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移动云计算:云的未来

Pragya古普塔1Sudha Gupta,2
  1. 电子工程系,K。Vidyavihar J Somaiya工程学院,印度孟买。
  2. 电子工程系,K。Vidyavihar J Somaiya工程学院,印度孟买。
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文摘

移动云计算(MCC)已经彻底改变了全球手机用户利用服务。的移动设备已经从单纯的设备启用语音通话几年回智能设备,让用户访问增值服务在任何时间,任何地方。MCC集成云计算的移动环境和克服障碍相关的性能(如电池寿命、存储和带宽),环境(如异构性、可伸缩性、可用性)和安全(如可靠性和隐私)。

关键字
云计算、移动云计算、挑战MCC, MCC的研究领域

介绍
手机的市场迅速扩大。根据IDC[1],英超全球市场情报公司,全球智能手机市场同比增长42.5%在2012年第一季度。流动性的增长已经以一种前所未有的方式从根本上改变了我们的生活。根据思科IBSG[2],接近80%的世界人口能够访问手机新设备和iPhone一样,Android智能手机、掌上电脑和平板电脑带来了一系列的应用在人们的手掌的手。
与此同时,云计算已经成为一个现象,代表了它的方式收取和交付的服务和功能。NIST(美国国家标准与技术研究院)定义[3]从9月开始,2011年发布的“特殊出版800 - 145”云计算:
”云计算是一个模型,使方便,按需网络访问的共享池可配置资源(如网络、服务器、存储、应用程序和服务),可以迅速予以配置和发布通过最少的管理工作或服务提供者交互。”
更正式的定义,它封装了云计算的主要好处从业务的角度以及其独特的功能从技术角度给出了肖恩Martson et al。[4]在他们的研究报告如下:
“这是一个信息技术服务模型,计算服务(包括硬件和软件)交付ondemand客户通过网络自助服务方式,独立的设备和位置。提供必要的质量服务水平所需的资源共享,动态可扩展、快速供应,虚拟化和释放以最小的服务提供者交互。用户支付服务作为营业费用,而没有引起任何显著的初始资本支出,与云服务使用一个计量系统,将计算资源在适当的块。”
与传统的移动计算技术,移动云计算和虚拟化的资源分配在一群大量分布式计算机而不是本地计算机或服务器。许多应用程序基于移动云计算,比如Google的gmail,移动地图和导航系统,语音搜索,和一些应用程序在Android平台上,从苹果的MobileMe, LiveMesh从摩托罗拉、微软和系统已经开发出来,提供给用户。总体架构如下图1中所示。
交付云服务在移动环境中带来很多挑战和问题。移动设备不能处理复杂的应用程序由于其天生的字符。此外,它是不可能的,一个移动设备总是在线,离线解决方案的设备也需要被考虑。没有标准,安全和隐私,弹性移动应用需求可能阻碍移动云计算的发展。为了理解的挑战和提供进一步的研究范围,这本小说的理解方法是至关重要的。本文介绍了MCC的基本模型,它的背景、关键技术、挑战,研究现状和未来的研究视角。本文的组织结构如下:部分中,我介绍了技术,第二部分给出了一个背景提出了云计算的定义,第三部分详细介绍了MCC的一般架构,第四部分提出的挑战和解决方案,第五部分概述当前工作,第六部分提出了开放的研究问题。结论是第七节。

