閻海玲

（西安財(cái)經(jīng)大學(xué)行知學(xué)院，陜西西安 710038）

隨著科技的迅速發(fā)展，我國已成為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大國，互聯(lián)網(wǎng)幾乎普遍于全國各地，雖然給人們的生產(chǎn)生活帶來一定便捷，但同時(shí)也存在一定弊端，比如移動(dòng)云端運(yùn)行的同時(shí)會(huì)附帶許多數(shù)據(jù)垃圾，若得不到良好的處理，則會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。而移動(dòng)終端云計(jì)算遷移技術(shù)的開發(fā)成功將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至云服務(wù)器中，達(dá)到了降低終端能耗的目的。

1 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際生活中的應(yīng)用

近年來，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際生活中的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要包括文體活動(dòng)、地理定位、數(shù)據(jù)卸載以及智能交通等。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在定位系統(tǒng)中也起到很大作用，通過地理定位使人們可以在短時(shí)間內(nèi)迅速找到自己需要的信息，為人們提供了便利。隨著科技的進(jìn)步，我國移動(dòng)網(wǎng)民的數(shù)量直線上升，使人們的信息可以達(dá)到共享狀態(tài)，信息多了會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備擁堵的情況，此時(shí)數(shù)據(jù)的卸載至關(guān)重要。另外，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在智能交通中也發(fā)揮著重要作用，緩解了交通堵塞的情況，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝吮憬輻l件[1-2]。

2 移動(dòng)終端云計(jì)算遷移技術(shù)的系統(tǒng)模型

云計(jì)算遷移技術(shù)主要將系統(tǒng)分為兩部分，分別是移動(dòng)終端和云環(huán)境，其中移動(dòng)終端主要負(fù)責(zé)將運(yùn)算信息遷移至云端服務(wù)器中。該部分由計(jì)算組件分解、計(jì)算組件能耗評估、無線信道評估、移動(dòng)決策（算法）以及M（本地執(zhí)行的計(jì)算）和C（遷移到云端的計(jì)算）5 部分組成。其主要運(yùn)作流程：在移動(dòng)終端部分輸入終端應(yīng)用程序代碼，由計(jì)算組件分解對代碼進(jìn)行靜態(tài)分析，將應(yīng)用程序代碼分解為可以進(jìn)行計(jì)算的組件，再由計(jì)算組件能耗評估部分根據(jù)無線信道評估所評估的信息計(jì)算出該過程所需要的計(jì)算資源狀況，移動(dòng)決策（算法）將根據(jù)得到的結(jié)果進(jìn)行云計(jì)算，再?zèng)Q定是否對從計(jì)算組件分解模塊得到的計(jì)算組件進(jìn)行分解，最后由M（本地執(zhí)行的計(jì)算）和C（遷移到云端的計(jì)算）將結(jié)果合成并輸出[3-4]。云計(jì)算遷移模型如圖1 所示。

圖1 云計(jì)算遷移模型

3 云端數(shù)據(jù)訪問與儲存

云端數(shù)據(jù)存儲是云計(jì)算系統(tǒng)的核心部分，主要負(fù)責(zé)將云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過存儲設(shè)備進(jìn)行存儲與管理，對重要的信息進(jìn)行加密，避免信息泄露[5-6]。

3.1 數(shù)據(jù)存儲技術(shù)

系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)存儲技術(shù)將大大減少服務(wù)器的應(yīng)用數(shù)量，服務(wù)器數(shù)量的減少可以在系統(tǒng)的建設(shè)方面降低成本，將節(jié)約的資金用在更重要的地方。為保證系統(tǒng)高效且穩(wěn)定的運(yùn)行，應(yīng)減少數(shù)據(jù)的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，以更好地提高系統(tǒng)的存儲效率。

數(shù)據(jù)存儲技術(shù)通過分布式和冗余存儲的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，能夠進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)存儲的可靠性，而且能夠建立副本，防止數(shù)據(jù)丟失。為了提高用戶滿意度，需要對數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，強(qiáng)化我國云平臺的運(yùn)行速度，改善計(jì)算機(jī)的計(jì)算速率[7]。

3.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，其已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，例如云計(jì)算將移動(dòng)終端與計(jì)算遷移技術(shù)相結(jié)合，得到了很好的反饋效果，但隨之而來的是系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)過多、無法儲存導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞、運(yùn)行緩慢等問題，此時(shí)，采用數(shù)據(jù)管理技術(shù)十分重要。該技術(shù)可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的分析，并將不同種類的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理。目前，我國使用的數(shù)據(jù)管理技術(shù)是谷歌公司的GFS、BigTable、MapReduce以及亞馬遜的Dynamo，幾類云數(shù)據(jù)管理技術(shù)比較如表1 所示。

