魏留強 李平

摘要：當(dāng)前，隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，云計算環(huán)境下的資源分配成為各國和各大企業(yè)發(fā)展的重點。在日常的云計算資源分配的過程中，不可避免的出現(xiàn)資源分配不均的問題，因此，云計算環(huán)境下基于負(fù)載均衡的資源分配技術(shù)被各大企業(yè)關(guān)注和研究。本文從中國以及全球的視角，對云計算環(huán)境下基于負(fù)載均衡的資源分配技術(shù)進行了較為全面的專利分析，分析了專利申請的趨勢、專利申請分布情況和重要申請人信息。最后本文對重要的企業(yè)的專利進行了深入的發(fā)掘和比較研究，得到重點企業(yè)的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，探索云計算環(huán)境下的資源分配技術(shù)未來發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：云計算;資源分配;負(fù)載均衡

中圖分類號：TP3911 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）06-0151-07

1 引言

云計算作為一種新型的IT資源供應(yīng)模式，是分布式計算、網(wǎng)格計算、并行計算和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸與發(fā)展，它的主要吸引力在于能夠為用戶提供按需的、靈活的、彈性的、可靠的和廉價的資源服務(wù)，可以減少用戶在信息化建設(shè)過程中前期的軟硬件投入和后期的運維成本[1]。

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最初階段，用戶數(shù)量少且操作相對簡單，此時用戶的需求利用單個服務(wù)器即可完成。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，不僅網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量迅速增長，用戶的操作也更復(fù)雜，此時對服務(wù)器的響應(yīng)時間、穩(wěn)定性都提出了更高的要求，單個的服務(wù)器已不再能滿足用戶的要求，因此必須從單一的服務(wù)器轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂梅?wù)器集群解決這些問題。用戶的需求由服務(wù)器集群中的各個服務(wù)器協(xié)作完成[2]。

在服務(wù)器協(xié)作工作過程中，不可避免地出現(xiàn)服務(wù)器間負(fù)載不均衡的狀況，例如一些服務(wù)器節(jié)點上的任務(wù)很多或者存儲數(shù)據(jù)多，負(fù)載比較重，而另一些服務(wù)器處于空閑狀態(tài)或者存儲數(shù)據(jù)少，負(fù)載比較輕。這將會導(dǎo)致整個集群系統(tǒng)的性能下降。因此如何在多臺服務(wù)器間合理的進行數(shù)據(jù)存儲、分配任務(wù)、調(diào)度資源是一個迫切需要解決的問題，這就是所謂的負(fù)載均衡的問題[3]。負(fù)載均衡問題就是為了獲得最優(yōu)的資源利用率，在多個進程、計算機、磁盤或者其它資源間進行任務(wù)的合理調(diào)度，降低計算時間。負(fù)載均衡問題一直是云計算研究領(lǐng)域里的熱點研究問題之一，尤其對于異構(gòu)系統(tǒng)，由于系統(tǒng)中節(jié)點配置、資源類型的多樣性，使得負(fù)載均衡更加困難[4]。

本文主要通過對涉及“云計算環(huán)境下基于負(fù)載均衡的資源分配技術(shù)”的國內(nèi)外專利文獻進行檢索和研究分析，從而揭示該項技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)、發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)特點，為技術(shù)人員在該領(lǐng)域的繼續(xù)探索和研究提供參考。

2 數(shù)據(jù)采集和取樣

本文采用中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）、德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）。其中，CNABS用于中文專利檢索;利用DWPI完成英文庫專利的檢索。

本文主要云計算環(huán)境下基于負(fù)載均衡的資源分配技術(shù)，檢索關(guān)鍵詞包括云，cloud，數(shù)據(jù)中心，datacenter，檢索涉及的CPC分類號包括G06F9/5083，G06F9/5088。將檢索時限截止到2019年7月3日，其中由于專利文獻從提出申請到向公眾公開有時間的延后，因此，2018年及2019年的樣本會有不完整的問題。所以，對于以下分析圖中有關(guān)2017年和2018年申請量的下降曲線不排除是由于樣本數(shù)據(jù)量的不完整而造成的。

