移動互聯(lián)網：原理、技術與應用 第3版 課件 CH7 移動云計算

移動云計算11課程大綱移動云計算概述移動云計算關鍵技術計算遷移技術基于移動云的位置服務移動節(jié)能終端技術數據中心網絡

數據中心概述數據中心網絡架構無線數據中心網絡架構無線數據中心網路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢與展望22課程大綱移動云計算概述移動云計算關鍵技術計算遷移技術基于移動云的位置服務移動節(jié)能終端技術數據中心網絡

數據中心概述數據中心網絡架構無線數據中心網絡架構無線數據中心網路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢與展望33移動云計算概述4移動云計算移動互聯(lián)網

+云計算催生新的服務和應用模式移動云計算體系架構面向移動用戶通過無線網絡解決移動終端資源受限移動云計算體系架構移動云計算概述5移動云計算優(yōu)勢動態(tài)部署資源可擴展多用戶共享移動云計算問題安全性網絡延遲課程大綱移動云計算概述移動云計算關鍵技術計算遷移技術基于移動云的位置服務移動節(jié)能終端技術數據中心網絡

數據中心概述數據中心網絡架構無線數據中心網絡架構無線數據中心網路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢與展望66計算遷移技術計算遷移將移動終端的計算、存儲等任務遷移到附近資源豐富的服務器執(zhí)行，減少移動終端計算、存儲和能量等資源的需求總體目標擴展CPU處理能力節(jié)約移動終端能耗減少服務延遲節(jié)約成本7計算遷移技術計算遷移過程代理發(fā)現環(huán)境感知任務劃分任務調度執(zhí)行控制8計算遷移步驟圖計算遷移技術計算遷移方案基于進程、功能函數的細粒度遷移基于程序、VM的粗粒度遷移9移動云計算中的計算遷移方案細粒度計算遷移細粒度計算遷移對程序預先劃分標注遷移計算密集型代碼盡可能減少數據傳輸遷移方案靜態(tài)劃分動態(tài)劃分10靜態(tài)劃分方案基于能耗（包括通信能量和計算能量）預測基于多種資源的利用情況基于集群式服務，支持將數據分發(fā)到網絡上多個節(jié)點并行處理應用數據，以進一步提高計算遷移的執(zhí)行效率，例如Misco。

11[1]ZLi,CWang,RXu.ComputationOffloadingtoSaveEnergyonHandheldDevices:aPartitionScheme[C].CASES,2001[2]KYang,SOu,HChen.OnEffectiveOffloadingServicesforResource-constrainedMobileDevicesRunningHeavierMobileInternetApplications.IEEECommunicationsMagazine,2001[3]ADou,VKalogeraki,DGunopulos,TMielikainen,VTuulos.Misco:aMapreduceFrameworkforMobileSystems[C].PETRA,2010動態(tài)劃分方案為了克服靜態(tài)劃分方案無法適應環(huán)境動態(tài)變化的不足，動態(tài)劃分方案可以根據連接狀態(tài)的變化調整遷移劃分區(qū)域12示例：動態(tài)遷移決策圖a，b，c為程序輸入，r為應用程序輸出，應用程序運行過程中會經歷X1，X2，X3和X4四個計算節(jié)點。默認X1和X2在移動終端執(zhí)行，X3和X4在云端執(zhí)行。根據策略設置，在網絡帶寬比較好的時候，系統(tǒng)可以把X2動態(tài)遷移至云端執(zhí)行。細粒度計算遷移靜態(tài)劃分根據預先標注策略遷移需要預測、統(tǒng)計通信開銷和計算時間動態(tài)劃分根據系統(tǒng)負載、網絡狀態(tài)變化調整劃分導致額外的劃分決策消耗注意事項細粒度遷移導致額外的劃分決策的消耗，劃分算法的優(yōu)劣直接影響了遷移效率，而且并不總是能獲得最優(yōu)解。13粗粒度計算遷移粗粒度計算遷移整個程序封裝在VM中發(fā)送到云端減少細粒度遷移的劃分、決策開銷時間開銷、資源開銷較大14粗粒度計算遷移微云（Cloudlet）把微云定義為一種可信任的、資源豐富的計算設備或一群計算設備向附近的移動終端提供計算資源進一步細分為移動微云模式和固定微云模式15[1]SatyanarayananM,BahlP,CaceresR,etal.TheCaseforVm-basedCloudletsinMobileComputing[J].IEEEPervasiveComputing,2009Cloudlet架構計算遷移方案對比16系統(tǒng)框架操作平臺決策目標粒度劃分遷移支持管理模式Misco移動云節(jié)點代理延遲方法級靜態(tài)程序級集中式MAU