表1 幾類云數(shù)據(jù)管理技術(shù)比較

3.3 數(shù)據(jù)安全技術(shù)

信息化的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)因素，因此，數(shù)據(jù)的存儲是否安全至關(guān)重要，而數(shù)據(jù)安全技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。判斷系統(tǒng)是否安全可以從兩方面考慮，首先，客戶使用系統(tǒng)時(shí)，其瀏覽頁面的痕跡是否屬于無痕，客戶端所存儲的隱私數(shù)據(jù)可否被他人看到；其次，客戶端與服務(wù)商之間進(jìn)行信息共享時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是否泄露。數(shù)據(jù)安全技術(shù)的廣泛應(yīng)用將會(huì)使數(shù)據(jù)存儲更加安全，保證了個(gè)人隱私不被侵犯，降低了云計(jì)算使用的風(fēng)險(xiǎn)[8]。

4 云計(jì)算遷移技術(shù)的架構(gòu)分析

云計(jì)算實(shí)際上是分布式計(jì)算中的一種，主要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)“云”技術(shù)將計(jì)算程序劃分為多個(gè)小程序，然后通過服務(wù)器向客戶端進(jìn)行反饋。目前，云計(jì)算的規(guī)模正在不斷發(fā)展，早已不是單一的分布式計(jì)算，而是被擴(kuò)列為效用計(jì)算、并行計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算等技術(shù)。在云計(jì)算發(fā)展過程中，形成了衍生物——云計(jì)算遷移技術(shù)，該技術(shù)主要分為進(jìn)程遷移、虛擬機(jī)實(shí)時(shí)遷移以及線程遷移3 種，通過以上3 種方式將數(shù)據(jù)遷移至云平臺，遷移過程中會(huì)形成按需遷移決策模型的構(gòu)建和支持任務(wù)遷移的軟件設(shè)計(jì)機(jī)制[9]。

4.1 按需遷移決策模型的構(gòu)建

云計(jì)算遷移過程中需要考慮很多問題，比如網(wǎng)絡(luò)性能、終端性能以及終端習(xí)慣等因素。其中，網(wǎng)絡(luò)性能是關(guān)鍵因素，它決定著按需遷移是否能成功執(zhí)行，其參考因素主要包括帶寬、延時(shí)以及網(wǎng)絡(luò)接入代價(jià)等。除此之外，還需要考慮設(shè)計(jì)判斷的標(biāo)準(zhǔn)量，從而構(gòu)建按需遷移決策模型[10-11]。

4.2 支持任務(wù)遷移的軟件設(shè)計(jì)

任務(wù)遷移的軟件設(shè)計(jì)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了云平臺的資源調(diào)度，包含了兩個(gè)服務(wù)平臺，分別是客戶端、云平臺。其主要流程如下：客戶端區(qū)域的可執(zhí)行代碼通過云計(jì)算以及終端能力評估后向云平臺發(fā)送請求信號，云平臺成功接收后由自身進(jìn)行評估，判斷可以進(jìn)行遷移之后，向客戶端發(fā)送響應(yīng)信號，進(jìn)行合理分配機(jī)制并動(dòng)態(tài)部署，支持任務(wù)遷移的軟件框圖如圖2 所示。

圖2 支持任務(wù)遷移的軟件框圖

5 移動(dòng)終端高效計(jì)算遷移技術(shù)算法分析

5.1 計(jì)算遷移的最優(yōu)化求解

計(jì)算遷移的優(yōu)化過程需要消耗能量，該過程具有許多弊端，即移動(dòng)終端的功率十分有限以及時(shí)延。在優(yōu)化過程中，一定要考慮移動(dòng)終端的本地計(jì)算速率Flocal、遠(yuǎn)程云服務(wù)器的計(jì)算速率Fcloud、移動(dòng)終端至基站的帶寬B等參數(shù)。若將數(shù)據(jù)遷移至云端進(jìn)行處理，則需要參考3 個(gè)自由度，分別是決策變量x、移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)得到的發(fā)射功率Pt以及發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間t，其中決策變量x的區(qū)間為（0,1），表示的含義為是否執(zhí)行計(jì)算遷移，發(fā)射功率Pt的區(qū)間為[0，Pmax]，時(shí)間t的區(qū)間為[0，T]。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出信道支持的信息速率為C=BIb（1+aPT）,傳送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間t=N/C=N/（BIb（1+aPT）），解得PT=（2N/(Bt)-1）/a。

