一種鐵路分布式數據中心資源調度方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及分布式云資源調度優化技術領域，尤其是設及一種鐵路分布式數據中 屯、資源調度方法。
【背景技術】
[0002] 隨著高速鐵路的快速發展和鐵路體制的改革，W及云計算、大數據、綠色節能等新 技術和新理念不斷涌現。鐵路行業急需運用云計算和大數據等信息新技術，建立一個彈性 計算能力強、基礎設施共享度高、云資源智能動態調配、按需分配的基礎性支撐平臺一-鐵 路云計算數據中屯、，w提高鐵路基礎設施的利用率，促進鐵路業務系統之間的互聯互通，支 撐鐵路業務快速的發展，充分挖掘鐵路數據潛在價值，最終達到提高鐵路企業經濟效益的 目的。
[0003] 鐵路分布式云計算數據中屯、是鐵路信息化建設中數據中屯、的主要應用模式之一。 鐵路數據中屯、包括鐵路總公司和各鐵路局的計算資源、存儲資源、網絡資源等，它需向各鐵 路局或各用戶提供各種計算資源和存儲資源。跨數據中屯、的資源分配和調度是分布式云計 算數據中屯、的研究重點和難點之一。跨數據中屯、的資源分配本質上是一個離散的匹配問 題，可利用典型優化算法將數據中屯、不同類型的資源分配給不同的用戶，減小總傳輸距離、 傳輸時間、維護成本和管理成本，達到提高客戶體驗度和滿意度、W及提高企業效益的目 的。
[0004] 目前，云計算數據中屯、的資源調配主要分析和研究同個數據中屯、的資源調配問 題。不少學者已提出多維協同聚合的虛擬機調度機制，W及多維資源協同聚合的虛擬機調 度算法，W提高云平臺的資源綜合利用率；還提出通信關聯感知的多層應用映射策略，提出 多層可用性映射沖突的雙階段優化算法，實現數據中屯、網絡資源的效用；再提出基于雙向 拍賣理論的競價調度策略、基于馬爾可夫理論的多維云資源高效調度方法和基于云任務的 低能耗融合調度方案；最后，提出一種綜合負載均衡度最小優先的方法，在考慮CPU、內存 和網絡帶寬情況下，實現物理服務器和虛擬服務器的智能調度。
[0005] 綜上所述，現有數據中屯、的資源調度主要設及單個數據中屯、之間的資源調度，較 少設及多個數據中屯、之間的資源調配，W及較少研究在鐵路行業背景下資源分配技術。但 隨著鐵路通信網絡大規模建設，且網絡帶寬和傳輸速度不斷提高，跨分布式數據中屯、的資 源分配是十分關鍵且亟需解決的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明提供一種鐵路分布式數據中屯、資源調度方法及系統，能夠大幅度提高鐵路 數據中屯、資源利用效率，也能滿足各個鐵路局數據中屯、資源申請的需求，還可應用于各個 鐵路局之間機車、運力等資源的統一調配。
[0007] 根據本發明的一個方面，提供一種鐵路分布式數據中屯、資源調度優化方法，其特 征在于，所述方法包括：
[000引 SI、判斷是否存在申請資源鐵路局，并且所述申請資源鐵路局的申請資源小于所 述相鄰鐵路局的空閑資源之和；如果是，則執行下一步，進行鐵路分布式數據中屯、資源調 度，否則結束；
[0009] S2、分析所述鐵路分布式數據中屯、的資源分布情況，建立所有鐵路局之間的通信 網絡拓撲結構，并根據所述通信網絡拓撲結構，建立資源遷移總距離目標函數和約束條 件；
[0010] S3、根據所述目標函數和約束條件，利用粒子群算法，進行資源調度的優化。
[0011] 其中，所述步驟S2具體包括：
[0012] S21、分析所述鐵路分布式數據中屯、的資源分布情況，建立所有鐵路局之間的通信 網絡拓撲結構E(i，j);
[0013] S22、根據所述通信網絡拓撲結構，建立所述資源遷移總距離目標函數：
[0014]
【主權項】
1. 一種鐵路分布式數據中心資源調度優化方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 判斷是否存在申請資源鐵路局，并且所述申請資源鐵路局的申請資源小于所述相 鄰鐵路局的空閑資源之和；如果是，則執行下一步，進行鐵路分布式數據中心資源調度，否 則結束； 52、 分析所述鐵路分布式數據中心的資源分布情況，建立所有鐵路局之間的通信網絡 拓撲結構，并根據所述通信網絡拓撲結構，建立資源迀移總距離目標函數和約束條件； 53、 根據所述目標函數和約束條件，利用粒子群算法，進行資源調度的優化。
2. 根據權利要求1所述的資源調度優化方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括： 521、 分析所述鐵路分布式數據中心的資源分布情況，建立所有鐵路局之間的通信網絡 拓撲結構E(i，j); 522、 根據所述通信網絡拓撲結構，建立所述資源迀移總距離目標函數：
其中，an為申請資源的鐵路局個數，bn為所有鐵路局總數，Number(i，j)為第i個鐵路 局向第j個鐵路局申請資源數，D(i，j)為第i個鐵路局向第j個鐵路局申請資源的代價； 523、 建立等式約束條件，即每個申請資源的鐵路局的數據中心所申請資源一定可以從 相鄰的鐵路局數據中心中獲取：
其中，Si為第i個申請資源鐵路局的申請資源數。 524、 建立不等式約束條件，即向同一個鐵路局數據中心申請資源的個數不能超過該鐵 路局數據中心的空閑資源數：
其中，S'_為第j個提供資源的鐵路局的空閑資源數。
