第54卷 第2期2021年2月
通信技术
Communications Technology
Vol.54 No.2
Feb. 2021
文献引用格式：那宝玉，周红亮，耿延军.基于智能运维平台的信息基础设施云资源虚拟化计费管理模型研究[J].通信技术，2021，54（2）：395-401. NA Baoyu,ZHOU Hongliang,GENG Yanjun.Virtualized Billing Management Model of Information
Infrastructure Cloud Resources based on Intelligent Operation and Maintenance Platform[J].
Communications Technology,2021,54(2):395-401.
doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2021.02.020
基于智能运维平台的信息基础设施云资源
虚拟化计费管理模型研究*
那宝玉，周红亮，耿延军
l型匹配（军委后勤保障部信息中心，北京 100842）
摘 要：新基建时代，信息基础设施建设地位作用日趋凸显。但是，很多单位建设管理过于粗放，相关项目改扩建预算无合理支撑依据，存在预算不合理、经费投放不科学、计费表现不直观以及不能直接反映成本与效益的关系等问题。基于此，建立某单位各部门和信息系统的信息基础设施云资源分配与使用效益的虚拟化计费模型，分析各维度的计费与价值贡献，给出基于云资源的产品定价方法，探索按业务部门和信息系统的云资源虚拟化计费，以内部结算形式反映系统运行效益，以资源实际使用率反映预算申报健康度，从而为信息基础设施建设运营提供数据参考。 关键词：云计算；虚拟化计费；定价模型；智能运维
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1002-0802(2021)-02-0395-07 Virtualized Billing Management Model of Information Infrastructure Cloud Resources based on Intelligent Operation and Maintenance Platform
NA Baoyu, ZHOU Hongliang, GENG Yanjun
(Information Center of the Logistics Support Department of the Military Commission, Beijing 100842, China) Abstract: In the era of new infrastructure construction, the role of information infrastructure construction is becoming increasingly prominent. However, many units have too extensive management of information infrastructure construction. A large number of information infrastructure project reconstruction and expansion budget has no reasonable support basis. There are problems such as unreasonable budgets, unscientific funding, unintuitive billing performance, and failure to directly reflect the relationship between costs and benefits. Based on this, this paper establishes a virtual billing model of information infrastructure cloud resource allocation and use efficiency of each department and information system of a certain unit, analyzes the billing and value contribution of each dimension, gives the product pricing method based on the information infrastructure cloud resources, and gradually explores