移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)：原理、技術(shù)與應(yīng)用 第3版 課件 CH7 移動(dòng)云計(jì)算

移動(dòng)云計(jì)算11課程大綱移動(dòng)云計(jì)算概述移動(dòng)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算遷移技術(shù)基于移動(dòng)云的位置服務(wù)移動(dòng)節(jié)能終端技術(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心概述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢(shì)與展望22課程大綱移動(dòng)云計(jì)算概述移動(dòng)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算遷移技術(shù)基于移動(dòng)云的位置服務(wù)移動(dòng)節(jié)能終端技術(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心概述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢(shì)與展望33移動(dòng)云計(jì)算概述4移動(dòng)云計(jì)算移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

+云計(jì)算催生新的服務(wù)和應(yīng)用模式移動(dòng)云計(jì)算體系架構(gòu)面向移動(dòng)用戶通過無線網(wǎng)絡(luò)解決移動(dòng)終端資源受限移動(dòng)云計(jì)算體系架構(gòu)移動(dòng)云計(jì)算概述5移動(dòng)云計(jì)算優(yōu)勢(shì)動(dòng)態(tài)部署資源可擴(kuò)展多用戶共享移動(dòng)云計(jì)算問題安全性網(wǎng)絡(luò)延遲課程大綱移動(dòng)云計(jì)算概述移動(dòng)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算遷移技術(shù)基于移動(dòng)云的位置服務(wù)移動(dòng)節(jié)能終端技術(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心概述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢(shì)與展望66計(jì)算遷移技術(shù)計(jì)算遷移將移動(dòng)終端的計(jì)算、存儲(chǔ)等任務(wù)遷移到附近資源豐富的服務(wù)器執(zhí)行，減少移動(dòng)終端計(jì)算、存儲(chǔ)和能量等資源的需求總體目標(biāo)擴(kuò)展CPU處理能力節(jié)約移動(dòng)終端能耗減少服務(wù)延遲節(jié)約成本7計(jì)算遷移技術(shù)計(jì)算遷移過程代理發(fā)現(xiàn)環(huán)境感知任務(wù)劃分任務(wù)調(diào)度執(zhí)行控制8計(jì)算遷移步驟圖計(jì)算遷移技術(shù)計(jì)算遷移方案基于進(jìn)程、功能函數(shù)的細(xì)粒度遷移基于程序、VM的粗粒度遷移9移動(dòng)云計(jì)算中的計(jì)算遷移方案細(xì)粒度計(jì)算遷移細(xì)粒度計(jì)算遷移對(duì)程序預(yù)先劃分標(biāo)注遷移計(jì)算密集型代碼盡可能減少數(shù)據(jù)傳輸遷移方案靜態(tài)劃分動(dòng)態(tài)劃分10靜態(tài)劃分方案基于能耗（包括通信能量和計(jì)算能量）預(yù)測(cè)基于多種資源的利用情況基于集群式服務(wù)，支持將數(shù)據(jù)分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)節(jié)點(diǎn)并行處理應(yīng)用數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步提高計(jì)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(dòng)態(tài)劃分方案為了克服靜態(tài)劃分方案無法適應(yīng)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的不足，動(dòng)態(tài)劃分方案可以根據(jù)連接狀態(tài)的變化調(diào)整遷移劃分區(qū)域12示例：動(dòng)態(tài)遷移決策圖a，b，c為程序輸入，r為應(yīng)用程序輸出，應(yīng)用程序運(yùn)行過程中會(huì)經(jīng)歷X1，X2，X3和X4四個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。默認(rèn)X1和X2在移動(dòng)終端執(zhí)行，X3和X4在云端執(zhí)行。根據(jù)策略設(shè)置，在網(wǎng)絡(luò)帶寬比較好的時(shí)候，系統(tǒng)可以把X2動(dòng)態(tài)遷移至云端執(zhí)行。細(xì)粒度計(jì)算遷移靜態(tài)劃分根據(jù)預(yù)先標(biāo)注策略遷移需要預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)通信開銷和計(jì)算時(shí)間動(dòng)態(tài)劃分根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化調(diào)整劃分導(dǎo)致額外的劃分決策消耗注意事項(xiàng)細(xì)粒度遷移導(dǎo)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(jì)算遷移粗粒度計(jì)算遷移整個(gè)程序封裝在VM中發(fā)送到云端減少細(xì)粒度遷移的劃分、決策開銷時(shí)間開銷、資源開銷較大14粗粒度計(jì)算遷移微云（Cloudlet）把微云定義為一種可信任的、資源豐富的計(jì)算設(shè)備或一群計(jì)算設(shè)備向附近的移動(dòng)終端提供計(jì)算資源進(jìn)一步細(xì)分為移動(dòng)微云模式和固定微云模式15[1]SatyanarayananM,BahlP,CaceresR,etal.TheCaseforVm-basedCloudletsinMobileComputing[J].IEEEPervasiveComputing,2009Cloudlet架構(gòu)計(jì)算遷移方案對(duì)比16系統(tǒng)框架操作平臺(tái)決策目標(biāo)粒度劃分遷移支持管理模式Misco移動(dòng)云節(jié)點(diǎn)代理延遲方法級(jí)靜態(tài)程序級(jí)集中式MAU

