一种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法
【专利摘要】本发明一种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法，属于电力通信网络【技术领域】，本发明通过建立控制速率与能效之间的关系函数，以过载控制为约束条件，同时考虑应用服务器的过载控制与能效问题，构建能效的最优化过载控制模型；利用混合粒子群算法和遗传算法进行过载控制，粒子群算法搜索效率高，经过较少代数进化就能收敛到极值解附近，而运用模拟退火策略对粒子的位置做更新限制，使粒子跳出局部最优，增大搜索范围，摆脱早熟现象，最后用适用度函数进行个体评估，在此基础上进行遗传操作，得到精确的最优解，利用本发明可以有效地对电力通信网络中应用服务器进行过载控制。
【专利说明】—种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法
【技术领域】
[0001]本发明是属于电力通信网络【技术领域】，具体涉及一种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法。
【背景技术】
[0002]电力通信网络是电力系统正常运行的重要保障，高能效的电力通信网络是未来电力通信技术发展的主流趋势。在电力通信网络体系结构中，提供业务运行环境的应用服务器具有十分重要的地位，应用服务器是业务层的核心系统，它向下通过开放接口(如应用程序编程接口)或协议(如会话发起协议)利用底层网络能力，向上为业务逻辑屏蔽了底层网络的复杂性。作为下一代电力通信网络的电信级设备，应用服务器在功能上类似于智能网中的业务控制点(Service Control Point, SCP)。作为电信级设备,过载控制是应用服务器的一个重要组成部分，它定期检测系统的负载状况，发现业务量超过允许的范围(即过载)时，采取适当的措施减少进入系统的业务量，保证系统的稳定和安全。而与SCP相比，应用服务器需要运行的业务种类更多，过载控制问题更为复杂。大量的业务请求和处理很容易形成瓶颈。业务种类繁多、差异大、突发性高、服务策略不同，使其业务过载控制远远复杂于传统的智能网。因此，如何通过有效的技术手段，对电力通信网络中到达应用服务器的各种业务进行统计分析和分类，进而进行有效的过载控制，已成为电力通信网络发展及运营中面临的主要挑战之一。
[0003]电力通信网作为国家专用通信网，服务于国家电力传送网，电力通信网中应用服务器的过载控制对通信网的安全稳定运行有着直接影响。因此，对电力通信网络中应用服务器的过载控制已展开了广泛研究。Hit等人通过分析过载时应用服务器的行为，提出了一种分布式的SIP过载控制机制。Rosario等人设计了一个远程控制机制,提出一个新的动态负荷估算方法，并使用预测技术控制远程回路。Homayouni等人针对SIP服务器中的过载问题，利用分布式自适应窗口，通过限制被发送到下游SIP的业务量来控制过载，并提出了一种自适应的过载控制算法。Noel等人通过模拟表明当前SIP控制不足的结果，并提出了一些新的算法来控制SIP网络过载，在不断增加的负荷水平下提高吞吐量。以上方法虽然能够抑制应用服务的业务过载，但是其性能还不够理想，且没有考虑网络高能耗、低效率，即低能效问题。
[0004]目前，过载检测指标主要有业务数目、平均响应时间、队列消息超时和CPU利用率。因为应用服务器的多业务环境，系统单位时间内对不同的响应时间不同，用平均响应时间作为过载检测指标也不合理；基于队列消息超时的检测方法无法检测到哪种业务过载，而且在基于优先级的系统中，如果过载是由高优先级的业务请求引起的，则超时发生前一段时间低优先级根本无法得到服务。从本质上讲，过载控制是由于某些业务的到达率过大，应用服务器的资源无法处理所有到达的业务，导致应用服务器过载。因此，应该结合业务的到达率来解决应用服务器的能效过载控制问题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提出一种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法，以达到实现过载控制、降低能耗和提高效率的目的。
[0006]一种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1、设置采样间隔，根据采样间隔和随机系数，确定实际采样间距，并在该实际采样间距内检测周期内业务数量、不同业务的到达速率和处理速率，获得CPU的利用率，并根据服务缓存空间的空闲空间，获得服务缓存空间利用率；
[0008]步骤2、判断应用服务器是否过载，即判断CPU的利用率是否大于根据需求所设定的门限值，同时判断服务缓存空间利用率是否大于根据需求所设定的门限值，若上述两者同时大于门限值，则应用服务器过载，停止接收下一周期的业务并执行步骤3，否则，将采样间隔加一并返回执行步骤I ;
[0009]步骤3、将所有业务根据设定的优先级进行排序，并获得排序后的各业务的CPU利用率，在所有业务中，选择出CPU利用率大于各自CPU利用率阈值的业务，作为被控的不同优先级过载业务；
[0010]步骤4、根据应用服务器处理全部业务所消耗的总能耗，结合不同业务控制速率的限制条件，建立能效优化模型，具体为:
[0011]步骤4-1、根据服务器的最大业务处理速率和服务器基本能耗所占的比例，建立能耗与控制速率之间的关系；
[0012]步骤4-2、根据过载业务总的控制速率和应用服务器处理全部业务所消耗的总能耗，建立能效与不同优先级业务控制速率之间的关系；
