公有云服务计费模式比较研究

吴 俊，徐 溟

（北京邮电大学 北京100876）

1 引言

近年来，云计算及其应用呈现出快速发展的态势，特别是公有云服务的商用化引起了众多关注。按照美国国家信息技术标准研究院的界定，云计算提供的服务层次分为基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）以及软件即服务（SaaS），云计算的部署方式分为公有云、私有云、社区云和混合云4类[1]。当前，公有云服务的商用化主要侧重于IaaS服务，即由云服务提供商基于虚拟化技术，建立云基础设施，通过互联网面向企业和公众用户提供计算、存储、网络等资源方面的收费服务[2,3]。这方面的典型厂商如国外的Amazon、GoGrid、Microsoft以及国内的云快线科技有限公司（CloudEx Inc.，以下简称云快线公司）等。

对公有云服务提供商而言，商业化服务的关键在于确定合理的计费模式。现有的理论研究多从技术的视角，探讨云计算体系架构、云存储、云数据管理、云安全、编程模型等[4~8]，针对公有云计费模式的研究尚不多见。

2 典型公有云计费模式比较

国内外众多商业公有云IaaS服务中，比较典型的有Amazon公司的AWS（Amazon Web Service）、Microsoft公司的Windows Azure服务、GoGrid的Web存储及虚拟服务器服务、国内云快线公司的CloudEx弹性计算云服务[9]等。下面以Amazon Web Service、Windows Azure以及CloudEx弹性计算云服务为例，对比分析其计费模式的异同。

2.1 AWS

AWS是美国Amazon公司基于云平台推出的为公司级客户提供基础设施服务的Web服务，个人用户也可以通过在该平台注册账号使用AWS提供的各项服务，该平台主营的IaaS服务为计算服务（Amazon EC2）[10]和存储服务（Amazon S3）[11]。

2.1.1 Amazon EC2的计费模式

Amazon EC2是Amazon公司面向企业和个人用户提供的弹性计算服务。使用Amazon EC2之前，用户首先根据需要选择相应配置（计算单元、内存、实例存储空间、平台类型等）的虚拟机，作为运行实例，然后创建包含用户应用程序、运行库、数据的虚拟运行环境映像，称为AMI（Amazon machine image）或者使用Amazon通用的AMI映像。

EC2的费用主要由实例使用费和数据传输费构成。实例使用费采用分级计价方式，由两方面因素决定：实例类型（分标准实例、微型实例、高内存型实例、高CPU型实例、高内存型实例5类）和实例计费方案。首先，用户需要根据自身计算需求选择实例类型，EC2承诺用户的计算能力是以选择的虚拟机配置为上限，即对用户限制最大计算性能。在此基础上，EC2提供3种实例计费方案供用户选择，分别为按需实例 （on-demand instance）、预订实例(reserved instance)以及现场实例(spot instance)。3种实例计费方案的异同见表1。

数据传输费是对用户在使用EC2服务时占用其带宽资源的情况而收取的费用，分数据流入和数据流出两类，采用单位计价方式，由数据流量和单位流量费率 （以GB为单位）决定，其中，单位流量费率会因数据中心的地理位置不同而变化。

2.1.2 Amazon S3的计费模式

Amazon S3是Amazon公司面向企业和个人用户提供的云存储服务。S3给用户提供一种简单的网络接口，使得用户无论何时何地都可以方便地存储、检索并读取任何大小的数据。由于EC2环境下运行的实例在终止或重启后，所有数据还原成用户构建的AMI的初始状态，用户必须使用S3服务来存储运行实例过程中需要保留的数据，同时S3也可以为没有使用EC2的用户提供独立的存储服务。用户在使用S3服务之前，需要选择在AWS的某一个数据中心的执行区域创建一个虚拟的“数据桶”来“储存”数据，S3服务的计费将根据用户“数据桶”的数据存储与操作状况计费。