云服務(wù)器代理/移動(dòng)終端能耗方法級(jí)動(dòng)態(tài)程序級(jí)集中式Thinkair

云服務(wù)器移動(dòng)端延遲/能耗線程級(jí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)級(jí)集中式Comet云服務(wù)器×延遲多線程動(dòng)態(tài)系統(tǒng)級(jí)集中式Cogniserve云服務(wù)器×性能/能耗應(yīng)用程序×程序級(jí)集中式Cyberforaging本地分布式代理延遲應(yīng)用程序×系統(tǒng)級(jí)集中式Cloudle本地服務(wù)器×延遲應(yīng)用程序×系統(tǒng)級(jí)分布式Cloneclou云服務(wù)器×性能/能耗VM動(dòng)態(tài)系統(tǒng)級(jí)集中式VirtualizedExecutionEnvironment

云服務(wù)器××應(yīng)用程序×系統(tǒng)級(jí)集中式基于移動(dòng)云的位置服務(wù)基于GPS等傳統(tǒng)定位技術(shù)穿透力弱、定位能耗大無法滿足精確室內(nèi)定位、用戶動(dòng)作識(shí)別需求移動(dòng)云計(jì)算為解決以上問題提供重要技術(shù)支撐17基于移動(dòng)云的位置服務(wù)移動(dòng)云技術(shù)定位服務(wù)應(yīng)用室內(nèi)軌跡追蹤與導(dǎo)航通過手機(jī)新越好強(qiáng)度，與加速、慣性等傳感器數(shù)據(jù)融合，最終用戶行動(dòng)軌跡，回執(zhí)建筑物內(nèi)部平面圖室內(nèi)精確定位與動(dòng)作識(shí)別利用三個(gè)WiFi訪問點(diǎn)，執(zhí)行三角測(cè)量算法進(jìn)行跟蹤定位海量位置信息管理位置服務(wù)系統(tǒng)依賴云平臺(tái)進(jìn)行用戶位置軌跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、索引等管理，從而減輕移動(dòng)端的存儲(chǔ)和計(jì)算負(fù)載18移動(dòng)終端節(jié)能技術(shù)移動(dòng)端電池容量成為用戶體驗(yàn)瓶頸移動(dòng)端能耗管理研究數(shù)據(jù)傳輸節(jié)能Cellular網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)能Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)能Cellular與Wi-Fi切換節(jié)能定位服務(wù)節(jié)能基于移動(dòng)端能耗優(yōu)化基于云能耗優(yōu)化19數(shù)據(jù)傳輸節(jié)能Cellular網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)能無線資源控制協(xié)議（RRC）完成數(shù)據(jù)傳輸后，移動(dòng)端從高能耗狀態(tài)轉(zhuǎn)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(jié)束后進(jìn)入低能耗狀態(tài)（功率約為該能耗狀態(tài)的1%）數(shù)據(jù)傳輸工程中，過多尾能耗狀態(tài)降低移動(dòng)端能耗利用率針對(duì)尾能耗節(jié)能改變尾能耗時(shí)間閾值，減少跳至尾能耗狀態(tài)次數(shù)通過傳輸調(diào)度，減少尾能耗20數(shù)據(jù)傳輸節(jié)能Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)能Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)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(diào)度算法減少空閑監(jiān)聽狀態(tài)時(shí)間以達(dá)到節(jié)能目的Cellular與Wi-Fi切換節(jié)能Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的有效傳輸速率大于Cellular網(wǎng)絡(luò)切換節(jié)能目標(biāo)是將負(fù)載從Cellular網(wǎng)絡(luò)遷移至Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)21定位服務(wù)節(jié)能移動(dòng)終端能耗優(yōu)化方案基于時(shí)間和距離的追蹤EnTracked動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)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(wù)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(chǔ)在云端。通過適當(dāng)?shù)乩迷贫说男畔?，用戶可以以比較節(jié)能的方式獲取位置信息基于計(jì)算遷移的定位節(jié)能將定位服務(wù)的信號(hào)解碼和計(jì)算處理遷移至云端服務(wù)器基于共享信息的定位節(jié)能通過共享其他設(shè)備的位置信息來減少自身的定位開銷23課程大綱移動(dòng)云計(jì)算概述移動(dòng)云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算遷移技術(shù)基于移動(dòng)云的位置服務(wù)移動(dòng)節(jié)能終端技術(shù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心概述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)路性能優(yōu)化發(fā)展趨勢(shì)與展望2424數(shù)據(jù)中心概述云計(jì)算與移動(dòng)云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和大小呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)用案例科學(xué)應(yīng)用、醫(yī)療保健、電子商務(wù)、智能電網(wǎng)、…25數(shù)據(jù)中心概述數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的通信骨干可擴(kuò)展性、容錯(cuò)能力、能源效率以及橫截面帶寬26數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化以交換機(jī)為核心以服務(wù)器為核心混合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)無線信道分配無線鏈路調(diào)度多播傳輸優(yōu)化數(shù)據(jù)冗余消除數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)研究分類交換機(jī)為核心的拓?fù)浞桨窮at-tree是典型的基于樹狀拓?fù)涞慕鉀Q方案每臺(tái)交換機(jī)配備4個(gè)端口接入交換機(jī)和匯聚交換機(jī)被劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)基本單元塊27Fat-tree拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]Al-Fares,Mohammad,AlexanderLoukissas,AminVahdat.AScalable,CommodityDataCenterNetworkArchitecture.SIGCOMM,

