移动互联网：原理、技术与应用 第3版 课件 CH7 移动云计算

移动云计算11课程大纲移动云计算概述移动云计算关键技术计算迁移技术基于移动云的位置服务移动节能终端技术数据中心网络

数据中心概述数据中心网络架构无线数据中心网络架构无线数据中心网路性能优化发展趋势与展望22课程大纲移动云计算概述移动云计算关键技术计算迁移技术基于移动云的位置服务移动节能终端技术数据中心网络

数据中心概述数据中心网络架构无线数据中心网络架构无线数据中心网路性能优化发展趋势与展望33移动云计算概述4移动云计算移动互联网

+云计算催生新的服务和应用模式移动云计算体系架构面向移动用户通过无线网络解决移动终端资源受限移动云计算体系架构移动云计算概述5移动云计算优势动态部署资源可扩展多用户共享移动云计算问题安全性网络延迟课程大纲移动云计算概述移动云计算关键技术计算迁移技术基于移动云的位置服务移动节能终端技术数据中心网络

数据中心概述数据中心网络架构无线数据中心网络架构无线数据中心网路性能优化发展趋势与展望66计算迁移技术计算迁移将移动终端的计算、存储等任务迁移到附近资源丰富的服务器执行，减少移动终端计算、存储和能量等资源的需求总体目标扩展CPU处理能力节约移动终端能耗减少服务延迟节约成本7计算迁移技术计算迁移过程代理发现环境感知任务划分任务调度执行控制8计算迁移步骤图计算迁移技术计算迁移方案基于进程、功能函数的细粒度迁移基于程序、VM的粗粒度迁移9移动云计算中的计算迁移方案细粒度计算迁移细粒度计算迁移对程序预先划分标注迁移计算密集型代码尽可能减少数据传输迁移方案静态划分动态划分10静态划分方案基于能耗（包括通信能量和计算能量）预测基于多种资源的利用情况基于集群式服务，支持将数据分发到网络上多个节点并行处理应用数据，以进一步提高计算迁移的执行效率，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动态划分方案为了克服静态划分方案无法适应环境动态变化的不足，动态划分方案可以根据连接状态的变化调整迁移划分区域12示例：动态迁移决策图a，b，c为程序输入，r为应用程序输出，应用程序运行过程中会经历X1，X2，X3和X4四个计算节点。默认X1和X2在移动终端执行，X3和X4在云端执行。根据策略设置，在网络带宽比较好的时候，系统可以把X2动态迁移至云端执行。细粒度计算迁移静态划分根据预先标注策略迁移需要预测、统计通信开销和计算时间动态划分根据系统负载、网络状态变化调整划分导致额外的划分决策消耗注意事项细粒度迁移导致额外的划分决策的消耗，划分算法的优劣直接影响了迁移效率，而且并不总是能获得最优解。13粗粒度计算迁移粗粒度计算迁移整个程序封装在VM中发送到云端减少细粒度迁移的划分、决策开销时间开销、资源开销较大14粗粒度计算迁移微云（Cloudlet）把微云定义为一种可信任的、资源丰富的计算设备或一群计算设备向附近的移动终端提供计算资源进一步细分为移动微云模式和固定微云模式15[1]SatyanarayananM,BahlP,CaceresR,etal.TheCaseforVm-basedCloudletsinMobileComputing[J].IEEEPervasiveComputing,2009Cloudlet架构计算迁移方案对比16系统框架操作平台决策目标粒度划分迁移支持管理模式Misco移动云节点代理延迟方法级静态程序级集中式MAU

云服务器代理/移动终端能耗方法级动态程序级集中式Thinkair

云服务器移动端延迟/能耗线程级动态系统级集中式Comet云服务器×延迟多线程动态系统级集中式Cogniserve云服务器×性能/能耗应用程序×程序级集中式Cyberforaging本地分布式代理延迟应用程序×系统级集中式Cloudle本地服务器×延迟应用程序×系统级分布式Cloneclou云服务器×性能/能耗VM动态系统级集中式VirtualizedExecutionEnvironment

