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论移动云计算架构的能效保护分析

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摘要:随着现代科学技术日新月异的发展,全球范围内建立起了关于移动云计算数据的广泛部署。移动云计算作为一种环保的大量使用的新型数据计算方式,研究在移动云计算下的能效保护如何达到最优就显得极具现实意义。通过实验和仿真研究移动云计算在移动设备使用过程中、通信过程中和云基础设施3方面的能效保护,提出了移动云计算环境下能效保护的策略、方法和措施。通过对移动云计算中能效保护的研究得出的移动云计算下能效最优的方法和技巧,在现实生活中可以借鉴这些策略、方法改进工作模式和流程,提高相关领域的工作效率,为社会创造一定的经济效益。

关键词:移动;云计算构架;能效保护

当前,云计算给人类社会带来的巨大利用优势日趋明显,移动云计算的用户呈现出数量激增的新形势。为了使云计算的能效保护可以实现最优的效果,针对云计算构架下的能效保护方式所作分析具有一定的现实意义[1]。

1移动云计算的相关概述

移动云计算是一种资源丰富的移动型运算技术。利用移动云计算无限制的特点,可以完成流动性与储存功能相互统一;并且多种云资源与网络技术结合利用,可以让弹性化的资源为人类的生产研究带来更大便利[2]。从当前的云计算发展情况来看,该项技术可以通过因特网或以太网的网络通信通道为移动设备提供服务;当移动设备处于异构的平台或环境中时,主要通过付费手段来满足服务使用的目的。具体操作见图1。移动云计算所涉及的领域是多方面的,主要包括增强移动设备的处理能力与延长电池使用寿命;为低端移动用户的需求提供服务;通过与移动用户的连接完成云设施数据资源的共享使用;解决当下资源短缺受限或移动设备局限的问题;使用MCC提供多样化的虚拟资源等多方面的内容。如何让云计算参与的这些领域都能够取得较好效果,做好关于移动云计算的能效保护极为必要。由于云计算中囊括了计算机基础服务设施、移动设备、网络技术的使用,所以要明显降低关于能源能量的消耗份额,还需要将重心放在节约MCC的能源目标上[3]。

2移动云计算构架下的能效保护办法

2.1在移动设备使用中进行能效保护

要从移动设备角度完成能效保护目标,首先要实现将计算工作由设备向“云端”迁移。在迁移过程中,必须优化其迁移决策机制,尽量把移动设备上的高耗能程序部分迁移到“云端”执行,最后将结果返回给移动设备的程序。具体策略流程如下:假设一个移动设备上有n个同步应用,应用程序集合为N={1,2,…,n},并在云端同步运行。t表示离散时间段;Q(t)表示在时间t队列Q存放的所有要传送的数据量;φ(t)表示当前移动设备的4G无线网络带宽;设传输决策为r(t)∈Ω={“TransmitQ”,“Idle”};b(t)表示在时间段t云端和移动设备端传输的数据量;P(t)表示传输消耗能量;V表示控制传输能耗和队列稳定性比例的一个可进行设定的值[4]。第一步,在时间段t开始时,监控云端队列Q存放的需要传输到移动设备端的数据量Q(t),并估计当前移动设备的4G无线网络带宽φ(t)。第二步,通过公式VP(t)-Q(t)b(t)来作出传输控制决策r(t)。第三步,如果r(t)=“TransmitQ”,则将云端队列Q的数据传输到移动设备端;如果r(t)=“Idle”,则是为了使节省移动端的能量,移动设备处于空闲状态。第四步,在时间段t快结束时,新产生的数据量Q(t)到达队列,更新云端队列Q的数据量Q(t+1)=max[Q(t)-b(t),0]+Q(t)。由于4G无线网络连接状况和数据到达率具有随机性,平均时间的消耗能量和队列积压的数据量都需要进行向下优化,当V值任意大时,平均时间能耗P就会无限接近P*;然而平均队列积压Q会随着V值增大而线性增大。V值不断增大,对于P*的影响在不断减少并趋近于0,因此需要灵活地选取V值来作出能效传输决策,这样既控制了平均队列积压的数据量,同时最小化了消耗的能量[5]。计算机可以解决许多难度高、运算数据大的计算问题,完成各项庞杂的计算工作;但是要使得移动设备的能效得以保护,则需要将计算任务纳入到“云端”中。在迁移过程中,还需要确认并考虑好以太网路径、协议/网络通信、移动设备的节能领域等因素[6]。

