其中，为共享资源库中第i个文件f在第t次被访问时的负载，r表示共享资源库，为共享数据库中第i个文件f在第t次被访问时的负载，d表示共享数据库，
∅
为实参，其取值在0与1之间，τ指第t次被访问与第t
−
1次被访问之间的时间差，ai表示第i个文件的文件体量，a表示共享资源库中所有文件的文件体量，t
ij
表示第i个文件并发访问数为j时的访问时间，t表示全部并发访问的平均时间，与为第个文件访问时间占比。
29.在本实施例中，所述第二负载方程为：
其中，其中，nr表示共享资源库的节点负载值，n1为共享资源库中文件总数量，为共享资源库的节点全部文件负载总和，nd表示共享数据库的节点负载值，n2为共享数据库中文件总数量，为共享数据库的节点全部文件负载总和，β表示加权值，表示并发访问时间不完全同步带来的误差，通常取1或接近于1的小数。
30.在本实施例中，所述第三负载方程为：其中，p
rk
表示第k条共享资源库节点的网路负载值，nr表示共享资源库的节点负载值，w
rk
为第k条共享资源库网路带宽，p
dk
表示第k条共享数据库节点的网路负载值，nd表示共享数据库的节点负载值，w
dk
为第k条共享数据库网路带宽，μk是比例系数，取决于访问请求来源和文件特点，k一般包括物理靶场之间、物理靶场内部、物理靶场内部局域网内三个层级，取决于通信网络中通信链路的数量。
31.如图3所示，各类型负载的关联关系为：节点负载由文件负载构成，网路负载呈现多路，由节点负载映射形成。
32.在本实施例中，所述负载阈值矩阵方程为：其中，b
rr
为共享资源库负载阈值矩阵，br为共享资源库的节点负载阈值，b
kr
为第k条共享资源库网路负载阈值；b
dd
为共享数据库负载阈值矩阵，bd为共享数据库的节点负载阈值，b
kd
为第k条共享数据库网路负载阈值。
33.在本实施例中，所述负载均衡触发条件包括第一负载均衡触发条件和第二负载均衡触发条件，所述第一负载均衡触发条件为共享资源库的节点负载值超过共享资源库的节点负载阈值或共享数据库的节点负载值超过共享数据库的节点负载阈值；所述第二负载均衡触发条件为多条归属于同一个物理靶场的共享资源库节点的网路负载值均超过对应的共享资源库网路负载阈值或者多条归属于同一个物理靶场的共享数据库节点的网路负载值均超过对应的共享数据库网路负载阈值。
34.如图4所示，所述根据负载均衡触发条件通过当前时刻的负载均衡模型创建不同
负载均衡触发时机进行负载失衡调节过程包括根据负载均衡触发条件采取不同的负载失衡调节策略。
35.在本实施例中，当负载均衡触发条件为第一负载均衡触发条件时，创建的负载均衡触发时机为：立即通过当前时刻的负载均衡模型启动负载均衡；获取共享资源库或共享数据库中被访问文件的请求源以及被访问文件的文件体量，在被访问文件所在的物理靶场以及被访问文件所在的局域网创建节点负载均衡副本；判断当前第一负载均衡触发条件是否满足，在第一负载均衡触发条件不满足时，删除对应的负载均衡触发时机，并将对应的节点负载均衡副本进行删除。
36.在本实施例中，当负载均衡触发条件为第二负载均衡触发条件时，创建的负载均衡触发时机为：判断当前局域网网络繁忙状况，适当延后，捕捉最佳通信间隙期启动负载均衡；获取共享资源库或共享数据库中被访问文件的请求源以及被访问文件的文件体量，在不同物理靶场创建网路负载均衡副本；判断当前第二负载均衡触发条件是否满足，在第二负载均衡触发条件不满足时，删除对应的负载均衡触发时机，并将对应的网路负载均衡副本进行删除。
37.应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本技术所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
38.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
39.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
40.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
42.在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求
书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
43.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。