移動云計算11課程大綱移動云計算概述移動云計算關(guān)鍵技術(shù)計算遷移技術(shù)基于移動云的位置服務(wù)移動節(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)展趨勢與展望22課程大綱移動云計算概述移動云計算關(guān)鍵技術(shù)計算遷移技術(shù)基于移動云的位置服務(wù)移動節(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)展趨勢與展望33移動云計算概述4移動云計算移動互聯(lián)網(wǎng)

+云計算催生新的服務(wù)和應(yīng)用模式移動云計算體系架構(gòu)面向移動用戶通過無線網(wǎng)絡(luò)解決移動終端資源受限移動云計算體系架構(gòu)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(kuò)展多用戶共享移動云計算問題安全性網(wǎng)絡(luò)延遲課程大綱移動云計算概述移動云計算關(guān)鍵技術(shù)計算遷移技術(shù)基于移動云的位置服務(wù)移動節(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)展趨勢與展望66計算遷移技術(shù)計算遷移將移動終端的計算、存儲等任務(wù)遷移到附近資源豐富的服務(wù)器執(zhí)行，減少移動終端計算、存儲和能量等資源的需求總體目標(biāo)擴(kuò)展CPU處理能力節(jié)約移動終端能耗減少服務(wù)延遲節(jié)約成本7計算遷移技術(shù)計算遷移過程代理發(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計算遷移步驟圖計算遷移技術(shù)計算遷移方案基于進(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移動云計算中的計算遷移方案細(xì)粒度計算遷移細(xì)粒度計算遷移對程序預(yù)先劃分標(biāo)注遷移計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(yù)測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)上多個節(jié)點并行處理應(yīng)用數(shù)據(jù)，以進(jìn)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(yīng)環(huán)境動態(tài)變化的不足，動態(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)用程序運行過程中會經(jīng)歷X1，X2，X3和X4四個計算節(jié)點。默認(rèn)X1和X2在移動終端執(zhí)行，X3和X4在云端執(zhí)行。根據(jù)策略設(shè)置，在網(wǎng)絡(luò)帶寬比較好的時候，系統(tǒng)可以把X2動態(tài)遷移至云端執(zhí)行。細(xì)粒度計算遷移靜態(tài)劃分根據(jù)預(yù)先標(biāo)注策略遷移需要預(yù)測、統(tǒng)計通信開銷和計算時間動態(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(xì)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(shè)備或一群計算設(shè)備向附近的移動終端提供計算資源進(jìn)一步細(xì)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(gòu)計算遷移方案對比16系統(tǒng)框架操作平臺決策目標(biāo)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(wù)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(wù)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(wù)器×延遲多線程動態(tài)系統(tǒng)級集中式Cogniserve云服務(wù)器×性能/能耗應(yīng)用程序×程序級集中式Cyberforaging本地分布式代理延遲應(yīng)用程序×系統(tǒng)級集中式Cloudle本地服務(wù)器×延遲應(yīng)用程序×系統(tǒng)級分布式Cloneclou云服務(wù)器×性能/能耗VM動態(tài)系統(tǒng)級集中式VirtualizedExecutionEnvironment

云服務(wù)器××應(yīng)用程序×系統(tǒng)級集中式基于移動云的位置服務(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、用戶動作識別需求移動云計算為解決以上問題提供重要技術(shù)支撐17基于移動云的位置服務(wù)移動云技術(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，最終用戶行動軌跡，回執(zhí)建筑物內(nèi)部平面圖室內(nèi)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(jìn)行跟蹤定位海量位置信息管理位置服務(wù)系統(tǒng)依賴云平臺進(jìn)行用戶位置軌跡數(shù)據(jù)存儲、計算、索引等管理，從而減輕移動端的存儲和計算負(fù)載18移動終端節(jié)能技術(shù)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(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(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)能移動終端能耗優(yōu)化方案基于時間和距離的追蹤EnTracked動態(tài)預(yù)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(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算遷移的定位節(jié)能將定位服務(wù)的信號解碼和計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課程大綱移動云計算概述移動云計算關(guān)鍵技術(shù)計算遷移技術(shù)基于移動云的位置服務(wù)移動節(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)展趨勢與展望2424數(shù)據(jù)中心概述云計算與移動云計算的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和大小呈幾何級數(shù)增長計算資源、存儲資源、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方案每臺交換機(jī)配備4個端口接入交換機(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€交換機(jī)連接若干

個服務(wù)器構(gòu)成基礎(chǔ)單元利用多個下層單元按照

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)匯聚多個低級單元的服務(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)會合理地將每個機(jī)架考慮成一個無線數(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(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)每臺服務(wù)器配備無線信號收發(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被發(fā)現(xiàn)時觸發(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