二世。背景
作为一个继承和云计算和移动计算的出现,移动云计算自2009年以来已被设计成一个新词。
从简单的角度来看,可以认为是移动云计算基础设施,数据和处理可能发生以外的移动设备,启用等新类型的应用程序上下文感知的移动社交网络。因此,许多移动云应用程序并不局限于强大的智能手机,但少广泛的先进移动电话和,因此,观众更广泛的用户。MCC可以简单地分为移动计算和云计算。移动设备可以笔记本电脑、PDA、智能手机等,与基站或热点的无线链接,如3 g, wi - fi或GPRS。尽管客户端从电脑或固定机器移动设备、主要概念仍然是云计算。移动用户发送服务请求到云通过web浏览器和桌面应用程序。云然后分配资源的管理组件请求建立连接,而移动云计算的监测和计算功能实现,确保QoS,直到连接完成。
云模型所定义的NIST促进可用性和由五个基本特征,三个服务模型和四个部署模型。
基本特征:
按需自助服务:使用者可以单方面规定计算的能力,比如服务器时间和网络存储,在需要时自动与每个服务提供者不需要人工交互。
广泛的网络访问:功能都可以通过网络,通过标准的访问机制,促进使用异构薄或厚客户机平台像手机、笔记本电脑、pda等。
资源池:提供者的计算资源池服务多个消费者使用多租户模型,用不同的物理和虚拟资源动态地分配和重新分配根据消费者需求。客户没有控制或知识的确切位置提供资源。资源的例子包括存储、处理、内存、网络带宽和虚拟机。
快速弹性:能力可以迅速和弹性供应,在某些情况下自动快速扩展和快速释放快速规模。
测量服务:云系统自动控制和优化资源使用利用抽象计量能力在某种程度上适合的服务类型(如存储、处理、带宽和活跃用户帐户)。
b .服务模型:
软件即服务(SaaS):提供给消费者的能力是使用提供者的应用程序运行在云基础设施。应用程序可以通过各种客户端设备通过瘦客户端接口等web浏览器(例如,基于网络的电子邮件)。消费者不管理或控制底层的云基础设施可能除了有限的特定于用户的应用程序配置设置。
平台即服务(PaaS):提供给消费者的能力是部署到云基础设施consumercreated或获得应用程序创建使用提供商支持的编程语言和工具。消费者不管理或控制底层的云基础设施,包括网络、服务器、操作系统、存储,但有可能控制已部署的应用程序和应用程序的托管环境配置。
基础设施即服务(IaaS):提供给消费者的能力是提供处理、存储、网络和其它基本的计算资源,消费者能够部署和运行任意软件,包括操作系统和应用程序。消费者不管理或控制底层的云基础设施,但控制操作系统、存储、部署的应用程序,可能有限控制的选择网络组件(如主机防火墙)。
下面的图2显示了一个典型的云服务模式。
c .部署模式:
私有云:云基础设施是专为一个组织。它可能是由组织或第三方管理和可能存在的前提或关闭的前提。
社区云:云基础设施是由几个组织共享和支持一个特定的社区共享问题(例如,任务,安全要求,政策,和合规方面的考虑)。它可能是由组织或第三方管理和可能存在的前提或关闭的前提。
公共云:云基础设施是提供给一般公众或大型工业集团,属于销售云服务的组织。
混合云:云基础设施是构成两个或两个以上的云(私人、社区或公共),保持独特的实体,但注定由标准化或专有技术,使数据和应用程序的可移植性(例如,云破裂云之间的负载平衡)。
下面的图3说明了公有、私有和混合云部署的例子。

三世。体系结构
基本概述移动云计算提出了在前一节中。一般建筑在更广泛的意义上是描绘在图1。更详细的表示将在本节中。
图4展示了一个典型的移动云计算架构[8]。
移动设备连接到移动网络通过基站建立和控制连接(空中接口)和功能网络和移动设备之间的接口。移动用户的请求和信息传送到中央处理器连接到服务器提供移动网络服务。这里,服务AAA(身份验证、授权和会计)可以向用户提供基于国内代理(HA)和用户的数据存储在数据库中。然后用户的请求被发送到一个云通过互联网。云控制器存在于云中,处理请求向移动用户提供相应的云服务。这些服务是基于效用计算的概念开发,虚拟化和面向服务的体系结构。
云计算的细节将是不同的在不同的上下文中。云计算系统的主要功能是将数据存储在云上和使用技术在客户端访问数据。一些作者提到云计算并不完全是一个新概念。拉弥亚Youseff等人已经在他们的论文[10],云计算已经体现的派生的其他几个计算等领域的面向服务的体系结构、网格和分布式计算和虚拟化和继承他们的进步和局限性。他们介绍云计算作为一种新的模式,它提供了一个优越的优势资源利用率低下的现有数据中心。几个商业模式迅速发展,利用这种技术通过提供应用软件,编程平台、数据存储、计算基础设施作为服务和硬件。R。Buyya等人介绍了一个面向市场架构[11]和[12]。他们已经引入了云是一种组成的并行和分布式系统的互联和虚拟计算机的集合提供计算资源服务提供商客户会议同意SLA(服务水平协议)。
我们关注一个分层架构通常展示云计算模型的有效性而言,用户的需求。前面解释的服务模型已经在这一节中。下面的图5分层架构或云栈的概述,谁使用这些。

