基于云計(jì)算模型的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

張通

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的計(jì)算模式——云計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這種技術(shù)能夠?qū)⒂?jì)算任務(wù)分布于大型服務(wù)器構(gòu)成的資源池中，保證用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求而獲得相應(yīng)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間以及網(wǎng)絡(luò)資源等。而移動(dòng)云計(jì)算是近些年在無線通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種云計(jì)算技術(shù)，這種技術(shù)可以通過蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)云端的連接，把本地設(shè)備中的應(yīng)用和數(shù)據(jù)等遷移到云端平臺(tái)上，從而降低了對(duì)移動(dòng)設(shè)備硬件的要求，此外還大大降低了移動(dòng)設(shè)備的能耗?，F(xiàn)階段，移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)被社會(huì)各界所認(rèn)可，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛，成為了移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要研究方向。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算 移動(dòng)通信 移動(dòng)云

中圖分類號(hào)：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）08-00-02

隨著云計(jì)算時(shí)代的到來，計(jì)算和存儲(chǔ)開始從局域網(wǎng)遷移到互聯(lián)網(wǎng)，軟件也能夠從本地終端遷移到云端，從而更好地實(shí)現(xiàn)了硬件之間的信息共享。可見，云計(jì)算對(duì)降低對(duì)硬件設(shè)備的要求，減少硬件設(shè)備的能耗具有重要作用，在移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展過程中，發(fā)揮了十分重要的作用。

一、云計(jì)算概述

1.云計(jì)算定義

云是互聯(lián)網(wǎng)或者網(wǎng)絡(luò)的一種比喻形式，狹義上來講，云計(jì)算是基礎(chǔ)設(shè)施的交付及其使用，用戶可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲取自己需要的資源。廣義上來講，云計(jì)算是軟件或互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的一種交付模式。云計(jì)算是從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而來的，融合了分布式計(jì)算、并行計(jì)算、負(fù)載均衡等各項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)，云端資源是一種動(dòng)態(tài)并且虛擬化的信息技術(shù)，其用戶無需具備十分專業(yè)的相關(guān)技術(shù)知識(shí)，也不需要控制，只要能夠?qū)ο嚓P(guān)計(jì)算和服務(wù)資源有一定的了解，就可以順利從網(wǎng)絡(luò)上獲取相關(guān)的信息和服務(wù)。

2.云計(jì)算的特點(diǎn)

第一，支持異構(gòu)資源。云計(jì)算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各種硬件資源如儲(chǔ)存設(shè)備、交換機(jī)、服務(wù)器等和軟件資源如數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)等的有效兼容，進(jìn)而能夠在各種基礎(chǔ)平臺(tái)，如Openstack等上獲得廣泛應(yīng)用。

第二，支持異構(gòu)多業(yè)務(wù)體系。和網(wǎng)格計(jì)算存在很大的不同，云計(jì)算可以運(yùn)行數(shù)個(gè)各種類型的業(yè)務(wù)，也就是說用戶能夠自己創(chuàng)建和定義服務(wù)，而無需實(shí)現(xiàn)定義好各個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)。

第三，與位置無關(guān)的資源池。供應(yīng)商能夠利用云計(jì)算為客戶提供便于所用用戶租用的服務(wù)模式，而且可以依據(jù)用戶的需求實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)有效分配，從而更好地滿足用戶的需求。通常情況下，用戶無需了解存儲(chǔ)、處理器以及網(wǎng)絡(luò)帶寬資源在資源池里的確定位置，就能夠獲得響應(yīng)的服務(wù)。

第四，支持按需分配。用戶能夠按照自身需求來分配處理能力，這并不需要和云計(jì)算服務(wù)的供應(yīng)商進(jìn)行人工交互。如此一來，云計(jì)算服務(wù)可以同其他日常的流動(dòng)商品一樣，客戶可以按照自身需求從資源池中獲得。

第五，支持資源的彈性調(diào)度。 通過動(dòng)態(tài)伸縮、擴(kuò)展計(jì)算資源和添加、修改資源節(jié)點(diǎn)的形式，對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)，從而將資源配置到用戶需要的地方。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載過高的情況下，就可以對(duì)閑置的計(jì)算資源進(jìn)行啟用，進(jìn)而提升云平臺(tái)的負(fù)載能力，確保負(fù)載均衡。同樣的道理，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載量過低的情況下，就可以把閑置的資源調(diào)入到節(jié)能模式，這樣可以達(dá)到提升資源利用效率的目的，確保計(jì)算過程的綠色低碳優(yōu)點(diǎn)。

二、移動(dòng)云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)