2008交換機(jī)為核心的拓?fù)浞桨窰elios是兩層的多根樹結(jié)構(gòu)所有服務(wù)器劃分為集群每個(gè)集群中的服務(wù)器連

接到接入交換機(jī)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)服務(wù)器為核心的拓?fù)浞桨窪Cell是基于遞歸思想構(gòu)建的拓?fù)溆梢粋€(gè)交換機(jī)連接若干

個(gè)服務(wù)器構(gòu)成基礎(chǔ)單元利用多個(gè)下層單元按照

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

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)服務(wù)器為核心的拓?fù)浞桨窧Cube是另一種基于遞歸思想構(gòu)建的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以一個(gè)交換機(jī)與若干服務(wù)器連接構(gòu)成基礎(chǔ)單元通過額外的交換機(jī)匯聚多個(gè)低級(jí)單元的服務(wù)器30BCube拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[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(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新型無線技術(shù)為數(shù)據(jù)中心發(fā)展提供了新的機(jī)會(huì)合理地將每個(gè)機(jī)架考慮成一個(gè)無線數(shù)據(jù)單元射頻設(shè)備被部署在服務(wù)器機(jī)架頂端31混合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有線/無線混合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)3D波束成型結(jié)構(gòu)緩解無線信號(hào)干擾將信號(hào)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(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)Diamond:混合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)每臺(tái)服務(wù)器配備無線信號(hào)收發(fā)裝置所有服務(wù)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(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)Cayley:完全無線的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)在棱柱容器中存儲(chǔ)服務(wù)器的圓柱形機(jī)架34Cayley數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]Shin,JY,Sirer,EG,Weatherspoon,H,Kirovski,D.OntheFeasibilityofCompletelyWirelessDatacenters.TON,2013無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)信道分配無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)鏈路調(diào)度無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)多播最優(yōu)化無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的冗余消除35無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的信道分配無線傳輸?shù)闹行恼{(diào)度機(jī)制采用在中心控制器接受信息在新熱點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)時(shí)觸發(fā)調(diào)度調(diào)度過程基于流量信息建立無線傳輸?shù)膱D在無線傳輸?shù)膱D上進(jìn)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(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的鏈路調(diào)度數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的無線鏈路調(diào)度流量分布、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、無線干擾整合基于以太網(wǎng)的