the virtualization billing of information infrastructure cloud resources according to business departments and information systems. It reflects the operating benefits of the system in the form of internal settlement, and reflects the health of the budget declaration in the actual utilization rate of resources, thereby providing data reference for the construction and operation of information infrastructure.
* 收稿日期：2020-10-21；修回日期：2021-01-10 Received date:2020-10-21;Revised date:2021-01-10
通信技术
0 引 言
信息基础设施云资源管理是现代政府和企事业单位提升生产力的重要组成部分。依靠智能运维体系中的信息基础设施云资源虚拟化计费系统，能够准确反映单位信息基础设施云建设能力与效益的关系，并能够衡量业务部门和信息系统是否存在资源占用率与使用效益不匹配不协调的问题[1]。平台模型基于智能运维体系架构，通过对信息基础设施云资源的发放量与实际使用率的虚拟化计费算法设计，构建了云资源的价格构成及相互关系，提供了云资源使用量和使用效益的虚拟化计费方法，建立了信息系统与建设费用的关系图和效益关联图，构建了具有直观、准确以及科学的云资源虚拟化计费模型，为单位实现信息基础设施云精细化管理运营提供了重要依据。
1 云资源的产品定价模型
某部门在申报时指定云资源。它的定价模型首先取决于成本，并根据相应的虚拟化技术方案和运营效能参考指标等核定云资源的单价。 1.1 成本模型的构成分析
云资源的总体投入成本涵盖建设成本、服务投入成本、服务投入虚拟化计费（包括运维合同、软件授权等）和运营虚拟化计费（水电生产经营费、硬件折旧、税务负担以及数据中心自身运维管理投入等）。为简化问题，成本可简化为CPU、内存、存储、网络以及其他5个部分，不考虑整机、弱电等对计费影响不直观的项。
通常情况下，云资源管理者会提供不同服务级别、不同资源配备需求的服务。部门会根据业务属性和实际需求，选择相应的服务[2]。例如，核心业务系统提供最高级别的服务级别保障和30 min的服务响应，且提供随时可弹性扩展的资源冗余；一般业务系统的资源配置和服务响应要求相对较低，服务投入虚拟化计费成本相对较低。为简化描述，暂不将人力资源的响应列为虚拟化计费的影响因素。
云资源的投入总体成本TC包括物理CPU成本CC、物理内存成本MC、存储系统成本SC、网络建设成本NC以及其他成本OC。
更多的政府机关部门对云资源的需求都是相对独立的，部门内部可能会建多个单业务功能的信息系统，或者在全部门内基于云资源分配情况建设业务云服务。无论采用哪种形态，对于单位自建的云资源占用与实际使用率都是可计算的。即使部门以VDC形式申请云资源，它的实际使用运行情况也能够通过智能运维平台进行准确计算，并得到对应的使用效益值账单[3]。CPU虚拟化计费的乘积均为效益计费，但不同的信息系统所使用的CPU类型不一致。有的信息系统使用虚拟化CPU，有的信息系统使用物理CPU，也有两种情况都使用。无论采用哪种情况，计费方式均相同。
1.2 云资源的产品定价分析
云资源包括CPU、内存、存储以及网络等。为简化问题，给定云资源A，其产品定价总体思路是依据A的年度整体成本c，结合云资源A的运营效能参考指标i、A在虚拟化后的总数量a、付费周期p以及年份y等维度进行计算，得出单价uP。云资源单价的定价模型可以概括如下：
1
c p
uP
a i y
=∗∗（1）以CPU资源的定价为例，单位数据中心共采购N颗物理CPU，可以作价为X元。假设N颗物理CPU可以虚拟化成M颗虚拟的vCPU并进行分配，既可以按vCPU进行分配，也可以按物理CPU进行分配，那么无论采用哪种分配方式，在智能运维平台均可监控到CPU平均使用率。
1颗vCPU的包年价格如下：
1
vcpu
X
p
M i
=∗转向节主销
虚拟
相册加工设备（2）1颗物理CPU的包年价格如下：
1
vcpu
X
p
N i
=∗
虚拟
（3）以虚拟化形式进行分配时，CPU本身也有一个平均使用率，这部分视作系统开销。为简化成本计算模型，这部分不参与计算。石墨舟
1.3 云资源产品的定价分析
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云资源产品包括云资源或云资源的组合，也包括如服务级别保障等维度。为简化问题，可以简单地将云产品的定价pP设计为云资源的定价uP及其数量a乘积的累加。