3 專利分布總體情況

3.1 專利申請態(tài)勢分析

圖1示出了基于負(fù)載均衡的云計算資源分配的全球?qū)＠暾堏厔轄顩r。通過圖1可以看出，基于負(fù)載均衡的資源分配專利申請最早的申請為2008年的兩篇，距離Google在2006年8月9日首次提出“云計算”（Cloud Computing）的概念不足兩年的時間，且?guī)缀鯖]有萌芽期，一開始就以非?？焖俚膽B(tài)勢突飛猛進，從2008年到2012年的專利申請數(shù)量逐年倍增，并迅速在2016年達到了一次高峰。這說明云計算的技術(shù)改革與創(chuàng)新速度非?？臁＿@與云計算的關(guān)鍵技術(shù)同樣存在于網(wǎng)格計算、分布式計算等其他傳統(tǒng)的計算平臺有關(guān)，這樣將傳統(tǒng)計算平臺的技術(shù)在云計算平臺中重新賦予新的意義也更加容易實現(xiàn)。

2011—2012年專利申請量的激增與各國政府的刺激密切相關(guān)。2010—2012年期間，我國國務(wù)院以及各地地方政府、美國、歐盟等紛紛出臺云計算發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵發(fā)展云計算技術(shù)。在政府的鼓勵下各企業(yè)紛紛發(fā)展云計算技術(shù)，導(dǎo)致2011—2012年專利申請量的激增。

2013至2014年專利申請量相比2012有所減緩，這與云計算技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，來自傳統(tǒng)計算平臺的負(fù)載均衡技術(shù)已經(jīng)在云計算資源分配管理中轉(zhuǎn)換完畢。新的技術(shù)需要根據(jù)云計算平臺的特點進行研發(fā)，因此，研發(fā)的腳步有所放緩，然而依然維持在一個相對高的水平。

2015年至2016年的專利申請數(shù)據(jù)又一次出現(xiàn)了快速增長的趨勢，這與市場的刺激有關(guān)，由于云計算規(guī)模的擴大，云計算的負(fù)載均衡管理問題不僅是降低運營成本的問題，還是保證云計算平臺穩(wěn)定運行的問題。通過云計算平臺中各負(fù)載資源的再平衡技術(shù)，能夠保證云平臺中各個用戶都能夠得到優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的服務(wù)，并且降低云平臺的資源消耗[5]。

2017年資源負(fù)載均衡技術(shù)專利申請量首次呈現(xiàn)出負(fù)增長，2017年專利申請量較前一年減少31%。這是因為云平臺中資源負(fù)載均衡技術(shù)已經(jīng)成熟，其發(fā)展達到瓶頸。

2018至2019年的申請數(shù)據(jù)出現(xiàn)了下降，這與專利申請的延時公開政策和數(shù)據(jù)庫的收錄延時有關(guān)。

3.2 技術(shù)活躍度分析

圖2顯示了申請負(fù)載均衡的云計算資源分配的申請人的數(shù)量的變化情況，可以看出，從2006年提出云計算開始，至2008年不足兩年的時間，申請人已經(jīng)開始關(guān)注云平臺的負(fù)載均衡問題，且一直到2010年，各個申請人踴躍加入在負(fù)載均衡研究，通過負(fù)載均衡使云計算資源分配更加合理有效成為了各個大公司和科研機構(gòu)的研究熱點。這與計算機業(yè)界巨頭的強勢推動有關(guān)，Google、Amazon、IBM和Microsoft等計算機業(yè)界的巨頭們以前所未有的速度和規(guī)模推動著云計算技術(shù)的發(fā)展和云計算產(chǎn)品的普及，刺激了學(xué)術(shù)界的一些研究者們也迅速將云計算作為自己的研究課題。由于云計算技術(shù)是由其他傳統(tǒng)平臺的技術(shù)演進而來，而其他傳統(tǒng)平臺管理中的負(fù)載均衡管理也有相對成熟的技術(shù)，因此，計算機傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的申請人轉(zhuǎn)而研究云計算技術(shù)相對容易，新增申請人的占比逐年攀升，并在2016年達到頂峰。

