[發明專利]可再生供能的云計算系統中基于合作博弈的能量分配方法

有效

• 申請號: 201510725103.9
• 申請日: 2015-10-29
• 公開（公告）號: CN105225016B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 魏同權;陳箭飛;周俊龍;邵高原
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種在可再生供能的云計算系統中基于合作博弈的能量分配方法，主要包括以下步驟：計算本次能量分配的時間間隔；預測本次時間間隔內的可用能量；判斷能量是否充足；基于合作博弈的理念對能量分配問題進行建模，并轉化成一個帶約束的優化問題；將該優化問題轉化成其對偶問題；用梯度投影法解該對偶問題。在本發明中，角色主要分為用戶與云服務提供商，與傳統云計算不同的是，服務商在提供服務的同時要考慮到供能的特殊性。通過采集外界能量轉化得到的電能是不穩定的，本發明考慮當轉化的電能不足時如何將能量合理分配給各個用戶。在此情形下，云服務提供商需要兼顧每個用戶的需求，同時也要考慮到自己的成本，本發明用合作博弈來對此進行建模，并將其轉變成一個帶約束的優化問題，該優化問題的解即是對應的能量分配方案。

技術領域

本發明涉及云計算、博弈論相關知識，尤其涉及一種綜合考慮到公平與效率的能量分配方案；具體地說是一種在可再生供能的云計算系統中基于合作博弈的能量分配方法。

背景技術

可再生能源可作為計算機系統的供電源頭，但這樣會產生一系列問題，包括電量的充足與否，電能的穩定與否，計算機系統的運行是否受影響等，國內外專家就這些問題開展了深入的研究。Jing Chen設計了一個由可再生能源供能的實時系統，綜合考慮到任務和處理器的特性，作者分別提出了一個靜態和動態算法來降低系統的能耗以及任務的截止時間錯失率。Longbo Huang提出一個由可再生能源供能的網路，外界采集到的能量存儲到一個容量有限的電池中，作者提出了一個線上算法來管理采集到的能量并將能量合理分配到網路中的各個節點上。Shaobo Liu提出一個基于動態電壓頻率選擇(DVFS)的能量管理算法，旨在合理利用外界采集到的能量同時提高系統的服務質量。Jing Yang研究一個由可更新能源供能的通信系統，由于在通信時需要考慮到信息傳輸的速度，因此，作者設計一個算法，在能量有限的前提下最小化通信時間。

云計算作為計算機領域的一個新型商業模型，已經成為變革計算機使用方式的一個重要手段，各大IT巨頭都在搭建自己的云服務器。云計算模型包括以下幾個層次的服務：基礎設施即服務(IaaS)，平臺即服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS)。IaaS(Infrastructure-as-a-Service)：基礎設施即服務，消費者通過Internet可以從完善的計算機基礎設施獲得服務；PaaS(Platform-as-a-Service)：平臺即服務，PaaS實際上是指將軟件研發的平臺作為一種服務，以SaaS的模式提交給用戶，因此，PaaS也是SaaS模式的一種應用；SaaS(Software-as-a-Service)：軟件即服務，它是一種通過Internet提供軟件的模式，用戶無需購買軟件，而是向提供商租用基于Web的軟件，來管理企業經營活動。

發明內容

本發明的目的是針對由可再生能源供能的云計算系統中的能量分配問題而提出的在進行能量分配時綜合考慮到用戶的需求和服務提供商的成本，力求一個既公平又有效率的分配方案，即一種在可再生供能的云計算系統中基于合作博弈的能量分配方案。在探索該方案的過程中，用合作博弈對能量分配進行建模，并將其轉變成一個帶約束的優化問題，該優化問題的解即是對應的能量分配方案。

本發明的目的是這樣實現的：

一種可再生供能的云計算系統中基于合作博弈的能量分配方法，特點是該方法包括以下步驟：

步驟一：確定本次能量分配的時間間隔；

步驟二：預測本次時間間隔內的可用能量，該可用能量作為系統的能量來源；

步驟三：判斷能量是否充足，不充足時轉步驟四，充足時轉按需分配能量，并轉步驟六；

步驟四：用博弈論對能量分配進行建模，并轉化成帶約束的優化問題，再將其轉化成對偶問題；

步驟五：用梯度投影法來求解對偶問題，并驗證求到解的全局最優性；

步驟六：分配結束。