四、挑战和解决方案
过去的十年里带来了一些进步在我们感知计算和移动的方式。计算将第五效用(在水、电、煤气和电话),并将提供计算服务的基本水平,被认为是基本满足日常需要的社区。云计算是最新的范式提出了实现这一愿景。它已经被证明是一种很有前途的解决方案移动计算的原因很多(如移动、通信和可移植性)。
资源贫困:随着处理器速度越来越快,屏幕越来越尖锐和设备配有多个传感器,智能手机消耗能量的能力远远超过电池提供的能力。因此,移动设备的电池寿命仍然是一个移动应用程序的设计的关键限制因素。两个主要的贡献者)有限的电池容量和b)越来越渴求能源的应用程序的用户的需求。用户需求日益增多对于资源密集型应用程序,如游戏、视频和传感器安装在移动设备上产生连续的数据流,对用户的环境。提出了一些解决方案来提高CPU性能[14]和管理资源优化以降低功耗。然而,这些解决方案,需要移动设备的结构的变化或需要新的硬件导致额外工程必要的,因此成本高于标准设备。计算卸载技术迁移从resourcelimited庞大的计算和复杂的处理设备的设备,从而避免移动设备大的执行时间。几个实验已经完成,评估卸载技术的有效性。Alenxey Rudenko等人在[15],远程执行大型任务可以减少高达50%的电能消耗。爱德华多Cuervo博士等人[16]所示,使用毛伊岛(内存运算部件和接口)移动组件迁移到云中的服务器可以节省27%的能源消耗,电脑游戏为45%,国际象棋比赛。
数据存储容量和处理能力:存储在移动设备上也是一个大问题。MCC开发,使移动用户存储和访问大量数据在云上。Amazon Simple Storage Service (S3)就是这样一个例子[17]。它提供了一个简单的web服务接口,可以用来存储和检索的数据量,在任何时候从任何地方。Flickr[18]几乎肯定是最好的照片共享应用程序基于MCC。它允许用户通过移动设备和网络上传和分享照片。Facebook[19]是今天最成功的社交网络应用程序,也是一个典型的使用云分享图片。MCC还有助于减少运行成本计算密集型应用程序。云计算有效地支持仓库的各种任务,管理和在线同步多个文档。因此,移动设备不再受制于存储容量,因为现在他们的数据存储在云上。 Microsoft will develop new office software [20] to embrace cloud computing to fully integrate with all types of mobile devices. It will enable users to save, publish and share their work with other users as well as their desktop computers and mobile devices.
应用程序服务分工:移动设备固有的有限资源。因此,应用程序必须被划分为了达到一个特定的性能目标(低延迟、最小化数据传输、快速响应时间等)考虑MCC的需求,提供“好”的基本因素云服务已经列举如下:
•优化分区应用服务在云计算和移动设备
•低网络延迟,以满足应用程序和代码将交互性
•高网络带宽速度云计算和移动设备之间的数据传输
•自适应监测网络条件来优化网络和设备成本对云应用程序的用户预期的性能
