論移動云計算架構的能效保護分析范文

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摘要:隨著現代科學技術日新月異的發展，全球范圍內建立起了關于移動云計算數據的廣泛部署。移動云計算作為一種環保的大量使用的新型數據計算方式，研究在移動云計算下的能效保護如何達到最優就顯得極具現實意義。通過實驗和仿真研究移動云計算在移動設備使用過程中、通信過程中和云基礎設施3方面的能效保護，提出了移動云計算環境下能效保護的策略、方法和措施。通過對移動云計算中能效保護的研究得出的移動云計算下能效最優的方法和技巧，在現實生活中可以借鑒這些策略、方法改進工作模式和流程，提高相關領域的工作效率，為社會創造一定的經濟效益。

關鍵詞:移動;云計算構架;能效保護

當前，云計算給人類社會帶來的巨大利用優勢日趨明顯，移動云計算的用戶呈現出數量激增的新形勢。為了使云計算的能效保護可以實現最優的效果，針對云計算構架下的能效保護方式所作分析具有一定的現實意義［1］。

1移動云計算的相關概述

移動云計算是一種資源豐富的移動型運算技術。利用移動云計算無限制的特點，可以完成流動性與儲存功能相互統一;并且多種云資源與網絡技術結合利用，可以讓彈性化的資源為人類的生產研究帶來更大便利［2］。從當前的云計算發展情況來看，該項技術可以通過因特網或以太網的網絡通信通道為移動設備提供服務;當移動設備處于異構的平臺或環境中時，主要通過付費手段來滿足服務使用的目的。具體操作見圖1。移動云計算所涉及的領域是多方面的，主要包括增強移動設備的處理能力與延長電池使用壽命;為低端移動用戶的需求提供服務;通過與移動用戶的連接完成云設施數據資源的共享使用;解決當下資源短缺受限或移動設備局限的問題;使用MCC提供多樣化的虛擬資源等多方面的內容。如何讓云計算參與的這些領域都能夠取得較好效果，做好關于移動云計算的能效保護極為必要。由于云計算中囊括了計算機基礎服務設施、移動設備、網絡技術的使用，所以要明顯降低關于能源能量的消耗份額，還需要將重心放在節約MCC的能源目標上［3］。

2移動云計算構架下的能效保護辦法

2.1在移動設備使用中進行能效保護

要從移動設備角度完成能效保護目標，首先要實現將計算工作由設備向“云端”遷移。在遷移過程中，必須優化其遷移決策機制，盡量把移動設備上的高耗能程序部分遷移到“云端”執行，最后將結果返回給移動設備的程序。具體策略流程如下:假設一個移動設備上有n個同步應用，應用程序集合為N={1，2，…，n}，并在云端同步運行。t表示離散時間段;Q(t)表示在時間t隊列Q存放的所有要傳送的數據量;φ(t)表示當前移動設備的4G無線網絡帶寬;設傳輸決策為r(t)∈Ω={“TransmitQ”，“Idle”};b(t)表示在時間段t云端和移動設備端傳輸的數據量;P(t)表示傳輸消耗能量;V表示控制傳輸能耗和隊列穩定性比例的一個可進行設定的值［4］。第一步，在時間段t開始時，監控云端隊列Q存放的需要傳輸到移動設備端的數據量Q(t)，并估計當前移動設備的4G無線網絡帶寬φ(t)。第二步，通過公式VP(t)－Q(t)b(t)來作出傳輸控制決策r(t)。第三步，如果r(t)=“TransmitQ”，則將云端隊列Q的數據傳輸到移動設備端;如果r(t)=“Idle”，則是為了使節省移動端的能量，移動設備處于空閑狀態。第四步，在時間段t快結束時，新產生的數據量Q(t)到達隊列，更新云端隊列Q的數據量Q(t+1)=max［Q(t)－b(t)，0］+Q(t)。由于4G無線網絡連接狀況和數據到達率具有隨機性，平均時間的消耗能量和隊列積壓的數據量都需要進行向下優化，當V值任意大時，平均時間能耗P就會無限接近P*;然而平均隊列積壓Q會隨著V值增大而線性增大。V值不斷增大，對于P*的影響在不斷減少并趨近于0，因此需要靈活地選取V值來作出能效傳輸決策，這樣既控制了平均隊列積壓的數據量，同時最小化了消耗的能量［5］。計算機可以解決許多難度高、運算數據大的計算問題，完成各項龐雜的計算工作;但是要使得移動設備的能效得以保護，則需要將計算任務納入到“云端”中。在遷移過程中，還需要確認并考慮好以太網路徑、協議/網絡通信、移動設備的節能領域等因素［6］。

