論移動(dòng)云計(jì)算架構(gòu)的能效保護(hù)分析范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了論移動(dòng)云計(jì)算架構(gòu)的能效保護(hù)分析參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要:隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，全球范圍內(nèi)建立起了關(guān)于移動(dòng)云計(jì)算數(shù)據(jù)的廣泛部署。移動(dòng)云計(jì)算作為一種環(huán)保的大量使用的新型數(shù)據(jù)計(jì)算方式，研究在移動(dòng)云計(jì)算下的能效保護(hù)如何達(dá)到最優(yōu)就顯得極具現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真研究移動(dòng)云計(jì)算在移動(dòng)設(shè)備使用過(guò)程中、通信過(guò)程中和云基礎(chǔ)設(shè)施3方面的能效保護(hù)，提出了移動(dòng)云計(jì)算環(huán)境下能效保護(hù)的策略、方法和措施。通過(guò)對(duì)移動(dòng)云計(jì)算中能效保護(hù)的研究得出的移動(dòng)云計(jì)算下能效最優(yōu)的方法和技巧，在現(xiàn)實(shí)生活中可以借鑒這些策略、方法改進(jìn)工作模式和流程，提高相關(guān)領(lǐng)域的工作效率，為社會(huì)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞:移動(dòng);云計(jì)算構(gòu)架;能效保護(hù)

當(dāng)前，云計(jì)算給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的巨大利用優(yōu)勢(shì)日趨明顯，移動(dòng)云計(jì)算的用戶呈現(xiàn)出數(shù)量激增的新形勢(shì)。為了使云計(jì)算的能效保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的效果，針對(duì)云計(jì)算構(gòu)架下的能效保護(hù)方式所作分析具有一定的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

1移動(dòng)云計(jì)算的相關(guān)概述

移動(dòng)云計(jì)算是一種資源豐富的移動(dòng)型運(yùn)算技術(shù)。利用移動(dòng)云計(jì)算無(wú)限制的特點(diǎn)，可以完成流動(dòng)性與儲(chǔ)存功能相互統(tǒng)一;并且多種云資源與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合利用，可以讓彈性化的資源為人類(lèi)的生產(chǎn)研究帶來(lái)更大便利［2］。從當(dāng)前的云計(jì)算發(fā)展情況來(lái)看，該項(xiàng)技術(shù)可以通過(guò)因特網(wǎng)或以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信通道為移動(dòng)設(shè)備提供服務(wù);當(dāng)移動(dòng)設(shè)備處于異構(gòu)的平臺(tái)或環(huán)境中時(shí)，主要通過(guò)付費(fèi)手段來(lái)滿足服務(wù)使用的目的。具體操作見(jiàn)圖1。移動(dòng)云計(jì)算所涉及的領(lǐng)域是多方面的，主要包括增強(qiáng)移動(dòng)設(shè)備的處理能力與延長(zhǎng)電池使用壽命;為低端移動(dòng)用戶的需求提供服務(wù);通過(guò)與移動(dòng)用戶的連接完成云設(shè)施數(shù)據(jù)資源的共享使用;解決當(dāng)下資源短缺受限或移動(dòng)設(shè)備局限的問(wèn)題;使用MCC提供多樣化的虛擬資源等多方面的內(nèi)容。如何讓云計(jì)算參與的這些領(lǐng)域都能夠取得較好效果，做好關(guān)于移動(dòng)云計(jì)算的能效保護(hù)極為必要。由于云計(jì)算中囊括了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、移動(dòng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，所以要明顯降低關(guān)于能源能量的消耗份額，還需要將重心放在節(jié)約MCC的能源目標(biāo)上［3］。

2移動(dòng)云計(jì)算構(gòu)架下的能效保護(hù)辦法

2.1在移動(dòng)設(shè)備使用中進(jìn)行能效保護(hù)