在2008年至2012年，申請人數(shù)量快速增加，這期間由于云計算作為一個新出現(xiàn)的領(lǐng)域，引起了各企業(yè)以及科研機構(gòu)的關(guān)注，因此他們爭相投入云計算進行研究。在2013年至2015年申請人的總量以及新增申請人的數(shù)量開始緩慢下降，但是專利申請量并未下降，依然在逐年上漲，這是由于經(jīng)過幾年時間的研究，基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)由積累較多的企業(yè)申請專利，一些技術(shù)積累較少的申請人，無法持續(xù)投入資源進行研究，因此出現(xiàn)了申請人數(shù)量下降，但是申請量并未下降的現(xiàn)象[6]。

經(jīng)過前幾年的技術(shù)積累以及資源投入，2016年專利申請人數(shù)量出現(xiàn)大幅度增加，達到了歷年專利申請量的峰值，但是此后的2017以及2018年申請人的數(shù)量開始下降，且新增申請人的占比也在下降，原有申請人數(shù)量也開始有了下降的趨勢，這說明云計算經(jīng)過了幾年的發(fā)展，參與云計算資源管理中負(fù)載均衡方向的研究者隊伍也開始穩(wěn)定。

2019年的申請數(shù)據(jù)由于專利數(shù)據(jù)的延時公開特性，數(shù)據(jù)存在誤差。

3.3 專利申請布局分析

從圖3可以看出，在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域，中國和美國既是主要的技術(shù)來源國，也是重要的技術(shù)目標(biāo)國。且來自中國和美國申請的專利布局占據(jù)了所有專利申請的絕大多數(shù)。這說明在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，中國和美國已經(jīng)站在了世界的頂峰。

而從各個國家的專利分布可以看出，中國和美國仍然是專利申請的目標(biāo)國家，這說明中國和美國的市場是云計算平臺的主要分布市場，且從圖中可以看出，來源于歐洲地區(qū)的專利申請占比較低，但是申請目標(biāo)國家和地區(qū)為歐洲地區(qū)的專利申請的數(shù)量占比相對較高，這說明其他國家和地區(qū)有在歐洲地區(qū)的市場進行競爭。

圖4展示了專利的五局流向，從圖中可以看出，中國的專利申請，絕大多數(shù)都是在中國本地進行的專利申請，其次專利申請選擇向美國和歐洲地區(qū)進行專利布局，對日本以及韓國的專利布局較少。這說明中國申請人注重國內(nèi)市場，對海外市場的專利布局重點在于美國和歐洲地區(qū)。

美國的申請擴張度極高，雖然美國國內(nèi)的專利申請同樣占據(jù)了較高的比例，但是美國的申請人非常注重國外市場的拓展，中國和歐洲是美國的主要技術(shù)輸出國家地區(qū)，這說明中國市場和歐洲市場對于美國來說非常重要。美國雖然在日本和韓國也有進行專利布局，但是專利布局的數(shù)量明顯少于在中國和歐洲地區(qū)的專利布局?jǐn)?shù)量。

歐洲地區(qū)的專利申請雖然體量不大，其專利布局在美國以及歐洲地區(qū)，并且歐洲地區(qū)的申請人在歐洲專利局的專利申請數(shù)量與其在美國進行專利申請的數(shù)量基本持平這說明歐洲地區(qū)的申請人非常重視美國市場。歐洲地區(qū)的專利申請人并未向中國、日本、韓國進行專利布局，這說明歐洲地區(qū)的申請人對中國、日本以及韓國市場并不重視。