2.2通信過程中的能效保護方法

通信中的能效保護，可以分為以下2個方面:1)對通過無線接口時所產生的效能保護。當前的移動設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，但是TCP與UDP等通信協議則不適用這些功能。多通路的計算方式可以使多種網絡路徑同時得到支持，并且讓多樣化的路徑可以統一到一個條件較好的鏈路上［7］。在OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，即正交頻分復用技術)系統中，第i個子信道第t時隙的傳輸速率與發送功率有如下關系:Ri，t=B×log2［1+min(P(i，t)，Pmax)×Gi，t］(1)式(1)中P(i，t)是在時隙t給第i個子信道分配的功率，Pmax為子載波最大發送功率限制，B為子信道帶寬，G(i，t)是第i個子信道在時隙t內的信道增益。當移動設備被分配得i個上傳子信道后，在T個時隙內上傳數據的發射能量優化模型可以由下式表達: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時隙內傳輸所有數據的要求，當L和T確定后，發送能量的最優化目標轉化為根據各子信道狀態選擇合適的傳輸速率使得總的發送能量最低［8］。2)基于無線通信所實現的能效保護。通常在人們使用移動設備對周圍的wifi接入口進行掃描時，設備會產生較大的能量消耗。為保護掃描與網絡連接的能效，移動設備周期性地進行掃描并將網絡信息(時間戳、作用范圍、位置信息等)予以存儲。當設備可以建立好日志文件時，也可以更加便利地執行好掃描搜索等任務［9］。

2.3云基礎設施的能效保護措施

云計算中云設施的保護主要是基礎設施的管理。云數據的服務中心內，每年基礎設施數量增長速度是十分驚人的。當這些服務器設備處在閑置狀態未參與到工作中時，加強設施的能源消耗管理顯得尤為重要。舉例來說，多級別的用戶在運用過程中需要將應用部署到基礎設施之上，所以保護這些部署在獨立宿主機虛擬機的能耗，從而保障虛擬機的監控以及應用實例的有效性，也應當成為管理工作的重要方向［10］。

3結語

通過對移動云計算中各種能效管理與調整方法的細致研究，不僅可以使得能效保護的樣本模式得到功能性改善，同時對于云計算整體效能的提升與改進也有極為重要的作用。因而，只有不斷做好計算服務的能效保護，才能促進云計算相關技術更為繁榮地發展。

參考文獻:

［1］宋杰，侯泓穎．云計算環境下改進的能效度量模型［J］．浙江大學學報:工學版，2013(1):44－52．

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

［3］魏亮．云計算安全風險及對策研究［J］．郵電設計技術，2011(10):19－22．

［4］韓珂．云計算仿真平臺的構建與改進［J］．計算機系統應用，2016(1):24－30．

［5］韓珂．云計算環境中能效評估方法［J］．計算機系統應用，2016(7):247－253．

［6］容會．基于能效優化的MapReduce異構云環境任務調度算法［J］．云南民族大學學報:自然科學版，2017，26(4):310－312．

［7］容會，段有艷，韋麗莉，等．異構云環境下能效感知的資源優化配置技術［J］．昆明冶金高等專科學報，2017，33(3):57－62．

［8］容會，鄒婭玲，殷洪杰，等．能效驅動的云計算環境QoS評估技術研究［J］．昆明冶金高等專科學報，2017，33(5):59－63．

作者：容會 錢雙艷 韓珂 王艷玲 王曉亮 單位：昆明冶金高等專科學校