云服務器代理/移動終端能耗方法級動態(tài)程序級集中式Thinkair

云服務器移動端延遲/能耗線程級動態(tài)系統(tǒng)級集中式Comet云服務器×延遲多線程動態(tài)系統(tǒng)級集中式Cogniserve云服務器×性能/能耗應用程序×程序級集中式Cyberforaging本地分布式代理延遲應用程序×系統(tǒng)級集中式Cloudle本地服務器×延遲應用程序×系統(tǒng)級分布式Cloneclou云服務器×性能/能耗VM動態(tài)系統(tǒng)級集中式VirtualizedExecutionEnvironment

云服務器××應用程序×系統(tǒng)級集中式基于移動云的位置服務基于GPS等傳統(tǒng)定位技術穿透力弱、定位能耗大無法滿足精確室內定位、用戶動作識別需求移動云計算為解決以上問題提供重要技術支撐17基于移動云的位置服務移動云技術定位服務應用室內軌跡追蹤與導航通過手機新越好強度，與加速、慣性等傳感器數據融合，最終用戶行動軌跡，回執(zhí)建筑物內部平面圖室內精確定位與動作識別利用三個WiFi訪問點，執(zhí)行三角測量算法進行跟蹤定位海量位置信息管理位置服務系統(tǒng)依賴云平臺進行用戶位置軌跡數據存儲、計算、索引等管理，從而減輕移動端的存儲和計算負載18移動終端節(jié)能技術移動端電池容量成為用戶體驗瓶頸移動端能耗管理研究數據傳輸節(jié)能Cellular網絡傳輸節(jié)能Wi-Fi網絡傳輸節(jié)能Cellular與Wi-Fi切換節(jié)能定位服務節(jié)能基于移動端能耗優(yōu)化基于云能耗優(yōu)化19數據傳輸節(jié)能Cellular網絡傳輸節(jié)能無線資源控制協(xié)議（RRC）完成數據傳輸后，移動端從高能耗狀態(tài)轉到中間能耗狀態(tài)，即尾能耗狀態(tài)（功率約為高能耗的50%）尾能耗狀態(tài)結束后進入低能耗狀態(tài)（功率約為該能耗狀態(tài)的1%）數據傳輸工程中，過多尾能耗狀態(tài)降低移動端能耗利用率針對尾能耗節(jié)能改變尾能耗時間閾值，減少跳至尾能耗狀態(tài)次數通過傳輸調度，減少尾能耗20數據傳輸節(jié)能Wi-Fi網絡傳輸節(jié)能Wi-Fi網絡能耗源于CSMA中空閑監(jiān)聽狀態(tài)下的能耗目前能耗優(yōu)化通過睡眠調度算法減少空閑監(jiān)聽狀態(tài)時間以達到節(jié)能目的Cellular與Wi-Fi切換節(jié)能Wi-Fi網絡的有效傳輸速率大于Cellular網絡切換節(jié)能目標是將負載從Cellular網絡遷移至Wi-Fi網絡21定位服務節(jié)能移動終端能耗優(yōu)化方案基于時間和距離的追蹤EnTracked動態(tài)預測方案EnTracked2軌跡追蹤22EnTracked2策略圖[1]LeonhardiA,RothermelK.AComparisonofProtocolsforUpdatingLocationInformation.SpringerClusterComputing,2001[2]Kj?rgaardM,LangdalJ,GodskT,Toftkj?rT.Entracked:Energy-efficientRobustPositionTrackingforMobileDevices.Mobisys,2009[3]Kj?rgaardM,BhattacharyaS,BlunckH,NurmiP.Energy-efficientTrajectoryTrackingforMobileDevices.Mobisys,2011定位服務節(jié)能基于云的節(jié)能優(yōu)化基于歷史軌跡信息的定位節(jié)能用戶位置和軌跡信息通常被收集并存儲在云端。通過適當地利用云端的信息，用戶可以以比較節(jié)能的方式獲取位置信息基于計算遷移的定位節(jié)能將定位服務的信號解碼和計算處理遷移至云端服務器基于共享信息的定位節(jié)能通過共享其他設備的位置信息來減少自身的定位開銷23課程大綱移動云計算概述移動云計算關鍵技術計算遷移技術基于移動云的位置服務移動節(jié)能終端技術數據中心網絡