Keywords: cloud computing; virtualization; billing and pricing model; intelligent operation and maintenance
图1 计费模型构成示例
值得说明的是，由于定价模型中存在运营效能参考指标，当极端情况下所有云资源全部分配给各部门
时，计费总额可能超过投入总体成本，即理论上有盈利的可能。但是，考虑到私有云资源产品定价模型和计费模型的虚拟性，目的是持续优化运营效能，参考指标是为了给运营本身带来一定的弹性空间而设置的合理参考值，每年可以动态微调参考指标并清零盈利，因此单位应追求合理而不应过度追求盈利。
2.2 云资源的计费分析
为简化模型，云资源的计费仅考虑按订阅计
通信技术jszz 2021年
合理参考使用率rR 以及A 的单价uP 的关系如下：
r v uP a p rR
=∗∗∗ （6）
某信息系统的云资源使用效益值是各种云资源使用效益值的汇总，为：
TV =cv +mva +sv +nv +ov （7）3.3 云资源的使用效能指标分析
云资源的使用效能指标是使用效益值与应计费用的比例。通过分析资源使用效能指标，可以判断某部门或某信息系统的云资源是否达到预期的效益。若按使用效益值结果大于应计费用，则使用效能指标＞100%，说明云资源利用率比较高；反之，则低。该指标可以表征系统的健康度，按照分值分为不及格、及格、良好以及优秀，如图2所示。
[0,60%)[60,80%[80,100%[100,)
⇒
+∞
不及格
） 及格
使用效能指标健康度）良好 优秀图2 使用效能指标图
若某个系统使用效能指标一直较低，甚至从未被使用，则可以认为该系统处于沉默状态，即僵尸状态。对于此类系统需要提醒并分析是否可以下线，并进行下一步处理。
使用效能指标过高、过低，平台可以根据设置对部门进行提醒，以便部门采取下一步的行动方案。此外，部门可以收到平台每月推送的帐单，以便了解云资源的利用率与使用效益。
简言之，有了计费的结果数据，单位可以基于数据分析效益情况，及时发现问题并提出改进方向。此外，当年的计费结果也可以为第二年的预算申报提供参考。
3.4 单位的效能指标分析
单位方面有平均使用效能和运营效能指标两个重要效能指标用于日常分析与部门评比。3.4.1 单位平均使用效能指标
单位平均使用效能指标为单位汇总使用效益值与单位汇总分配云资源应计费用的比值。通过各业务部门的使用效能指标与平均使用效能指标进行比较，对低于平均使用效能指标的部门，可以分析差异和评比排名，如效能较好的Top10部门、效能需要改进的Top10部门、效能较好的Top10系统以及效能需要改进的Top10系统等。 3.4.2 单位运营效能指标
单位运营效能指标为汇总分配云资源应计费用与投入总体成本的比值。该指标反映了某单位资源的整体效益，通过运营效能指标的优化与提高，提升整体的运营能力。
4 虚拟化计费系统设计与实现
虚拟化计费系统是基于智能运维平台的信息基础设施云资源计费模型的具体实现，包括数据采集层、平台层和应用层。其中，应用层主要涵盖成本核算、预算申报、产品定价、计费以及使用效益等App 模块，如图3所示。
虚拟化计费系统的建设目标是为了回答3个主要问题：
（1）IT 建设的投入总体成本核算，即单位总共花了多少钱；
（2）各部门的预算申报与资源占用应计费用，即部门用的资源值多少钱；
（3）这些资源发挥的效益值，即部门预算申报多少钱是合理的。
系统还可以在数据采集和平台支撑的基础上提供其他能力，包括可以满足多样化的数据分析需求。4.1 数据采集层
云资源使用率数据采集层主要基于智能运维平台，在信息基础设施中采集云资源的实际使用率，它主要包括CPU、内存、存储、网络以及其他5个维度的云资源。数据采集层从智能运维平台的监控数据中获取物理资源或虚拟资源的实际使用量（率）与数据，并转化为指标推送到平台层的数据湖。
隐蔽式水箱
由于在原始数据中并不能识别具体是哪个部门或信息系统在实际使用信息基础设施中的云资源，这就需要在平台层中运用数字孪生对象模型，结合数字孪生对象的其他对象属性来标识和统计。
数据采集层主要包括云资源使用率数据采集Agent 和云资源使用率数据采集Collector 两类系统。4.1.1 云资源使用率数据采集Agent
云资源使用率数据采集Agent 通过针对不同云资源维度设置探针（Probes），如定时实时查询私有云平台API 接口获取虚拟机性能监控数据、实时采集虚拟机的syslog 等方式来采集云资源实际使用率的原始数据。它主要包括CPU、内存、存储、网络以及其他5个维度的云资源。
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