[0013]步骤4-3、设定在过载控制过程中的限定条件，包括不同优先级业务的CPU利用率小于其CPU利用率阈值、不同优先级业务的控制速率均大于零和两个不同优先级业务控制速率比例在设置范围内；
[0014]步骤4-4、结合过载控制过程中的限定条件建立能效与不同优先级业务控制速率之间的关系；
[0015]步骤5、采用混合粒子群算法获得能效最大时的不同优先级过载业务控制速率；
[0016]步骤6、采用遗传算法求解能效最大时不同优先级过载业务的控制速率最优解，通过选择、交叉、变异操作获得不同优先级过载业务的最终控制速率；
[0017]步骤7、根据获得的不同优先级过载业务的最终控制速率，设置计数器，即设定下一周期内接收业务的数量，实现对应用服务器过载的控制；
[0018]步骤8、判断本采样间距内所有业务是否均处理完成，若是，则将采样间隔减一，等待接收新业务，并返回执行步骤I ;否则继续对剩余业务进行处理。
[0019]步骤I所述的根据采样间隔和随机系数，确定实际采样间距，具体为:将采样间隔与随机系数相乘获得实际采样间距，所述的随机系数取值范围为O?I。
[0020]步骤I所述的根据业务数量、不同业务的到达速率和处理速率，获得CPU的利用率；
[0021]CPU利用率A公式如下:
[0022]
【权利要求】
1.一种基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、设置采样间隔，根据采样间隔和随机系数，确定实际采样间距，并在该实际采样间距内检测周期内业务数量、不同业务的到达速率和处理速率，获得CPU的利用率，并根据服务缓存空间的空闲空间，获得服务缓存空间利用率； 步骤2、判断应用服务器是否过载，即判断CPU的利用率是否大于根据需求所设定的门限值，同时判断服务缓存空间利用率是否大于根据需求所设定的门限值，若上述两者同时大于门限值，则应用服务器过载，停止接收下一周期的业务并执行步骤3，否则，将采样间隔加一并返回执行步骤I ; 步骤3、将所有业务根据设定的优先级进行排序，并获得排序后的各业务的CPU利用率，在所有业务中，选择出CPU利用率大于各自CPU利用率阈值的业务，作为被控的不同优先级过载业务； 步骤4、根据应用服务器处理全部业务所消耗的总能耗，结合不同业务控制速率的限制条件，建立能效优化模型，具体为: 步骤4-1、根据服务器的最大业务处理速率和服务器基本能耗所占的比例，建立能耗与控制速率之间的关系； 步骤4-2、根据过载业务总的控制速率和应用服务器处理全部业务所消耗的总能耗，建立能效与不同优先级业务控制速率之间的关系； 步骤4-3、设定在过载控制过程中的限定条件，包括不同优先级业务的CPU利用率小于其CPU利用率阈值、不同优先级业务的控制速率均大于零和两个不同优先级业务控制速率比例在设置范围内；· 步骤4-4、结合过载控制过程中的限定条件建立能效与不同优先级业务控制速率之间的关系； 步骤5、采用混合粒子群算法获得能效最大时的不同优先级过载业务控制速率； 步骤6、采用遗传算法求解能效最大时不同优先级过载业务的控制速率最优解，通过选择、交叉、变异操作获得不同优先级过载业务的最终控制速率； 步骤7、根据获得的不同优先级过载业务的最终控制速率，设置计数器，即设定下一周期内接收业务的数量，实现对应用服务器过载的控制； 步骤8、判断本采样间距内所有业务是否均处理完成，若是，则将采样间隔减一，等待接收新业务，并返回执行步骤I ;否则继续对剩余业务进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于混合优化的电力通信网络应用服务器的过载控制方法，其特征在于，步骤I所述的根据采样间隔和随机系数，确定实际采样间距，具体为:将采样间隔与随机系数相乘获得实际采样间距，所述的随机系数取值范围为O~I。
3.根据权利要求1所述的基于混合优化的电力通信网络应用服务器的过载控制方法，其特征在于，步骤I所述的根据业务数量、不同业务的到达速率和处理速率，获得CPU的利用率； CPU利用率A公式如下:
4.根据权利要求1所述的基于混合优化的电力通信网络应用服务器的过载控制方法，其特征在于，步骤4-4所述的结合过载控制过程中的限定条件建立能效与不同优先级业务控制速率之间的关系，具体为建立能效优化模型，公式如下:
5.根据权利要求1所述的基于混合优化的电力通信网络应用服务器的过载控制方法，其特征在于，步骤5采用混合粒子群算法获得能效最大时的不同过载业务控制速率，具体包括以下步骤: 步骤5-1、根据混合粒子群算法对不同优先级过载业务的控制速率进行初始化，包括设置M组不同优先级过载业务的控制速率，设置M组不同优先级过载业务的控制速率变化大小，随机生成初始化控制速率矩阵Smn及速率变化率矩阵Vw:
6.根据权利要求1所述的基于混合优化的电力通信网络应用服务器过载控制方法，其特征在于，步骤2所述的采样间隔加一，当采样间隔大于采样间隔上限值时，将采样间隔设置为上限值；步骤8所述的采样间隔减一，当采样间隔小于I时，讲采样间隔设置为I。
【文档编号】H04L29/08GK103580922SQ201310552728
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】孟凡博, 金鑫, 赵宏昊, 李跃华, 魏本宏, 王芝茗, 葛维春, 赵庆杞, 庞东辰, 苏宗昱, 姜日敏, 林志超, 齐智刚, 刘杨 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司本溪供电公司, 辽宁省邮电规划设计院有限公司, 辽宁省医疗器械检验所