S3服务的计费周期是一个月，其费用由3部分构成：数据存储费、数据操作费和数据传输费。数据存储费采用单位计价方式，根据用户“数据桶”在一个计费周期内平均的数据存储量进行计费，随着用户每月平均存储量的提高，单位存储费率呈阶梯状逐级递减（见表2）。数据操作费按照用户在使用S3服务存储数据时，产生的相应操作请求（如put、copy、post、list、get以及delete等）次数计费，单次操作费率会因操作类型和地区差异而不同（如美国东部地区使用S3时，put、copy、post或list请求费率是1 000次/0.01美元，get请求是10 000次/0.01美元，delete请求不收取费用）。S3的数据传输计费方式及标准均与EC2的数据传输计费相同。

表2 Amazon S3单位存储费率报价

表1 Amazon EC2 3种实例计费方案比较

2.2 Windows Azure服务

Windows Azure是微软公司推出的云服务操作系统。2010年10月28日，微软公司在Windows Azure Compute[12]产品中，推出了VM虚拟云主机服务（简称VM服务），这是一个具有IaaS性质的服务，其提供一个基于Windows 2008 R2环境的虚拟镜像 （VHD），用户可以在VHD上配置OS和使用Windows提供的服务。Windows Azure提供的另一项IaaS性质的服务是Windows Azure Storage（简称Storage服务）[13]，它提供了3种不同格式的存储体服务（BLOB、Table、Queue），用来为Windows Azure上运行的应用程序存储数据。Windows Azure针对其VM服务与Storage服务为用户提供了两种计费方式：Consumption[14]与Commitment，现分析如下。

2.2.1 Comsumption计费方式

Comsumption计费方式实质是“pay-as-you-go”（按使用付费）的计费方式。在这种计费模式下，VM服务计费方式与Amazon EC2按需实例计费方式基本相同，实例按CPU、内存、硬盘和I/O性能的不同分为超小型、小型、中等、大型、超大型5类配置，与EC2不同的是，Windows Azure承诺用户的计算能力以用户选择的虚拟机性能为下限，即以用户选择的VM配置为标准，保证最低的计算性能，除去对用户计算性能的限制。

与Amazon S3的费用构成相同，Storage服务的费用也包括数据存储费和数据操作费两部分。不同的是，Storage服务以GB为单位按用户月平均数据存储量（用户月内每小时最大数据存储量的平均值）作为计费基础，定价为每GB收取0.15美元；数据操作费则是以数据的存取次数（storage transaction）为计量依据，定价为每10 000次存取操作0.01美元。

另外，用户在使用VM服务与Storage服务时的数据传输计费方式与Amazon EC2、S3的数据传输计费方式相同。

2.2.2 Commitment计费方式

在Commitment模式下，Windows Azure为用户提供3种方案供用户选择，分别为Windows Azure Core、SQL Azure Core以及Windows Azure&SQL Azure Extended。无论选择哪一种方案，用户都需要承诺使用6个月并每月交付固定金额的费用。但是相比按需付费的方式，选择Commitment方式的用户可以取得相应的折扣。例如，选择购买一个Windows Azure Core的用户可每月以59.95美元获得750 h的小型实例使用时间和10 GB的存储容量，而按需付费的方式下，用户则需要支付91.5美元获得同等的服务。另外，当用户资源使用量超过方案的承诺量时，用户需要以按需付费的标准支付超额资源使用量。

2.3 CloudEx弹性计算云服务

云快线公司成立于2009年10月，是中国本土最早专注从事公有云计算基础设施运营的专业厂商，该公司推出的CloudEx弹性计算云是整合了计算、存储与网络资源的IT基础设施能力租用服务。