日本的申請人與歐洲的申請人相似，他們都十分重視美國市場，專利布局主要在本國以及美國。日本對中國、歐洲以及韓國仍有專利布局，雖然專利的申請量很少，但是這說明日本申請人還是比較謹(jǐn)慎，對每個地區(qū)都進行了專利布局。

韓國的申請人也同樣將在本國申請的專利申請大部分在美國進行了專利布局。韓國申請人對中國、歐洲地區(qū)都進行了少量的專利布局，但是并未對日本進行專利布局，這說明韓國不重視日本市場。

綜上可以看出，美國在基于負(fù)載均衡的云平臺資源分配專利申請量最大，并且在五局中都進行了專利布局，技術(shù)輸出態(tài)勢非常明顯。另外，除美國之外的其他4個國家和地區(qū)的申請人都向USPTO進行了專利申請，但是申請的數(shù)量無法和美國相抗衡，這說明美國是世界各國爭相布局的主要市場，并且在美國市場，美國在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域依然處于霸主地位。中國專利申請量僅次于美國，但是在五局專利布局上，主要布局在美國和歐洲，并且申請量較少，這說明中國申請人大多數(shù)并未走出國門，在基于負(fù)載均衡的云平臺資源分配領(lǐng)域與美國還有很大差距。

3.4 專利申請人分析

圖5為基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埲伺琶?，從圖中可以看出，專利申請量排名第一的是IBM，其申請量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他申請人，這也體現(xiàn)出IBM公司在云計算領(lǐng)域的技術(shù)統(tǒng)治地位，另外，專利申請量排名前五中的IBM、微軟、VMWARE、惠普都是美國的申請人。

排名前十的申請人中，中國的申請人僅有浪潮、華為兩個企業(yè)，這說明書中國的專利申請人在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)儲備不足，存在很大的進步空間。

圖6為基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埲伺琶渲?，浪潮排名第一，但是他的專利布局僅限于國內(nèi)，并未布局海外，因此浪潮的專利競爭性不足。另外，在國內(nèi)申請人的排名中，位于前十的中國申請人有浪潮、華為、阿里巴巴、國家電網(wǎng)、東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)，其中有4個申請人為大學(xué)申請人，說明我國在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域的研究主要位于實驗室的研究中。另外，前十的在華申請人中存在兩個外國申請人微軟和IBM，他們均是美國的企業(yè)，這說明美國企業(yè)還是很重視中國市場的。

4 重點申請人分析

通過上述分析可以知道，IBM是基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩孔畲蟮钠髽I(yè)。華為和浪潮是基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埩孔畲蟮膬蓚€中國企業(yè)。因此，選取IBM、華為和浪潮三個企業(yè)作為重點申請人進行分析。

4.1 IBM

根據(jù)市場研究機構(gòu)IDC公布的2018年全球公有云廠商市場份額數(shù)據(jù)顯示，IBM在全球云計算市場的份額確在不斷下滑，其排名在亞馬遜、微軟、阿里巴巴之后，處于第四位。但是，IBM在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配中的授權(quán)專利量處于絕對領(lǐng)先地位。因此，選擇IBM進行分析，以獲得云計算資源管理技術(shù)領(lǐng)域的專利技術(shù)發(fā)展和布局特點。

IBM在基于負(fù)載均衡的云計算資源分配技術(shù)的專利布局是從2009年開始。從2009—2010年，IBM針對云計算需求和云提供者進行靜態(tài)的能力分配，以達到相對負(fù)載均衡，提高系統(tǒng)的效率。如：US2011131329A1中基于處理資源消耗量將組件部署到與計算系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的服務(wù)器，減少軟件應(yīng)用程序的執(zhí)行時間?？梢蕴岣哕浖?yīng)用程序的處理效率;US2011138048A1在云計算環(huán)境中提供云漫游服務(wù)的方法，涉及基于請求者的簡檔和云提供者集的能力確定提供所請求的云服務(wù)的云提供者的集合;US2011246992A1中將一個VM從云計算機移動到單獨的云計算機，以便在云計算機上留下另一個VM，從而有效地將提供有親和性要求的VM移動到云計算環(huán)境中的單獨計算機。該方法使得能夠?qū)⒃朴嬎阕R別為通過虛擬平臺提供信息技術(shù)服務(wù)的成本效益，使得具有數(shù)百或數(shù)千個刀片服務(wù)器的云使系統(tǒng)管理員能夠構(gòu)建高度定制的虛擬機以滿足各種各樣的最終用戶需求。