由服务提供者可以采用以下策略来解决上述问题:
•网络带宽策略:使用区域数据中心或其他手段使内容更接近移动宽带
•网络延迟策略:应用程序处理器节点转移到移动宽带的边缘
•电池保存策略:克隆的设备在网络计算和能源密集型的管理任务,比如自动移动设备的病毒扫描
•移动云应用弹性:动态优化的应用程序交付和执行设备和网络之间
还有其他几个相关问题MCC的实现。其中一些下面列出:
答:没有标准
尽管云计算的各种优势的传统计算技术,没有接受开放标准。可移植性和互操作性也不可能在不同的云计算服务提供商(CCSP)。这可以防止服务提供商广泛部署和快速开发云计算。客户不愿意改变他们目前的数据中心和IT资源云平台由于一系列尚未解决的技术问题,存在于这些平台。现有的一些问题由于缺乏开放标准如下:
•有限的可伸缩性:由于快速增长,没有ccsp能满足所有用户的所有需求。
•不可靠服务的可用性:依赖单一CCSP的服务会导致一个瓶颈在发生故障的一种服务。
•服务提供者锁定:缺乏数据和应用程序的可移植性不可能CCSP之间转移,因此客户CCSP被锁定。
•无法部署服务多个ccsp:缺乏互操作性的应用程序使它不可能扩展到多个ccsp。
针对上述缺点,B。Rochwerger等人介绍了一个解决方案被称为开放云计算联盟(OCCF)[21],能解决各种ccsp之间的互操作性和可移植性的问题。然而,搬到一个统一的云计算标准是不可能的,因为大多数的云计算公司有自己的api和设置这些大量的援助资金。OCCF从而缺乏实际的实现机制。一个可能的方法是基于移动代理的开放云计算联盟(MABOCCF)机制引入奇等人在[22]。
b访问计划
世纪挑战集团将部署在一个异构的无线网络接口访问场景。移动节点接入云通过不同的无线接入技术即GPRS, WLAN, LTE, WiMAX, CDMA2000, WCDMA等。移动云计算需要以下特性:
•世纪挑战集团需要一个“永远在线”连接云低数据速率控制信号通道
•世纪挑战集团需要一个“按需”可用无线连接与一个可伸缩的链路带宽
•世纪挑战集团需要一个网络选择和使用需要节能和成本考虑在内
MCC的访问管理是一个至关重要的方面。一个可能的解决方案是使用环境和位置信息来优化移动访问,提出的一个。克莱因等人[23]。部署MCC利用上下文信息,如设备位置和功能和用户配置文件,可以使用移动云服务器本地优化访问管理。
c .安全
今天的移动设备有一个标准的计算机的所有功能。像电脑的标准,这对移动设备构成安全威胁。威胁检测服务运行在移动设备上应对这些安全威胁,保证资源的集约使用,无论是计算和权力。
一个可能的解决方案是将这些检测服务转移到云端。它节省了设备的CPU和内存需求增加带宽价格支付。这种方法有以下好处:
•更好的检测恶意软件
•设备内置资源消耗减少
•减少设备内置软件的复杂性
d .弹性应用模型
云计算服务是可伸缩的,通过动态配置资源的细粒,自助服务接近实时的基础,无需用户工程师对高峰负荷。这个需求尤其体现在移动云计算由于移动设备的内在局限性。例如,iPhone 4 s配有800 MHz处理器,512 MB内存允许大约8小时的通话和14.4 Mbps的速度在HSDPA 4 g网络,[24]。今天的个人电脑和服务器平台相比,这些设备仍不能运行计算密集型应用程序。因此,一个弹性应用程序模型需要解决的基本处理问题。