要從移動(dòng)設(shè)備角度完成能效保護(hù)目標(biāo)，首先要實(shí)現(xiàn)將計(jì)算工作由設(shè)備向“云端”遷移。在遷移過(guò)程中，必須優(yōu)化其遷移決策機(jī)制，盡量把移動(dòng)設(shè)備上的高耗能程序部分遷移到“云端”執(zhí)行，最后將結(jié)果返回給移動(dòng)設(shè)備的程序。具體策略流程如下:假設(shè)一個(gè)移動(dòng)設(shè)備上有n個(gè)同步應(yīng)用，應(yīng)用程序集合為N={1，2，…，n}，并在云端同步運(yùn)行。t表示離散時(shí)間段;Q(t)表示在時(shí)間t隊(duì)列Q存放的所有要傳送的數(shù)據(jù)量;φ(t)表示當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬;設(shè)傳輸決策為r(t)∈Ω={“TransmitQ”，“Idle”};b(t)表示在時(shí)間段t云端和移動(dòng)設(shè)備端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量;P(t)表示傳輸消耗能量;V表示控制傳輸能耗和隊(duì)列穩(wěn)定性比例的一個(gè)可進(jìn)行設(shè)定的值［4］。第一步，在時(shí)間段t開(kāi)始時(shí)，監(jiān)控云端隊(duì)列Q存放的需要傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備端的數(shù)據(jù)量Q(t)，并估計(jì)當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬φ(t)。第二步，通過(guò)公式VP(t)－Q(t)b(t)來(lái)作出傳輸控制決策r(t)。第三步，如果r(t)=“TransmitQ”，則將云端隊(duì)列Q的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備端;如果r(t)=“Idle”，則是為了使節(jié)省移動(dòng)端的能量，移動(dòng)設(shè)備處于空閑狀態(tài)。第四步，在時(shí)間段t快結(jié)束時(shí)，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量Q(t)到達(dá)隊(duì)列，更新云端隊(duì)列Q的數(shù)據(jù)量Q(t+1)=max［Q(t)－b(t)，0］+Q(t)。由于4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接狀況和數(shù)據(jù)到達(dá)率具有隨機(jī)性，平均時(shí)間的消耗能量和隊(duì)列積壓的數(shù)據(jù)量都需要進(jìn)行向下優(yōu)化，當(dāng)V值任意大時(shí)，平均時(shí)間能耗P就會(huì)無(wú)限接近P*;然而平均隊(duì)列積壓Q會(huì)隨著V值增大而線性增大。V值不斷增大，對(duì)于P*的影響在不斷減少并趨近于0，因此需要靈活地選取V值來(lái)作出能效傳輸決策，這樣既控制了平均隊(duì)列積壓的數(shù)據(jù)量，同時(shí)最小化了消耗的能量［5］。計(jì)算機(jī)可以解決許多難度高、運(yùn)算數(shù)據(jù)大的計(jì)算問(wèn)題，完成各項(xiàng)龐雜的計(jì)算工作;但是要使得移動(dòng)設(shè)備的能效得以保護(hù)，則需要將計(jì)算任務(wù)納入到“云端”中。在遷移過(guò)程中，還需要確認(rèn)并考慮好以太網(wǎng)路徑、協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)通信、移動(dòng)設(shè)備的節(jié)能領(lǐng)域等因素［6］。