近年來，無線通信技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)之間的聯(lián)系和交叉性越來越密切，把移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)信息等遷移至具有強(qiáng)大功能的云計(jì)算平臺(tái)上，然后通過無線通信計(jì)算將其連接至互聯(lián)網(wǎng)云端是移動(dòng)云計(jì)算的基礎(chǔ)思想。所以，移動(dòng)云計(jì)算是移動(dòng)計(jì)算與云計(jì)算相互融合而發(fā)展出來的新興事物，也就是說，MCC能夠給移動(dòng)客戶提供云端處理服務(wù)及存儲(chǔ)服務(wù)，大大降低了對(duì)移動(dòng)設(shè)備的CPU運(yùn)算速度及其內(nèi)存容量的要求，一切復(fù)雜的計(jì)算均可以通過云端模塊進(jìn)行處理。移動(dòng)云計(jì)算具有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1.延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備的電池使用時(shí)間，節(jié)省能耗

使用云計(jì)算能夠把客戶端復(fù)雜的計(jì)算運(yùn)行遷移至大型的云端服務(wù)器加以處理，這樣移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間就會(huì)大大降低，從而有效節(jié)省了設(shè)備的能耗，有利于延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備的電池使用時(shí)間。

2.提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力

云計(jì)算技術(shù)具有有效支持眾多文檔數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理以及在線同步等的功能，如此以來，用戶就可以將移動(dòng)設(shè)備中的各種文件都遷移至云端進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，這樣就在很大程度上為移動(dòng)設(shè)備節(jié)省了存儲(chǔ)空間，從而有利于移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力和處理能力的提升。

3.提高數(shù)據(jù)可靠性

云計(jì)算可以對(duì)移動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用程序和各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行備份，這樣就可以防止移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)丟失的情況，確保數(shù)據(jù)的可靠性。此外，云安全服務(wù)還能夠通過收集各用戶的記錄，從而準(zhǔn)確提供所需的服務(wù)，提升服務(wù)的有效性。

三、基于云計(jì)算的移動(dòng)通信系統(tǒng)研究

1.移動(dòng)通信中云計(jì)算技術(shù)研究

隨著網(wǎng)絡(luò)流動(dòng)性的不斷增強(qiáng)，把云計(jì)算資源有效應(yīng)用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，從而融合發(fā)展出移動(dòng)云計(jì)算這個(gè)新領(lǐng)域已經(jīng)成為重要發(fā)展方向和必然發(fā)展趨勢(shì)。因此，移動(dòng)云計(jì)算是將移動(dòng)計(jì)算、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)有效結(jié)合的產(chǎn)物。基于云計(jì)算的移動(dòng)通信系統(tǒng)是以互聯(lián)網(wǎng)交互模式為前提的，利用無線通信技術(shù)把移動(dòng)設(shè)備的待處理數(shù)據(jù)遷移至云端虛擬處理器進(jìn)行計(jì)算，這種計(jì)算方式一方面可以有效降低移動(dòng)終端的任務(wù)處理時(shí)間，另一方面還可以在很大程度上減少移動(dòng)設(shè)備的能耗，提升設(shè)備電池的待機(jī)時(shí)間，從而能夠有效增強(qiáng)客戶體驗(yàn)。然而，云計(jì)算過程卻具由終端到云端通信的能量消耗和等待處理時(shí)延等缺點(diǎn)。怎樣才能有效平衡數(shù)據(jù)卸載的通信損耗能量及移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)處理的能量消耗，對(duì)移動(dòng)設(shè)備的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間和等待時(shí)延等進(jìn)行優(yōu)化成為我們面臨的重要問題，也是移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)面臨的一大難題，只有加以解決才能進(jìn)一步提升移動(dòng)設(shè)備的使用效率，更好地滿足用戶的需求。

當(dāng)前階段，移動(dòng)云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)卸載方式可以將設(shè)備終端的本地任務(wù)遷移至云端進(jìn)行執(zhí)行，一方面可以減少設(shè)備終端的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，另一方面還可以在一定程度上解決電量不足的困難，有效增加設(shè)備終端的續(xù)航待機(jī)時(shí)間。設(shè)備終端的程序執(zhí)行方式包括兩種，第一就是直接在移動(dòng)設(shè)備終端執(zhí)行任務(wù)，第二種就是將設(shè)備的本地?cái)?shù)據(jù)遷移至網(wǎng)絡(luò)云端，之后在云端的虛擬機(jī)上加以處理，然后將數(shù)據(jù)信息返回給移動(dòng)設(shè)備。采用 FSMC信道下的低能云端處理策略，能夠有效降低執(zhí)行任務(wù)的能耗，從而為客戶終端節(jié)省電量，進(jìn)而在很大程度上提升客戶體驗(yàn)。