2.2通信过程中的能效保护方法

通信中的能效保护,可以分为以下2个方面:1)对通过无线接口时所产生的效能保护。当前的移动设备一般都具有多功能的广播接口,这些接口可以为通信提供弹性功能与效能保护,但是TCP与UDP等通信协议则不适用这些功能。多通路的计算方式可以使多种网络路径同时得到支持,并且让多样化的路径可以统一到一个条件较好的链路上[7]。在OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,即正交频分复用技术)系统中,第i个子信道第t时隙的传输速率与发送功率有如下关系:Ri,t=B×log2[1+min(P(i,t),Pmax)×Gi,t](1)式(1)中P(i,t)是在时隙t给第i个子信道分配的功率,Pmax为子载波最大发送功率限制,B为子信道带宽,G(i,t)是第i个子信道在时隙t内的信道增益。当移动设备被分配得i个上传子信道后,在T个时隙内上传数据的发射能量优化模型可以由下式表达:minR(i,t)Δt∑T(t=1)∑Ii=1E[Pi,t(Ri,t,Gi,t)]Δt∑T(t=1)∑I(i=1)Ri,t=L(1)式(2)中,条件Δt∑T(t=1)∑I(i=1)Ri,t=L是为满足在T时隙内传输所有数据的要求,当L和T确定后,发送能量的最优化目标转化为根据各子信道状态选择合适的传输速率使得总的发送能量最低[8]。2)基于无线通信所实现的能效保护。通常在人们使用移动设备对周围的wifi接入口进行扫描时,设备会产生较大的能量消耗。为保护扫描与网络连接的能效,移动设备周期性地进行扫描并将网络信息(时间戳、作用范围、位置信息等)予以存储。当设备可以建立好日志文件时,也可以更加便利地执行好扫描搜索等任务[9]。

2.3云基础设施的能效保护措施

云计算中云设施的保护主要是基础设施的管理。云数据的服务中心内,每年基础设施数量增长速度是十分惊人的。当这些服务器设备处在闲置状态未参与到工作中时,加强设施的能源消耗管理显得尤为重要。举例来说,多级别的用户在运用过程中需要将应用部署到基础设施之上,所以保护这些部署在独立宿主机虚拟机的能耗,从而保障虚拟机的监控以及应用实例的有效性,也应当成为管理工作的重要方向[10]。

3结语

通过对移动云计算中各种能效管理与调整方法的细致研究,不仅可以使得能效保护的样本模式得到功能性改善,同时对于云计算整体效能的提升与改进也有极为重要的作用。因而,只有不断做好计算服务的能效保护,才能促进云计算相关技术更为繁荣地发展。

参考文献:

[1]宋杰,侯泓颖.云计算环境下改进的能效度量模型[J].浙江大学学报:工学版,2013(1):44-52.

[2]闫振兴,朱志良.一种云计算环境下的能效模型和度量方法[J].软件学报,2012(2):200-214.

[3]魏亮.云计算安全风险及对策研究[J].邮电设计技术,2011(10):19-22.

[4]韩珂.云计算仿真平台的构建与改进[J].计算机系统应用,2016(1):24-30.

[5]韩珂.云计算环境中能效评估方法[J].计算机系统应用,2016(7):247-253.

[6]容会.基于能效优化的MapReduce异构云环境任务调度算法[J].云南民族大学学报:自然科学版,2017,26(4):310-312.

[7]容会,段有艳,韦丽莉,等.异构云环境下能效感知的资源优化配置技术[J].昆明冶金高等专科学报,2017,33(3):57-62.

[8]容会,邹娅玲,殷洪杰,等.能效驱动的云计算环境QoS评估技术研究[J].昆明冶金高等专科学报,2017,33(5):59-63.

作者:容会 钱双艳 韩珂 王艳玲 王晓亮 单位:昆明冶金高等专科学校

昆明冶金高等专科学校学报责任编辑:张雨    阅读:人次