數據中心概述數據中心網絡架構無線數據中心網絡架構無線數據中心網路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢與展望2424數據中心概述云計算與移動云計算的基礎設施服務器，數據中心網絡數量和大小呈幾何級數增長計算資源、存儲資源、網絡資源應用案例科學應用、醫(yī)療保健、電子商務、智能電網、…25數據中心概述數據中心網絡數據中心的通信骨干可擴展性、容錯能力、能源效率以及橫截面帶寬26數據中心網絡數據中心網絡架構無線數據中心網絡架構無線數據中心網絡性能優(yōu)化以交換機為核心以服務器為核心混合數據中心網絡無線數據中心網絡無線信道分配無線鏈路調度多播傳輸優(yōu)化數據冗余消除數據中心網絡研究分類交換機為核心的拓撲方案Fat-tree是典型的基于樹狀拓撲的解決方案每臺交換機配備4個端口接入交換機和匯聚交換機被劃分為不同的網絡基本單元塊27Fat-tree拓撲結構[1]Al-Fares,Mohammad,AlexanderLoukissas,AminVahdat.AScalable,CommodityDataCenterNetworkArchitecture.SIGCOMM,

2008交換機為核心的拓撲方案Helios是兩層的多根樹結構所有服務器劃分為集群每個集群中的服務器連

接到接入交換機28[1]Farrington,N,Porter,G,Radhakrishnan,S,Bazzaz,HH,Subramanya,V,Fainman,Y,Papen,G,Vahdat,A.Helios:aHybridElectrical/OpticalSwitchArchitectureforModularDataCenters.SIGCOMM,2010

Helios拓撲結構服務器為核心的拓撲方案DCell是基于遞歸思想構建的拓撲由一個交換機連接若干

個服務器構成基礎單元利用多個下層單元按照

完全圖的方式進行連接29[1]Guo,C,Wu,H,Tan,K,Shi,L,Zhang,Y,Lu,S.Dcell:aScalableandFault-tolerantNetworkStructureforDataCenters.SIGCOMM,2008DCell

拓撲結構服務器為核心的拓撲方案BCube是另一種基于遞歸思想構建的拓撲結構以一個交換機與若干服務器連接構成基礎單元通過額外的交換機匯聚多個低級單元的服務器30BCube拓撲結構[1]Guo,C,Lu,G,Li,D,Wu,H,Zhang,X,Shi,Y,Tian,C,Zhang,Y,Lu,S.BCube:aHighPerformance,Server-centricNetworkArchitectureforModularDataCenters.SIGCOMM,2009無線數據中心網絡架構新型無線技術為數據中心發(fā)展提供了新的機會合理地將每個機架考慮成一個無線數據單元射頻設備被部署在服務器機架頂端31混合數據中心網絡結構有線/無線混合數據中心網絡3D波束成型結構緩解無線信號干擾將信號在天花板上反彈并用這種方式和接收器通信32[1]Zhou,X,Zhang,Z,Zhu,Y,Li,Y,Kumar,S,Vahdat,A,Zhao,BYandZheng,H.Mirrormirrorontheceiling:flexiblewirelesslinksfordatacenters.SIGCOMM,20123D波束成型通信示意圖有線/無線混合數據中心網絡Diamond:混合數據中心網絡結構每臺服務器配備無線信號收發(fā)裝置所有服務器間的鏈路均為無線鏈路33Diamond反射通信[1]Cui,Y,Xiao,S,Wang,X,Yang,Z,Zhu,C,Li,X,Yang,L,Ge,N.Diamond:nestingthedatacenternetworkwithwirelessringsin3Dspace.NSDI,2016完全無線數據中心網絡Cayley:完全無線的數據中心網絡在棱柱容器中存儲服務器的圓柱形機架34Cayley數據中心網絡結構[1]Shin,JY,Sirer,EG,Weatherspoon,H,Kirovski,D.OntheFeasibilityofCompletelyWirelessDatacenters.TON,2013無線數據中心網絡性能優(yōu)化無線數據中心網絡信道分配無線數據中心網絡鏈路調度無線數據中心網絡多播最優(yōu)化無線數據中心網絡的冗余消除35無線數據中心網絡的信道分配無線傳輸的中心調度機制采用在中心控制器接受信息在新熱點被發(fā)現時觸發(fā)調度調度過程基于流量信息建立無線傳輸的圖在無線傳輸的圖上進行信道分配36[1]Cui,Y,Wang,H,Cheng,X,Li,D,Yl?-J??ski,A.DynamicSchedulingforWirelessDataCenterNetworks[J].TPDS,2013無線數據中心網絡的鏈路調度數據中心網絡的無線鏈路調度流量分布、網絡拓撲、無線干擾整合基于以太網的