云服务器××应用程序×系统级集中式基于移动云的位置服务基于GPS等传统定位技术穿透力弱、定位能耗大无法满足精确室内定位、用户动作识别需求移动云计算为解决以上问题提供重要技术支撑17基于移动云的位置服务移动云技术定位服务应用室内轨迹追踪与导航通过手机新越好强度，与加速、惯性等传感器数据融合，最终用户行动轨迹，回执建筑物内部平面图室内精确定位与动作识别利用三个WiFi访问点，执行三角测量算法进行跟踪定位海量位置信息管理位置服务系统依赖云平台进行用户位置轨迹数据存储、计算、索引等管理，从而减轻移动端的存储和计算负载18移动终端节能技术移动端电池容量成为用户体验瓶颈移动端能耗管理研究数据传输节能Cellular网络传输节能Wi-Fi网络传输节能Cellular与Wi-Fi切换节能定位服务节能基于移动端能耗优化基于云能耗优化19数据传输节能Cellular网络传输节能无线资源控制协议（RRC）完成数据传输后，移动端从高能耗状态转到中间能耗状态，即尾能耗状态（功率约为高能耗的50%）尾能耗状态结束后进入低能耗状态（功率约为该能耗状态的1%）数据传输工程中，过多尾能耗状态降低移动端能耗利用率针对尾能耗节能改变尾能耗时间阈值，减少跳至尾能耗状态次数通过传输调度，减少尾能耗20数据传输节能Wi-Fi网络传输节能Wi-Fi网络能耗源于CSMA中空闲监听状态下的能耗目前能耗优化通过睡眠调度算法减少空闲监听状态时间以达到节能目的Cellular与Wi-Fi切换节能Wi-Fi网络的有效传输速率大于Cellular网络切换节能目标是将负载从Cellular网络迁移至Wi-Fi网络21定位服务节能移动终端能耗优化方案基于时间和距离的追踪EnTracked动态预测方案EnTracked2轨迹追踪22EnTracked2策略图[1]LeonhardiA,RothermelK.AComparisonofProtocolsforUpdatingLocationInformation.SpringerClusterComputing,2001[2]KjærgaardM,LangdalJ,GodskT,ToftkjærT.Entracked:Energy-efficientRobustPositionTrackingforMobileDevices.Mobisys,2009[3]KjærgaardM,BhattacharyaS,BlunckH,NurmiP.Energy-efficientTrajectoryTrackingforMobileDevices.Mobisys,2011定位服务节能基于云的节能优化基于历史轨迹信息的定位节能用户位置和轨迹信息通常被收集并存储在云端。通过适当地利用云端的信息，用户可以以比较节能的方式获取位置信息基于计算迁移的定位节能将定位服务的信号解码和计算处理迁移至云端服务器基于共享信息的定位节能通过共享其他设备的位置信息来减少自身的定位开销23课程大纲移动云计算概述移动云计算关键技术计算迁移技术基于移动云的位置服务移动节能终端技术数据中心网络

数据中心概述数据中心网络架构无线数据中心网络架构无线数据中心网路性能优化发展趋势与展望2424数据中心概述云计算与移动云计算的基础设施服务器，数据中心网络数量和大小呈几何级数增长计算资源、存储资源、网络资源应用案例科学应用、医疗保健、电子商务、智能电网、…25数据中心概述数据中心网络数据中心的通信骨干可扩展性、容错能力、能源效率以及横截面带宽26数据中心网络数据中心网络架构无线数据中心网络架构无线数据中心网络性能优化以交换机为核心以服务器为核心混合数据中心网络无线数据中心网络无线信道分配无线链路调度多播传输优化数据冗余消除数据中心网络研究分类交换机为核心的拓扑方案Fat-tree是典型的基于树状拓扑的解决方案每台交换机配备4个端口接入交换机和汇聚交换机被划分为不同的网络基本单元块27Fat-tree拓扑结构[1]Al-Fares,Mohammad,AlexanderLoukissas,AminVahdat.AScalable,CommodityDataCenterNetworkArchitecture.SIGCOMM,

2008交换机为核心的拓扑方案Helios是两层的多根树结构所有服务器划分为集群每个集群中的服务器连

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

Helios拓扑结构服务器为核心的拓扑方案DCell是基于递归思想构建的拓扑由一个交换机连接若干

个服务器构成基础单元利用多个下层单元按照

完全图的方式进行连接29[1]Guo,C,Wu,H,Tan,K,Shi,L,Zhang,Y,Lu,S.Dcell:aScalableandFault-tolerantNetworkStructureforDataCenters.SIGCOMM,2008DCell

拓扑结构服务器为核心的拓扑方案BCube是另一种基于递归思想构建的拓扑结构以一个交换机与若干服务器连接构成基础单元通过额外的交换机汇聚多个低级单元的服务器30BCube拓扑结构[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无线数据中心网络架构新型无线技术为数据中心发展提供了新的机会合理地将每个机架考虑成一个无线数据单元射频设备被部署在服务器机架顶端31混合数据中心网络结构有线/无线混合数据中心网络3D波束成型结构缓解无线信号干扰将信号在天花板上反弹并用这种方式和接收器通信32[1]Zhou,X,Zhang,Z,Zhu,Y,Li,Y,Kumar,S,Vahdat,A,Zhao,BYandZheng,H.Mirrormirrorontheceiling:flexiblewirelesslinksfordatacenters.SIGCOMM,20123D波束成型通信示意图有线/无线混合数据中心网络Diamond:混合数据中心网络结构每台服务器配备无线信号收发装置所有服务器间的链路均为无线链路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完全无线数据中心网络Cayley:完全无线的数据中心网络在棱柱容器中存储服务器的圆柱形机架34Cayley数据中心网络结构[1]Shin,JY,Sirer,EG,Weatherspoon,H,Kirovski,D.OntheFeasibilityofCompletelyWirelessDatacenters.TON,2013无线数据中心网络性能优化无线数据中心网络信道分配无线数据中心网络链路调度无线数据中心网络多播最优化无线数据中心网络的冗余消除35无线数据中心网络的信道分配无线传输的中心调度机制采用在中心控制器接受信息在新热点被发现时触发调度调度过程基于流量信息建立无线传输的图在无线传输的图上进行信道分配36[1]Cui,Y,Wang,H,Cheng,X,Li,D,Ylä-Jääski,A.DynamicSchedulingforWirelessDataCenterNetworks[J].TPDS,2013无线数据中心网络的链路调度数据中心网络的无线链路调度流量分布、网络拓扑、无线干扰整合基于以太网的