云服务可用性和可靠性测评与优化方法

发布时间：2020-05-15 11:34

【摘要】：云服务因具有按需使用、可计量、快速弹性等突出优势而快速普及,应用领域日益广泛,备受学术界和产业界关注。云服务通过云平台及网络提供,可用性和可靠性是用户的重要关注点,直接影响云服务质量,开展测评和优化研究意义重大。目前,学术界从云服务过程监控、故障预警和资源优化等方面开展了云服务可用性和可靠性测评研究,但系统化的测评与优化仍处于探索阶段。云服务质量指标定义的主观性与不一致性,导致测评的盲目性,需要统一云服务质量模型以支持综合测评;云服务可用性与可靠性测评指标和方法的差异化,造成SLA达成度的度量难,需要分别研究可用性和可靠性系统化的测评方法;云服务融合边缘计算因边缘资源有限易造成抖动,致使服务可靠性下降,需要研究云-边负载协同迁移来保障可靠性。因此,本文以云服务的可用性和可靠性为研究对象,以系统测评和优化为目标,从云服务质量模型、可用性和可靠性测评方法以及边缘资源优化方面开展关键技术研究。主要研究内容和创新点如下:(1)针对云服务质量指标定义的不一致性,导致测评的盲目性和可重用性差的问题,通过深入分析云服务的质量特性及内在联系,提出云服务质量模型并标准化。基于该模型,深入研究云服务质量的测评函数和测评方法,提出基于层次分析的综合测评方法,并通过测评示例阐述模型的应用过程。最后与ITSQM、SMI等质量模型进行了详细对比,所提的云服务质量模型兼顾了 SMI的客观测评优势,拓展了ITSQM的可用性,改进了SMI过度关注云计算系统而弱化用户体验的缺陷。(2)针对云服务可用性需求的不确定性、指标定义的主观性,造成了云服务选择适用范围有限、用户体验不能有效保障的问题,详细分析了影响用户选择云服务的行为因素,从功能适宜、专业化、人性化、可信、价值等角度,构建云服务可用性测评指标体系。融合TOPSIS和层次分析法,提出云服务可用性层次测评方法,支持差异化指标权值自动化生成,有效避免主观恶意因素的影响。实验结果表明该测评方法相较于传统的层次分析法具有更强的适用性,与用户需求的匹配度显著提高。(3)针对测评指标和方法的差异化导致云服务可靠性难以有效保障的问题,重点研究影响可靠性的综合因素,围绕可达性、连续性、可恢复性和数据备份构建云服务可靠性测评指标体系。为保障测评结果的一致性,通过无量纲化和归一化处理,研究基于分类统计和层次变权的云服务可靠性测评方法,消除测评指标差异性对综合测评结果的影响。最后,对测评方法进行了实例对比验证。验证结果表明,提出的测评方法具有较强的适用性和可操作性,能为保障云服务的可靠性提供有效指导。(4)针对云-边协同场景下边缘资源按需动态调整效率低而引发业务稳定性差甚至中断的问题,通过深入分析云-边协同的网络特点,研究基于马尔科夫预测模型的云服务资源调度算法,使得服务器超负载阈值的情况下能够快速选择任务待迁移服务器和转移链路,以保证云服务的可靠性。通过仿真表明,高负载服务器能够将负载成功转移到低负载服务器,提高了边缘资源按需动态分配的成功率,保证了云服务的可达率和降低故障率,从而达到保障云服务可靠性的目的。
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逑本文的贡献，然后分析了未来的研究方向及其意义。逡逑全文各章节间的逻辑关系如图１－１所示。逡逑第一章绪论逡逑－二■…：邋－邋－邋－邋「：逡逑第二章云服务可用性和可靠性测评与优化概述逦；逡逑ｉ邋＝－＝，——ｆ＝＾——逡逑！逦质量模型和测评方法逦可用性和可靠性测评逦云服务资源优化｜逡逑ｌ邋Ｊ逦逦１逦逦邋逦逦逦Ｌ！逡逑－邋－邋－■邋－邋，￣１逡逑：逦第三章云服务质量模型逡逑；＇邋＾邋１逦ｒ＝ｉ逦１逦￣逡逑：质量模型构建理论逦质量模型逦测评方法逦对比分析逡逑！邋￣￣￣第四章基于ＴＯＰＳＩＳ的云服务可用性层次测评方法ｉ逡逑１邋Ｌ逦—逦■邋■逦—逦－逦－逦Ｉ逡逑！邋Ｉ可用性框｜｜特性类型分析与｜｜基于了ＯＰＳＩＳ的可用逦Ｉ逡逑！邋架逦权重计算逦性测评方法邋丨逦丨逡逑逦￣邋－１Ｌ邋＿邋ｎ邋邋逦丨」邋１邋￣逦Ｌ１逦！逡逑逦逦邋＿邋＿邋逦逦邋逦逦邋＾邋＾逡逑１逦：邋｜第五章基于分类统计与层次变权的云服务可靠性测评方法｜ｉ逡逑１邋，邋＊逡逑！邋｜可靠性框｜｜归一化和无量纲化逦分类统计和层次变权邋！逡逑；邋架逦处理逦测评方法逦！逡逑Ｉ逦？邋逦１１逦１１逦Ｉ逡逑！邋｜逦第六章面向可靠性的云服务资源优化机制逦｜邋｜逡逑｜逦逦邋逦邋逦邋逦邋Ｉ逡逑；｜云－边协同逦｜马尔可夫邋｜资源调度邋｜蚁群算法逦！逡逑！邋网络逦模型逦算法逦优化邋丨逡逑：！逦｜逦逦邋逦邋逦邋逦邋Ｉ逡逑，，逦邋１邋－逡逑第七章总结与未来工作

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网络、计算和存储等服务能力，是提供云服务的载体。云平台主要分为以数据存逡逑储为主的存储型云平台、以数据处理为主的计算型云平台以及计算和数据存储处逡逑理兼顾的综合型云计算平台，如图２－１所示。云平台在硬件管理方面对用户高度逡逑抽象，用户根本不知道数据是在哪处理的，也不知道是怎样处理的。云平台管理逡逑的分布式资源向用户隐藏了实现细节，并最终以整体的形式呈现给用户。云平台逡逑使用户对基础设施的投入转换为运营成本，用户不需要规划属于自己的数据中逡逑心，也不需要将精力耗费在与主营业务无关的ＩＴ管理上。对于个人用户而言也逡逑不需要投入大量费用购买软件，而只需要按需选择和使用云服务，就能满足所有逡逑的使用需求。逡逑用户１逦用户２逦用户ｎ逡逑．逦邋服务访问接口逦逦Ｖ逡逑云服务邋逦逦：￣￣逡逑ｉａａＳ逦ＰａａＳ逦ＳａａＳ逡逑ｖ逦逦逦邋Ｊ逡逑－ｆ邋＞逡逑逦云平台逦逡逑｜计算｜邋｜存储｜邋｜计算和存储逡逑虚拟资源池逦ｎｒｒｚｉ邋ｉ安全逡逑逦和隐逡逑Ｉ逦物理资源逦｜逦私逡逑图２－１云平台和云服务逡逑目前，全球各大ｎ公司在云平台方面均有发展。２００６年，全球著名的电子逡逑商务公司亚马逊推出亚马逊Ｗｅｂ服务即ＡＷＳ云平台，向全球用户提供弹性计算、逡逑简单存储、简单数据库等云服务
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.09

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