CloudEx弹性计算云以按需付费模式为基础 （服务器按小时，带宽按流量），以服务器费用预支付为辅，整个弹性计算云费用包含服务器费用和带宽流量费用两部分。其中，服务器费用提供了两种付费方式：一种为按需计费，计费方式与Amazon EC2的按需实例方式相同，单位小时费率由用户选择的服务器配置(分均衡标准、高内存、高CPU等9类)以及数据中心的位置决定；另一种为包时计费，即按年或按月计费，采用预支付制度，添加弹性计算云当日扣费，这种计费方式与VM服务的Commitment模式类似。带宽费用的计算方式则分为按流量计费与按限制最高带宽预付费两种。按流量计费的方式与Amazon EC2和S3的数据流量计费方式近似，不同之处在于：不区分数据流入和流出，按数据流总量计费；单位流量费率依地理位置和数据流总量不同而差别定价；按限制最高带宽预付费（用户可自行选择最高带宽，如5 Mbit/s、10 Mbit/s等）的方式下，用户需预支付使用费用，按年或月计费，带宽费用=所选的限制最高带宽的每年（月）费率×使用时长（年或月）。

3 公有云计费模式总结及改进方向

Youseff等[15]将云服务提供商的计费模式总结为3类：分级计价（tiered pricing）模式，按服务实例（instance）不同级别配置（CPU、RAM等）的单位时间费率及使用时长来计价；单位计价（per-unit pricing）模式，按用户实际资源使用量及单位使用费率来计价；订阅式计价（subscriptionbased pricing）模式，按用户数、使用时长及单个用户单位时间费率计价。通过前面的分析可以看到，这3种计费模式在云服务提供商的计费实践中都有不同程度的应用，见表3。

云计算通过虚拟资源池为用户提供可以缩减或扩展规模的计算资源，增加了用户对于计算系统的规划、占有和使用的灵活性[16]，为用户提供了一种按需使用、按使用付费的服务模式。而用户的使用需求是动态变化的，这种需求的动态性体现在两个方面：从云服务内容来看，用户对计算性能高低、数据存储空间大小等的使用需求是不断变化的；从服务时长来看，用户每次使用云服务的时长、频率等也并不固定。作为提供商与用户之间云服务价值实现的桥梁，云计算服务的计费模式必须能够在满足用户使用需求的同时，客观地衡量用户使用服务时对提供商资源的占用情况。

表3 公有云服务计费模式总结

目前，弹性计算服务提供商通过多种配置虚拟机的租用服务形式、按时长计费的模式，消除了用户使用时间与频率限制，依据租用虚拟机配置定价的方式也能够较为客观地衡量用户对资源的占用情况。另一方面，在目前的计费模式下，当用户对计算性能的需求发生变化时，用户只能关闭运行的实例，重新选择合适配置的虚拟机，由此可见，这种服务提供商提供划分多种配置虚拟机供用户选择的方式，虽然能够满足不同用户的多层次需求，但一旦用户需求动态波动，又会对用户使用需求加以限制。因此，目前弹性计算服务的计费模式，由于其服务模式限制，仍旧存在一定缺陷。相比之下，云存储服务的计费模式则比较完善，其采用的是以GB为计费单元的平均数据存储量计费模式，规避了按时长计费难以客观体现用户实际数据存储量动态变化的问题，很好地衡量了在一定时期内服务提供商资源的占用情况。

按照生命周期理论，公有云服务市场目前处于发展初期，用户数量较小，其计费模式设计的关注点仍在于服务提供商运营成本（运维、能耗等）的代价以及用户资源的占用量衡量等基本层面，目前云服务提供商主要是应用商品市场模型，采用以单位计价（使用时间、GB等）以及订阅计价为主的静态定价策略提供云服务。然而，随着云计算技术的不断成熟以及公众对云计算技术本身接受度的提高，公有云服务市场可能会进入快速成长期，伴随而来的将会是用户数量的快速增长，对于云计算这样一个资源密集型的产业，快速增长的用户数量必然导致有限的资源供给与不断增大的市场需求之间的矛盾产生；而当公有云服务市场进入成熟阶段后，用户数量增长放缓或趋于稳定，行业内竞争日趋激烈，用户需求也将日趋多元化与个性化，随着更多的公有云服务提供商的进入，用户对云计算资源有了更多的选择权。此时，公有云服务提供商面临的主要问题将会是如何保有用户数量，取得竞争优势。在市场发展的不同阶段，公有云服务提供商所面临的问题是具有差异性的，静态的定价策略无法满足云服务行业发展的需求，而本文根据公有云市场在各发展阶段的不同特点，总结其计费模式在未来的几点改进方向。

