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专利号: 2021112653738
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,具体按以下步骤实施:

步骤1,采集云虚拟机负载情况的数据指标;

步骤2,获取云虚拟机资源和性能参数的时间序列数据;

步骤3,将经步骤2中获得的序列数据进行小波转换,根据设定的阈值对原始数据进行去噪;

步骤4,将经步骤3中去噪后的云虚拟机负载数据进行预处理;

步骤5,将经步骤4中预处理后的云虚拟机负载数据分成训练集和测试集;

步骤6,将经步骤5中云虚拟机负载数据的训练集和测试集进行归一化处理;

步骤7,构建云虚拟机负载数据时间序列的DLSTM预测模型;

步骤8,利用步骤6中归一化后训练集数据对步骤7中预测DLSTM模型进行训练;

步骤9,利用步骤7中训练后DLSTM预测模型对步骤6中归一化后测试集数据预测,并对DLSTM预测模型进行性能评价。

2.根据权利要求1所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤2中云虚拟机性能的时间序列数据为CPU响应时间。

3.根据权利要求1所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤3中小波变换去噪方法具体内容为:利用含噪数据进行小波变换,设置阈值λ,对原始数据进行去噪,通过小波逆变换重构,得到去噪后数据。

4.根据权利要求3所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤3中小波为Daubechies(dbN)小波族中的db8;设置阈值λ,然后采用固定阈值估计法去燥,其中固定阈值为:

5.根据权利要求1所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤4中预处理过程具体为:首先对去噪后数据进行一阶差分;记去噪后序列为X=(x1,x2,...,xn)(n为整个时间序列的长度),差分后的数据序列为Y=(y1,y2,...,yn‑1);使用序列中后值减前值,即:yi=xi+1‑xi         (2)利用公式(2)得到一阶差分数据序列Y,从而消除时间序列对时间的依赖性;

其次将一阶差分数据序列转换为时间步矩阵,矩阵中每一元都包含一个时间步长度的数据片段,用于预测;本方案中使用的时间步为2,构造过程为:将原有序列转换为一个n*1的矩阵P1;在原有序列之前插入一个0,再转换为一个n*1的矩阵P2;将矩阵P1和P2合并为一T T

个n*2矩阵P′;即P1=[y1,y2,...,yn],P2=[0,y1,y2,...,yn‑1],P′=[P2P1]           (3)。

6.根据权利要求1或5所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤5中归一化处理的过程具体为:使用 表示xi归一化后的值,|x|max为差分后数据绝对值中最大值,将矩阵P′中数据归一化至[‑1,1]区间。

7.根据权利要求1所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤6中DLSTM的构造具体为:DLSTM由多个LSTM堆叠而成,其中每个LSTM保持传统结构;记t时刻DLSTM模型输入层的输入为xt,输出层的输出为ht;为防止模型过拟合,设置dropout层,使得前向传播时,神经元的激活值以一定概率p停止工作,本方案中设置p=0.3;

在隐藏层之后连接激活层,使得矩阵运算结果具有非线性;LSTM中遗忘门和输出门所用激活函数为Sigmoid函数,即 该函数输出0或1值,其中输出0表示丢弃当前信息,输出1表示保留当前信息;

输入门激活函数为tanh函数,即 用于计算候选值向量信息;

DLSTM预测模型的第i层LSTM在t时刻的输入由xt、t‑1时刻输出ht‑1、t‑1时刻模块状态Ct‑1和i‑1层LSTM隐藏状态 共同组成;t时刻输出ht和状态Ct传递到t+1时刻;t时刻第i层LSTM输出 传递到下一层LSTM辅助预测,直到最后一层LSTM获取输出值;t时刻,第一层LSTM的隐藏状态 传入第二层LSTM作为输入,依次类推,直到最后一个LSTM输出结果。

8.根据权利要求7所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述LSTM具有遗忘门、输入门和输出门;遗忘门计算方法为:输入门计算方法为:

候选值向量计算方法为:

状态输出为:

输出门计算方法:

输出为:

ht=ot*tanh(Ct)          (9)。

式(4)~(9)中,W为权重信息,ht为t时刻的输出,xt为t时刻的输入, 为t时刻第i层LSTM的隐藏状态,b为偏置项。

9.根据权利要求1所述的基于多尺度分析和深度网络模型的云虚拟机负载预测方法,其特征在于,所述步骤8和步骤9中的输出数据,需要去归一化和去差分化,得到预测值;评价预测模型采用均方根误差RMSE和最小化均方根误差RMSPE;公式分别为:其中N为数据的长度,yi为预测值,xi为云虚拟机负载的原始数据。