2.2通信過(guò)程中的能效保護(hù)方法

通信中的能效保護(hù)，可以分為以下2個(gè)方面:1)對(duì)通過(guò)無(wú)線接口時(shí)所產(chǎn)生的效能保護(hù)。當(dāng)前的移動(dòng)設(shè)備一般都具有多功能的廣播接口，這些接口可以為通信提供彈性功能與效能保護(hù)，但是TCP與UDP等通信協(xié)議則不適用這些功能。多通路的計(jì)算方式可以使多種網(wǎng)絡(luò)路徑同時(shí)得到支持，并且讓多樣化的路徑可以統(tǒng)一到一個(gè)條件較好的鏈路上［7］。在OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，即正交頻分復(fù)用技術(shù))系統(tǒng)中，第i個(gè)子信道第t時(shí)隙的傳輸速率與發(fā)送功率有如下關(guān)系:Ri，t=B×log2［1+min(P(i，t)，Pmax)×Gi，t］(1)式(1)中P(i，t)是在時(shí)隙t給第i個(gè)子信道分配的功率，Pmax為子載波最大發(fā)送功率限制，B為子信道帶寬，G(i，t)是第i個(gè)子信道在時(shí)隙t內(nèi)的信道增益。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備被分配得i個(gè)上傳子信道后，在T個(gè)時(shí)隙內(nèi)上傳數(shù)據(jù)的發(fā)射能量?jī)?yōu)化模型可以由下式表達(dá):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，條件Δt∑T(t=1)∑I(i=1)Ri，t=L是為滿足在T時(shí)隙內(nèi)傳輸所有數(shù)據(jù)的要求，當(dāng)L和T確定后，發(fā)送能量的最優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為根據(jù)各子信道狀態(tài)選擇合適的傳輸速率使得總的發(fā)送能量最低［8］。2)基于無(wú)線通信所實(shí)現(xiàn)的能效保護(hù)。通常在人們使用移動(dòng)設(shè)備對(duì)周?chē)膚ifi接入口進(jìn)行掃描時(shí)，設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的能量消耗。為保護(hù)掃描與網(wǎng)絡(luò)連接的能效，移動(dòng)設(shè)備周期性地進(jìn)行掃描并將網(wǎng)絡(luò)信息(時(shí)間戳、作用范圍、位置信息等)予以存儲(chǔ)。當(dāng)設(shè)備可以建立好日志文件時(shí)，也可以更加便利地執(zhí)行好掃描搜索等任務(wù)［9］。

2.3云基礎(chǔ)設(shè)施的能效保護(hù)措施

云計(jì)算中云設(shè)施的保護(hù)主要是基礎(chǔ)設(shè)施的管理。云數(shù)據(jù)的服務(wù)中心內(nèi)，每年基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量增長(zhǎng)速度是十分驚人的。當(dāng)這些服務(wù)器設(shè)備處在閑置狀態(tài)未參與到工作中時(shí)，加強(qiáng)設(shè)施的能源消耗管理顯得尤為重要。舉例來(lái)說(shuō)，多級(jí)別的用戶在運(yùn)用過(guò)程中需要將應(yīng)用部署到基礎(chǔ)設(shè)施之上，所以保護(hù)這些部署在獨(dú)立宿主機(jī)虛擬機(jī)的能耗，從而保障虛擬機(jī)的監(jiān)控以及應(yīng)用實(shí)例的有效性，也應(yīng)當(dāng)成為管理工作的重要方向［10］。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)移動(dòng)云計(jì)算中各種能效管理與調(diào)整方法的細(xì)致研究，不僅可以使得能效保護(hù)的樣本模式得到功能性改善，同時(shí)對(duì)于云計(jì)算整體效能的提升與改進(jìn)也有極為重要的作用。因而，只有不斷做好計(jì)算服務(wù)的能效保護(hù)，才能促進(jìn)云計(jì)算相關(guān)技術(shù)更為繁榮地發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

［1］宋杰，侯泓穎．云計(jì)算環(huán)境下改進(jìn)的能效度量模型［J］．浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2013(1):44－52．

［2］閆振興，朱志良．一種云計(jì)算環(huán)境下的能效模型和度量方法［J］．軟件學(xué)報(bào)，2012(2):200－214．

［3］魏亮．云計(jì)算安全風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策研究［J］．郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2011(10):19－22．

［4］韓珂．云計(jì)算仿真平臺(tái)的構(gòu)建與改進(jìn)［J］．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2016(1):24－30．

［5］韓珂．云計(jì)算環(huán)境中能效評(píng)估方法［J］．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2016(7):247－253．

［6］容會(huì)．基于能效優(yōu)化的MapReduce異構(gòu)云環(huán)境任務(wù)調(diào)度算法［J］．云南民族大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2017，26(4):310－312．

［7］容會(huì)，段有艷，韋麗莉，等．異構(gòu)云環(huán)境下能效感知的資源優(yōu)化配置技術(shù)［J］．昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)報(bào)，2017，33(3):57－62．

［8］容會(huì)，鄒婭玲，殷洪杰，等．能效驅(qū)動(dòng)的云計(jì)算環(huán)境QoS評(píng)估技術(shù)研究［J］．昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)報(bào)，2017，33(5):59－63．

作者：容會(huì) 錢(qián)雙艷 韓珂 王艷玲 王曉亮 單位：昆明冶金高等專(zhuān)科學(xué)校