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摘要:隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，全球范圍內(nèi)建立起了關(guān)于移動云計算數(shù)據(jù)的廣泛部署。移動云計算作為一種環(huán)保的大量使用的新型數(shù)據(jù)計算方式，研究在移動云計算下的能效保護如何達到最優(yōu)就顯得極具現(xiàn)實意義。通過實驗和仿真研究移動云計算在移動設(shè)備使用過程中、通信過程中和云基礎(chǔ)設(shè)施3方面的能效保護，提出了移動云計算環(huán)境下能效保護的策略、方法和措施。通過對移動云計算中能效保護的研究得出的移動云計算下能效最優(yōu)的方法和技巧，在現(xiàn)實生活中可以借鑒這些策略、方法改進工作模式和流程，提高相關(guān)領(lǐng)域的工作效率，為社會創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞:移動;云計算構(gòu)架;能效保護

當前，云計算給人類社會帶來的巨大利用優(yōu)勢日趨明顯，移動云計算的用戶呈現(xiàn)出數(shù)量激增的新形勢。為了使云計算的能效保護可以實現(xiàn)最優(yōu)的效果，針對云計算構(gòu)架下的能效保護方式所作分析具有一定的現(xiàn)實意義［1］。

1移動云計算的相關(guān)概述

移動云計算是一種資源豐富的移動型運算技術(shù)。利用移動云計算無限制的特點，可以完成流動性與儲存功能相互統(tǒng)一;并且多種云資源與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合利用，可以讓彈性化的資源為人類的生產(chǎn)研究帶來更大便利［2］。從當前的云計算發(fā)展情況來看，該項技術(shù)可以通過因特網(wǎng)或以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信通道為移動設(shè)備提供服務(wù);當移動設(shè)備處于異構(gòu)的平臺或環(huán)境中時，主要通過付費手段來滿足服務(wù)使用的目的。具體操作見圖1。移動云計算所涉及的領(lǐng)域是多方面的，主要包括增強移動設(shè)備的處理能力與延長電池使用壽命;為低端移動用戶的需求提供服務(wù);通過與移動用戶的連接完成云設(shè)施數(shù)據(jù)資源的共享使用;解決當下資源短缺受限或移動設(shè)備局限的問題;使用MCC提供多樣化的虛擬資源等多方面的內(nèi)容。如何讓云計算參與的這些領(lǐng)域都能夠取得較好效果，做好關(guān)于移動云計算的能效保護極為必要。由于云計算中囊括了計算機基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、移動設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，所以要明顯降低關(guān)于能源能量的消耗份額，還需要將重心放在節(jié)約MCC的能源目標上［3］。

2移動云計算構(gòu)架下的能效保護辦法

2.1在移動設(shè)備使用中進行能效保護

要從移動設(shè)備角度完成能效保護目標，首先要實現(xiàn)將計算工作由設(shè)備向“云端”遷移。在遷移過程中，必須優(yōu)化其遷移決策機制，盡量把移動設(shè)備上的高耗能程序部分遷移到“云端”執(zhí)行，最后將結(jié)果返回給移動設(shè)備的程序。具體策略流程如下:假設(shè)一個移動設(shè)備上有n個同步應(yīng)用，應(yīng)用程序集合為N={1，2，…，n}，并在云端同步運行。t表示離散時間段;Q(t)表示在時間t隊列Q存放的所有要傳送的數(shù)據(jù)量;φ(t)表示當前移動設(shè)備的4G無線網(wǎng)絡(luò)帶寬;設(shè)傳輸決策為r(t)∈Ω={“TransmitQ”，“Idle”};b(t)表示在時間段t云端和移動設(shè)備端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量;P(t)表示傳輸消耗能量;V表示控制傳輸能耗和隊列穩(wěn)定性比例的一個可進行設(shè)定的值［4］。第一步，在時間段t開始時，監(jiān)控云端隊列Q存放的需要傳輸?shù)揭苿釉O(shè)備端的數(shù)據(jù)量Q(t)，并估計當前移動設(shè)備的4G無線網(wǎng)絡(luò)帶寬φ(t)。第二步，通過公式VP(t)－Q(t)b(t)來作出傳輸控制決策r(t)。第三步，如果r(t)=“TransmitQ”，則將云端隊列Q的數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭苿釉O(shè)備端;如果r(t)=“Idle”，則是為了使節(jié)省移動端的能量，移動設(shè)備處于空閑狀態(tài)。第四步，在時間段t快結(jié)束時，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量Q(t)到達隊列，更新云端隊列Q的數(shù)據(jù)量Q(t+1)=max［Q(t)－b(t)，0］+Q(t)。由于4G無線網(wǎng)絡(luò)連接狀況和數(shù)據(jù)到達率具有隨機性，平均時間的消耗能量和隊列積壓的數(shù)據(jù)量都需要進行向下優(yōu)化，當V值任意大時，平均時間能耗P就會無限接近P*;然而平均隊列積壓Q會隨著V值增大而線性增大。V值不斷增大，對于P*的影響在不斷減少并趨近于0，因此需要靈活地選取V值來作出能效傳輸決策，這樣既控制了平均隊列積壓的數(shù)據(jù)量，同時最小化了消耗的能量［5］。計算機可以解決許多難度高、運算數(shù)據(jù)大的計算問題，完成各項龐雜的計算工作;但是要使得移動設(shè)備的能效得以保護，則需要將計算任務(wù)納入到“云端”中。在遷移過程中，還需要確認并考慮好以太網(wǎng)路徑、協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)通信、移動設(shè)備的節(jié)能領(lǐng)域等因素［6］。