诉方法
年代。库雷希等人有分类MCC分为两大类即通用移动云计算(GPMCC)和特定于应用程序的移动云计算(ASMCC) [26]。
答:GPMCC

1)方法
云计算有着广泛的视角并找到可行的应用程序在不同的应用程序。这需要一个移动设备利用互联网以随需应变的方式使用资源。因此计算饥饿通常执行的任务在一个资源受限的移动设备现在可以外包给云。

2)增强执行
b .春等人提出了一个架构[27],地址执行的挑战潜在的应用在移动设备上通过无缝但部分卸载执行从智能手机到智能手机的云计算基础设施承载克隆。
这种增强执行克服了智能手机硬件限制和(半)自动地提供给应用程序的开发人员需要很少或根本没有修改他们的应用程序。
克隆云愿景实现[28]。克隆云增加修改的移动应用程序通过卸料正确的一部分执行设备克隆操作在云计算上。的主要动机是只要执行对云的速度显著快于执行移动设备,发送相关数据和代码的价格从设备和云计算将是值得的。第二个动机是把程序员从应用程序分区。克隆云使用静态分析和动态分析的组合分区在细粒度应用程序自动优化执行时间和能源消耗为目标计算和通信环境。在运行时,应用程序分区是影响迁移线程从移动设备选择的点到克隆在云中,执行剩下的分区,跟迁移线程返回到移动设备。评价表明,该原型能够适应应用程序划分到不同的环境中,并且可以帮助一些应用程序多达20 x执行加速和降低20倍的能量花在移动设备上。然而受到限制,因为只有这一个固定在移动设备被认为是计算调度。
Y。广域网等人提出了能量最优云中的应用程序执行协助移动平台[29]。目标是最小化总能量消耗的移动设备。移动设备的应用程序执行时,可以最小化计算能源优化调度移动设备的时钟频率。当应用程序在云中执行克隆,可以最小化传输能量优化调度通过随机无线信道传输数据速率。数值结果表明,最优政策取决于应用程序概要文件(即输入数据大小和延迟期限)和无线传输模型。
b . ASMCC
1)方法
特定于应用程序的移动云计算涉及到为移动设备开发特定的应用程序。虽然可能出售的计算和提高移动设备的效率,GPMCC ASMCC有优势,它提供了更多的不仅仅是计算能力。例如,电子邮件或聊天需要ASMCC互联网不仅仅用作通信资源和存储。

2)移动云服务
Samimi等人介绍了MCC的云服务[30],将其命名为移动服务云。这个模型允许动态实例化、组合、配置和重新配置的服务覆盖网络上支持移动计算。

3)应用Weblets弹性
X。张等人提出了一个模型,允许无缝和透明的使用云资源增加资源受限的移动设备的能力。这个模型的主要特性包括一个应用程序的分区为多个组件称为weblets,和动态适应weblet执行配置。而weblet可以平台独立的(例如,Java或. net字节码或Python脚本)或平台依赖(本机代码),其执行位置是透明的,它可以运行在一个移动设备或迁移到云中,即。,运行在一个或多个节点CCSP所提供的。因此,一个弹性应用程序可以增加一个移动设备的功能包括计算能力、存储、和网络带宽,与光的动态执行配置根据设备的状态,包括CPU负载、内存、电池水平,网络连接质量和用户首选项。

4)Thinkair
索科尔Kosta等人提出了Thinkair[32]中最好的毛伊岛[16],克隆云(27、28)项目。它解决了毛伊岛的缺乏可伸缩性通过创建虚拟机(vm)的一个完整的智能手机系统在云上,并移除克隆云诱发的限制应用程序采用在线方法级卸载。它还提供了一个有效的方式来执行动态创建随需应变的资源分配和利用并行性,恢复,破坏云中的虚拟机在需要的时候。它是第一个解决这两个方面在移动云。

5)分区和执行应用程序
Lei杨等人提出了一个框架,用于执行分区和数据流的应用程序在移动云计算在[33]。它旨在优化分区之间数据流应用程序的移动和云应用程序在处理流数据的最大吞吐量。不同于其他作品,该框架不仅允许单个用户的动态分区但还支持在多个用户之间共享计算实例在云中实现底层的云资源的有效利用。

第六,开放的研究问题
答:能源效率
由于资源有限,如电池寿命,可用的网络带宽、存储容量和处理器性能,在移动设备上,研究人员一直在寻找解决方案,导致可用资源的优化利用。
b .安全
没有标准提出了一个严重的问题专门对安全和隐私的数据传递给从移动设备到云上。
c .更好的服务
世纪挑战集团最初的动机是为移动设备提供类服务。然而,由于不同的固定和移动设备之间的差异特性,转换服务从一个到另一个可能并不直接。
d .任务分工
研究人员一直在寻找策略和算法将计算任务从移动设备到云。然而,由于计算需求的差异可用的众多应用程序中可用的各种各样的手机用户和市场,探索最优的策略是一个区域。

七世。结论
移动云计算,云计算和移动计算的发展和延伸,是大多数新兴和接受技术与快速增长。结合云计算、无线通信基础设施、便携式计算设备、定位服务、移动互联网等新型计算模型奠定了基础。在本文中,我们给了移动云计算的概述,包括建筑、好处,关键的挑战,研究和开放的问题。

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