3. 根據權利要求1或2所述的資源調度優化方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括： 531、 初始化參數，所述參數具體包括：所有粒子個數、資源調度問題的總維數、粒子群 算法的慣性因子《 (t)、個人因子Cl和社會因子c2、最大迭代次數、每個粒子的初始位置和 初始速度、以及粒子速度和位置超過所述約束條件后的重新賦值方式、初始化每個所屬粒 子的個體最優pbest和群體最優位置gbest; 532、 更新每個所述粒子的速度和位置； 533、 判斷所述每個粒子更新后的位置和速度是否滿足所述約束條件，是則直接執行下 一步；否則調整所述每個粒子位置使得滿足所述約束條件，然后執行下一步； 534、 計算每個粒子更新位置后的目標函數值，并與當前個體最優位置pbest對應的目 標函數值比較，如果更新位置后的目標函數值大，則更新當前個體最優位置pbest; 535、 將群體中的每個粒子的更新后的個體最優位置pbest對應的目標函數值與當前 群體最優位置gbest對應的目標函數值比較，如果更新后的個體最優pbest對應的目標函 數值小，則更新當前群體最優位置gbest; S36、判斷當前迭代次數是否超過預設最大迭代次數，是則終止迭代，將當前群體最優 位置gbest的目標函數值作為最優目標函數值；否則執行S32。
4. 根據權利要求3所述的資源調度優化方法，其特征在于，所述步驟S32具體包括： 根據以下公式更新每個所述粒子的速度和位置； Vij(t+1) = ? (t)Vij(t) +0^!(pbestij(t)-Xij(t)) +c2r2 (gbest^- (t) -x^- (t)), X^^t+l) =XiJ(t)+ViJ(t+l)； 其中，Vu(t+1)為在t+1時刻的第i個粒子第j維速度，Xu(t+1)為在t+1時刻的第i個粒子第j維位置，pbestyt)為從最開始到t時刻為止第i個粒子第j維最優的位置， gbeS^(t)為從最開始到t時刻為止所有粒子第j維最優的位置。
5. 根據權利要求4所述的資源調度優化方法，其特征在于，所述步驟S33具體為： 判斷所述每個粒子更新后的位置和速度是否滿足所述約束條件，是則直接執行下一 步；否則調整所述每個粒子位置使得滿足所述約束條件，其具體調整過程如下： Xi.(t+1) = (0.8+0.2Xr3)XXfflax(j)X,j(t+1) >Xfflax(j) X^. (t+1) = 0 X^. (t+1) <0 Vi.(t+1) = (0.8+0.2Xr4)XVfflax(j) ^ (t+1) >V眶(j) Vi.(t+1) = (0.8+0.2Xr5)X(-Vfflax(j))V.j(t+1) <-Vfflax(j) 式中r3，rJPr5為從0到1之間的隨機數，X_(j) =V_(j)為第j路局的最多空閑資 源。
6. -種鐵路分布式數據中心資源調度優化系統，其特征在于，所述系統包括： 申請資源判斷模塊，用于判斷是否存在申請資源鐵路局，并且所述申請資源鐵路局的 申請資源小于所述相鄰鐵路局的空閑資源之和； 目標函數和約束建立條件模塊，用于分析所述鐵路分布式數據中心的資源分布情況， 建立所有鐵路局之間的通信網絡拓撲結構，并根據所述通信網絡拓撲結構，建立資源迀移 總距離目標函數和約束條件； 資源調度優化模塊，用于根據所述目標函數和約束條件，利用粒子群算法，進行資源調 度的優化。
7. 根據權利要求6任一項所述的資源調度優化系統，其特征在于，所述資源調度優化 模塊具體包括： 初始化賦值單元，用于對參數進行初始化； 速度和位置更新單元，用于更新每個所述粒子的速度和位置； 約束條件判斷單元，判斷所述每個粒子更新后的位置和速度是否滿足所述約束條件， 是則直接執行下一步；否則調整所述每個粒子位置使得滿足所述約束條件，然后執行下一 步； 個體最優位置pbest更新單元，用于計算每個粒子更新位置后的目標函數值，并與當 前個體最優位置pbest對應的目標函數值比較，如果更新位置后的目標函數值大，則更新 當前個體最優位置pbest; 群體最優位置gbest更新單元，用于將群體中的每個粒子的更新后的個體最優位置pbest對應的目標函數值與當前群體最優位置gbest對應的目標函數值比較，如果更新后 的個體最優pbest對應的目標函數值小，則更新當前群體最優位置gbest; 迭代次數判斷單元，用于判斷當前迭代次數是否超過預設最大迭代次數； 輸出單元，將當前群體最優位置gbest的目標函數值作為最優目標函數值輸出。
【專利摘要】本發明涉及一種鐵路分布式數據中心資源調度優化方法及系統，該方法包括：S1、判斷是否存在申請資源鐵路局，并且所述申請資源鐵路局的申請資源小于所述相鄰鐵路局的空閑資源之和；如果是，則執行下一步，進行鐵路分布式數據中心資源調度，否則結束；S2、分析所述鐵路分布式數據中心的資源分布情況，建立所有鐵路局之間的通信網絡拓撲結構，并根據所述通信網絡拓撲結構，建立資源遷移總距離目標函數和約束條件；S3、根據所述目標函數和約束條件，利用粒子群算法，進行資源調度的優化。本申請的方法和系統能夠大幅度提高鐵路數據中心資源利用效率，也能滿足各個鐵路局數據中心資源申請的需求，還能運用于各個鐵路局之間機車、運力等資源的統一調配。
【IPC分類】H04L29-08
【公開號】CN104702676
【申請號】CN201510077219
【發明人】劉軍, 李平, 史天運, 馬小寧, 鄒丹, 潘佩芬, 劉顏軍, 王虎, 楊連報, 馮玉梅
【申請人】中國鐵路總公司, 中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月12日