終端能否成功遷移至云平臺，取決于遷移時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能否小于本地執(zhí)行該程序時(shí)所消耗的能量，若小于，則決策變量x=U（PlocalT-PTt），其中，U表示單位階躍函數(shù)。由PT∈[0，Pmax]得出N/（BIb（1+aPT））≤t≤T。通信過程中會(huì)出現(xiàn)云計(jì)算不能執(zhí)行命令的情況，此時(shí)將影響云計(jì)算的效率，當(dāng)計(jì)算遷移過程中所需要的時(shí)間為t時(shí)，計(jì)算效率等效為Fcloud（1-t/T），這時(shí)將服務(wù)速率設(shè)為r，得出的執(zhí)行指令速率?=Fcloud+[Fcloud（1-t/T）-Fcloud]U（PlocalT-PTt）≥r。由以上變量之間的關(guān)系可得出min[PlocalT，PTt]=PlocalT+（PTt-PlocalT）U（PlocalT-PTt），將PT=（2N/(Bt)-1）/a代 入min[PlocalT，PTt]=PlocalT+（PTt-PlocalT）U（PlocalT-PTt）可得，min[PlocalT，PTt]==PlocalT+[（t/a）（2N/(Bt)-1）-PlocalT]U（PlocalT-（t/a）（2N/(Bt)-1）]，將結(jié)果化簡轉(zhuǎn)換得出min[PlocalT，（t/a）（2N/(Bt)-1）][12-13]。

5.2 控制算法以及壓縮算法

在移動(dòng)終端云計(jì)算遷移技術(shù)中，需要一款屬于自己系統(tǒng)的算法，它可以達(dá)到將內(nèi)容與顯示分離的目的，為此特別設(shè)計(jì)了控制算法以及壓縮算法，其中，控制算法應(yīng)用較廣泛，部分自適應(yīng)控制算法的比較如表2 所示。

表2 屏幕自適應(yīng)控制算法比較

6 云計(jì)算遷移技術(shù)的仿真分析與性能評估

為評估移動(dòng)終端云計(jì)算遷移技術(shù)是否可以提高終端各方面的性能，對該技術(shù)進(jìn)行仿真分析，其中，不同計(jì)算遷移技術(shù)能耗對比如圖3 所示。由圖3 可知，當(dāng)應(yīng)用程序代碼容量為5 MB 時(shí)，各方面消耗能量是相同的；應(yīng)用程序代碼容量升至30 MB 時(shí)，執(zhí)行遷移算法可達(dá)到節(jié)能60%的效果[14-15]，執(zhí)行遷移算法節(jié)能百分比如圖4 所示。

圖3 不同計(jì)算遷移技術(shù)能耗對比圖

圖4 執(zhí)行遷移算法節(jié)能百分比

執(zhí)行遷移算法的時(shí)間分配如圖5 所示，從圖中可以看出，隨著應(yīng)用程序代碼容量的不斷增長，時(shí)間分配也在不斷增長，呈上升趨勢，在應(yīng)用程序代碼容量為30 MB 時(shí)，時(shí)間分配達(dá)到峰值。而不同的計(jì)算策略所需的時(shí)間也將不同，從圖6 可以得出，隨著應(yīng)用程序代碼容量的不斷增長，所需時(shí)間也隨之增長。當(dāng)應(yīng)用程序代碼容量為20 MB 時(shí)，完全本地計(jì)算與執(zhí)行遷移算法的時(shí)間相同。經(jīng)仿真分析與性能評估可知，云計(jì)算遷移技術(shù)充分展現(xiàn)了自身優(yōu)勢，為云服務(wù)做出了巨大貢獻(xiàn)[16]。

圖5 執(zhí)行遷移算法時(shí)的時(shí)間分配

圖6 執(zhí)行不同計(jì)算技術(shù)所需時(shí)間

7 結(jié)束語

文中針對移動(dòng)終端云計(jì)算遷移技術(shù)進(jìn)行了一系列研究，云計(jì)算的開發(fā)降低了技術(shù)開發(fā)成本，使數(shù)據(jù)可以隨時(shí)隨地被訪問，并且有效地減小了CPU 計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的負(fù)荷，不會(huì)造成時(shí)間延遲。移動(dòng)終端云計(jì)算遷移技術(shù)的廣泛應(yīng)用給人們帶來了巨大財(cái)富，滿足了人們的需求。