2.2通信過程中的能效保護方法

通信中的能效保護，可以分為以下2個方面:1)對通過無線接口時所產(chǎn)生的效能保護。當前的移動設(shè)備一般都具有多功能的廣播接口，這些接口可以為通信提供彈性功能與效能保護，但是TCP與UDP等通信協(xié)議則不適用這些功能。多通路的計算方式可以使多種網(wǎng)絡(luò)路徑同時得到支持，并且讓多樣化的路徑可以統(tǒng)一到一個條件較好的鏈路上［7］。在OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，即正交頻分復(fù)用技術(shù))系統(tǒng)中，第i個子信道第t時隙的傳輸速率與發(fā)送功率有如下關(guān)系:Ri，t=B×log2［1+min(P(i，t)，Pmax)×Gi，t］(1)式(1)中P(i，t)是在時隙t給第i個子信道分配的功率，Pmax為子載波最大發(fā)送功率限制，B為子信道帶寬，G(i，t)是第i個子信道在時隙t內(nèi)的信道增益。當移動設(shè)備被分配得i個上傳子信道后，在T個時隙內(nèi)上傳數(shù)據(jù)的發(fā)射能量優(yōu)化模型可以由下式表達:minR(i，t)Δt∑T(t=1)∑Ii=1E［Pi，t(Ri，t，Gi，t)］Δt∑T(t=1)∑I(i=1)Ri，t=L(1)式(2)中，條件Δt∑T(t=1)∑I(i=1)Ri，t=L是為滿足在T時隙內(nèi)傳輸所有數(shù)據(jù)的要求，當L和T確定后，發(fā)送能量的最優(yōu)化目標轉(zhuǎn)化為根據(jù)各子信道狀態(tài)選擇合適的傳輸速率使得總的發(fā)送能量最低［8］。2)基于無線通信所實現(xiàn)的能效保護。通常在人們使用移動設(shè)備對周圍的wifi接入口進行掃描時，設(shè)備會產(chǎn)生較大的能量消耗。為保護掃描與網(wǎng)絡(luò)連接的能效，移動設(shè)備周期性地進行掃描并將網(wǎng)絡(luò)信息(時間戳、作用范圍、位置信息等)予以存儲。當設(shè)備可以建立好日志文件時，也可以更加便利地執(zhí)行好掃描搜索等任務(wù)［9］。

2.3云基礎(chǔ)設(shè)施的能效保護措施

云計算中云設(shè)施的保護主要是基礎(chǔ)設(shè)施的管理。云數(shù)據(jù)的服務(wù)中心內(nèi)，每年基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量增長速度是十分驚人的。當這些服務(wù)器設(shè)備處在閑置狀態(tài)未參與到工作中時，加強設(shè)施的能源消耗管理顯得尤為重要。舉例來說，多級別的用戶在運用過程中需要將應(yīng)用部署到基礎(chǔ)設(shè)施之上，所以保護這些部署在獨立宿主機虛擬機的能耗，從而保障虛擬機的監(jiān)控以及應(yīng)用實例的有效性，也應(yīng)當成為管理工作的重要方向［10］。

3結(jié)語

通過對移動云計算中各種能效管理與調(diào)整方法的細致研究，不僅可以使得能效保護的樣本模式得到功能性改善，同時對于云計算整體效能的提升與改進也有極為重要的作用。因而，只有不斷做好計算服務(wù)的能效保護，才能促進云計算相關(guān)技術(shù)更為繁榮地發(fā)展。

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作者：容會 錢雙艷 韓珂 王艷玲 王曉亮 單位：昆明冶金高等專科學(xué)校