2.移動(dòng)云計(jì)算能耗優(yōu)化新方法研究

移動(dòng)終端和云端任務(wù)之間的調(diào)度是移動(dòng)通信云計(jì)算面臨的重要問題，此外，移動(dòng)通信系統(tǒng)的云計(jì)算還受到到無線信號(hào)、傳輸功率等一系列因素的影響和制約。我們必須對(duì)傳統(tǒng)能耗最優(yōu)的優(yōu)化處理和切換策略進(jìn)行完善，制定出可以并行處理的云計(jì)算能耗優(yōu)化新方法，從而進(jìn)一步降低設(shè)備終端的能耗，提升設(shè)備的應(yīng)用效率。為此，需要建立融合能量采集與云計(jì)算的移動(dòng)通信系統(tǒng)，提升移動(dòng)通信系統(tǒng)的吞吐量，進(jìn)一步提升移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能。

3.基于移動(dòng)云的通信系統(tǒng)研究

因受到頻譜資源的制約，移動(dòng)通信的運(yùn)營(yíng)商對(duì)通信容量提出了更高的要求，只有這樣才能在最大程度降低移動(dòng)設(shè)備能耗的前提下，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩瑫r(shí)減少通信延遲時(shí)間。Deviceto-Device通信技術(shù)就是一種可以有效提升資源利用效率的一種通信技術(shù)，不僅可以減少通信用戶的設(shè)備能耗，還對(duì)系統(tǒng)能效的提高具有一定的幫助，在一定程度上提高了用戶體驗(yàn)。通過這種技術(shù)用戶數(shù)據(jù)無需經(jīng)過蜂窩網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)就可以直接在移動(dòng)設(shè)備之間進(jìn)行傳輸，例如，視頻文件、互動(dòng)游戲和社交內(nèi)容等?；贒eviceto-Device技術(shù)的通信系統(tǒng)可以有效減少大文件流量數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)帶來的下行傳輸壓力，另外還能夠提升設(shè)備終端的資源利用效率。鄰近特性用戶之間的短距離的數(shù)據(jù)共享、社交應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容的發(fā)送和蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量卸載等在很大程度上擴(kuò)大了Device-to-Device通信的應(yīng)用范圍。

為有效降低能耗、提升系統(tǒng)的能效，提升系統(tǒng)處理任務(wù)的效率、減少設(shè)備終端的應(yīng)用處理時(shí)間并提升系統(tǒng)的終端容量，就必須采取有效方法對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。具體優(yōu)化方式如下：第一，建立以FSMC信道模型為基礎(chǔ)的移動(dòng)云計(jì)算數(shù)據(jù)卸載模型，改善傳統(tǒng)靜止信號(hào)、GE信道的不足，更好地對(duì)復(fù)雜的信道進(jìn)行處理，這樣就能夠在很大程度上節(jié)省設(shè)備終端的能耗，節(jié)約設(shè)備的電量，提升電池使用時(shí)間。第二，使用ACE 算法，使移動(dòng)設(shè)備可以根據(jù)自身任務(wù)量的大小，采取自適應(yīng)并行處理算法，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備和云端處理的任務(wù)量大小，從而提升計(jì)算效率并有效降低終端的能耗。第三，通過實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信系統(tǒng)的平均執(zhí)行時(shí)間最小、最大化執(zhí)行時(shí)間最小兩個(gè)優(yōu)化方案，并對(duì)其進(jìn)行權(quán)衡，得出最優(yōu)的解決方法，就可以有效降低系移動(dòng)通信系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)處理任務(wù)的速度和效率，減少任務(wù)執(zhí)行時(shí)的等待時(shí)間，從而提高系統(tǒng)性能。

四、總結(jié)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和云計(jì)算技術(shù)的不斷進(jìn)步，在二者相互融合的過程中產(chǎn)生了新的無線通信云計(jì)算技術(shù)，這就是移動(dòng)云計(jì)算，這種技術(shù)可以有效將移動(dòng)設(shè)備終端與互聯(lián)網(wǎng)云端相連，通過將移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)遷移至云端進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)而有效降低了對(duì)移動(dòng)設(shè)備硬件的要求，此外還能夠有效降低移動(dòng)設(shè)備的能耗，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間，提升客戶體驗(yàn)?？梢娨苿?dòng)云計(jì)算技術(shù)是無線通信技術(shù)和云計(jì)算融合發(fā)展的重要方向，我們需要不斷對(duì)基于移動(dòng)云的通信系統(tǒng)進(jìn)行研究，降低系移動(dòng)通信系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)處理任務(wù)的速度和效率，減少任務(wù)執(zhí)行時(shí)的等待時(shí)間，從而提高系統(tǒng)性能。

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