5 總結(jié)

基于負(fù)載均衡的云計算資源分配專利申請分為初步發(fā)展時期（2008年至2010年）、快速增長期1（2011年至2012年）、穩(wěn)步調(diào)整期（2013年至2014年）、快速增長期2（2015年至2016年）、調(diào)整期（2017年）四個發(fā)展階段。

專利申請量排名前15的申請人中，有10家美國企業(yè)，分別是IBM、微軟、VMware、惠普、SPLUNK、英特爾、紅帽、rackspace、谷歌、愛立信。美國是云計算技術(shù)發(fā)展最早的國家，最早提出云計算概念的谷歌就是美國企業(yè)，美國申請人憑借其在信息和通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的優(yōu)勢，在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，牢牢占據(jù)了霸主地位，走在了世界的前列，是主要的技術(shù)來源國。且云計算領(lǐng)域行業(yè)“馬太效應(yīng)”明顯，超大規(guī)模運營商的主要云服務(wù)市場份額逐年增長，行業(yè)集中度不斷提高，進一步擠壓了小眾玩家的生存空間。

中國的申請人在云計算資源分配領(lǐng)域的起步較晚，從2009年開始才有了自己的專利布局，而且，中國的企業(yè)仍然以國內(nèi)市場為主，專利申請集中在國內(nèi)，除了華為之外，極少向中國之外的國家和地區(qū)提交專利申請，沒有形成全球?qū)＠季帧?/p>

作為傳統(tǒng)IT企業(yè)的老牌企業(yè)，IBM在云計算資源分配中的授權(quán)專利量處于絕對領(lǐng)先地位，且其專利申請具有延續(xù)性的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。浪潮作為中國本土綜合實力強大的IT企業(yè)之一，根據(jù)IDC發(fā)布的《中國政務(wù)云服務(wù)運營商市場份額，2017》報告，浪潮云以市場份額占比18.7的成績，位居2017中國政務(wù)云服務(wù)運營商市場占有率第一位。且浪潮也是在云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域中專利申請量最多的中國企業(yè)。然而，從浪潮進行專利申請的布局來看，浪潮僅有1件專利申請向國外進行了專利布局，絕大多數(shù)的專利申請僅在中國進行了專利布局。這與浪潮的云計算業(yè)務(wù)主要分布在國內(nèi)市場有關(guān)。

華為是全球領(lǐng)先的信息與通信技術(shù)解決方案供應(yīng)商，專注于信息與通信技術(shù)領(lǐng)域，在電信運營商、企業(yè)、終端和云計算等領(lǐng)域構(gòu)筑了端到端的解決方案。在IDC最新發(fā)布的《2018中國云系統(tǒng)與服務(wù)管理軟件市場Tracker》中，華為云Stack云管理平臺ManageOne的市場占有率位居第一。同時華為也是云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域中專利申請量在中國企業(yè)中排名第二，其在云計算資源分配技術(shù)領(lǐng)域的專利申請布局遍布中國、美國、歐洲等國家和地區(qū)，這與其在這些國家和地區(qū)都有業(yè)務(wù)市場，且重視專利的國際化布局有關(guān)。但是華為在云計算市場上的保守也使得華為不論在云計算的市場份額上還是在專利申請數(shù)據(jù)上，都不處于優(yōu)勢地位。

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