（1）成长阶段

面对有限的资源供给与不断增大的市场需求之间的矛盾，采用目前静态定价模式，显然不利于云服务提供商运营收入的增加，因而该阶段计费模式的改进，一方面应以缓解云端设备高负载为目标，如实行闲忙时差异化定价计划，以引导用户服务请求分流；另一方面在云服务计费中考虑资源“稀缺性”，以提高资源的价值实现，增加利润收入。因此，该阶段服务计费模式的设计必须充分考虑市场供求关系变化的因素，增强云服务定价的动态性，建立起能够随着用户数量变化，动态调整价格的计费模式。目前，学术界在该方面已经进行了一定的研究，这些研究多以云端设备资源占用变化为切入点来反映云服务市场的供求变化，建立与云端设备占用率正相关的动态定价策略[15]。

（2）成熟阶段

面对行业内竞争的激化，公有云服务的定价也必须逐渐从面向云服务提供商的单边定价模式向面向云服务提供商定价、用户定价以及云服务提供商与用户的双边组合定价的模式转变。公有云服务定价模式则需向以下两个维度进行改进。

·原有的商品经济定价模型应用纵向不断完善。在这种模式（静态定价、单位计价、订阅式计价以及按资源供求关系动态定价）下，云服务提供商自主进行价格制定，这种模式具有用户服务开通管理简易、服务计价相对稳定方便、资源分配方面、具有较高的有效性等优势，因而在未来云服务计费模式中仍会是主要应用的定价模型。但面对行业变化，商品经济定价模型的应用，特别是动态定价模式的设计，在考虑用户对资源的占用以及资源供求因素的同时，其计费策略需具有一定的市场敏感度，能够自发地根据市场变化动态地调整定价。

·横向引入新的计费模型。未来用户对资源更多的选择权将意味着用户对云服务提供商服务质量要求的提高、对云服务价格敏感度的增强以及对个性化、多元化服务需求的增大。单一从云服务提供商的角度考虑资源占用、运营成本、资源供求关系等因素的计费方式无法适应市场环境的变化，需要引入用户充分参与的计费模式。例如，议价模型可以通过云服务提供商与用户谈判，以充分了解用户需求，确定具体的服务方式与价格，以达成服务水平协议的方式保证服务质量；拍卖模式可以很好地将用户预算与服务提供商报价相匹配，弱化二者之间在资源价值估价方面的信息不对称，同时保证提供商运营收入。

4 结束语

随着云计算的不断发展，特别是众多提供商在公有云服务领域实践的深入，对于云计算的关注点也应该从技术层面向服务管理层面转变。针对公有云服务的计费模式，各云服务提供商在实践中进行了不同的尝试与创新，总体来看，国内外云服务提供商推行的计费模式基本达到了衡量服务提供商资源占用情况的要求，如其计费模式的设定考虑到了虚拟机计算能力、内存、存储空间等配置，云存储业务将按存储数据操作次数纳入收费项目，根据数据中心地理位置的不同调整带宽费用的单位费率等；弹性计算按次收费的模式以及云存储服务按平均数据存储量、按操作次数的计费模式也突显了云计算服务量入为出、按用户实际使用收费的原则。然而，相比用户多样化的需求与差异化的使用情景，云服务的计费模式依旧显得较为单一，这就要求云服务提供商必须重视并区分客户需求，探寻新的计费模式，促进云计算服务的健康发展。

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