基于云計算的移動通信系統(tǒng)

周甫 中國電信股份有限公司泰州分公司

云計算技術是一種可以通過互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造出大規(guī)模的虛擬化資源的計算模式，是將信息技術應用于移動通信系統(tǒng)商業(yè)模式的一種重要的形式。以往，企業(yè)的各項數(shù)據(jù)只能存儲在移動設備本地的數(shù)據(jù)中心，不僅對計算機硬件提出了更高的要求，而且還大大增加了移動設備的能耗。隨著云計算時代的到來，計算和存儲開始從局域網(wǎng)遷移到互聯(lián)網(wǎng)，軟件也能夠從本地終端遷移到云端，從而更好地實現(xiàn)了硬件之間的信息共享?？梢姡朴嬎銓档蛯τ布O備的要求，減少硬件設備的能耗具有重要作用，在移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程中，發(fā)揮了十分重要的作用。

1 云計算概述

1.1 云計算定義

云是互聯(lián)網(wǎng)或者網(wǎng)絡的一種比喻形式，狹義上來講，云計算是基礎設施的交付及其使用，用戶可以利用網(wǎng)絡技術獲取自己需要的資源。廣義上來講，云計算是軟件或互聯(lián)網(wǎng)服務的一種交付模式。云計算是從傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術發(fā)展而來的，融合了分布式計算、并行計算、負載均衡等各項傳統(tǒng)技術，云端資源是一種動態(tài)并且虛擬化的信息技術，其用戶無需具備十分專業(yè)的相關技術知識，也不需要控制，只要能夠對相關計算和服務資源有一定的了解，就可以順利從網(wǎng)絡上獲取相關的信息和服務。

1.2 云計算的特點

第一，支持異構資源。云計算技術能夠實現(xiàn)各種硬件資源如儲存設備、交換機、服務器等和軟件資源如數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)等的有效兼容，進而能夠在各種基礎平臺，如Openstack等上獲得廣泛應用。

第二，支持異構多業(yè)務體系。和網(wǎng)格計算存在很大的不同，云計算可以運行數(shù)個各種類型的業(yè)務，也就是說用戶能夠自己創(chuàng)建和定義服務，而無需實現(xiàn)定義好各個業(yè)務服務。

第三，與位置無關的資源池。供應商能夠利用云計算為客戶提供便于所用用戶租用的服務模式，而且可以依據(jù)用戶的需求實現(xiàn)資源的動態(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、處理器以及網(wǎng)絡帶寬資源在資源池里的確定位置，就能夠獲得響應的服務。

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，這并不需要和云計算服務的供應商進行人工交互。如此一來，云計算服務可以同其他日常的流動商品一樣，客戶可以按照自身需求從資源池中獲得。

第五，支持資源的彈性調度。 通過動態(tài)伸縮、擴展計算資源和添加、修改資源節(jié)點的形式，對資源進行動態(tài)流轉，從而將資源配置到用戶需要的地方。當系統(tǒng)負載過高的情況下，就可以對閑置的計算資源進行啟用，進而提升云平臺的負載能力，確保負載均衡。同樣的道理，當系統(tǒng)負載量過低的情況下，就可以把閑置的資源調入到節(jié)能模式，這樣可以達到提升資源利用效率的目的，確保計算過程的綠色低碳優(yōu)點。

2 移動云計算的優(yōu)勢

近年來，無線通信技術得到了突飛猛進的發(fā)展，通信技術和計算機技術之間的聯(lián)系和交叉性越來越密切，越來越多的人開始對云計算技術進行研究，并將其應用于無線通信領域，實現(xiàn)云計算技術和無線通信技術的相互融合和共同發(fā)展，這也成為了無線移動通信技術的重要研究方向和新興的熱點。把移動設備的應用數(shù)據(jù)和存儲信息等遷移至具有強大功能的云計算平臺上，然后通過無線通信計算將其連接至互聯(lián)網(wǎng)云端是移動云計算的基礎思想。所以，移動云計算是移動計算與云計算相互融合而發(fā)展出來的新興事物，也就是說，MCC能夠給移動客戶提供云端處理服務及存儲服務，大大降低了對移動設備的CPU運算速度及其內存容量的要求，一切復雜的計算均可以通過云端模塊進行處理。移動云計算具有如下幾點優(yōu)勢：

2.1 延長移動設備的電池使用時間，節(jié)省能耗

使用云計算能夠把客戶端復雜的計算運行遷移至大型的云端服務器加以處理，這樣移動設備應用程序的執(zhí)行時間就會大大降低，從而有效節(jié)省了設備的能耗，有利于延長移動設備的電池使用時間。

2.2 提高數(shù)據(jù)存儲和處理能力

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

2.3 提高數(shù)據(jù)可靠性

云計算可以對移動設備中的應用程序和各項數(shù)據(jù)進行存儲并進行備份，這樣就可以防止移動設備上的應用程序和數(shù)據(jù)會出現(xiàn)丟失的情況，確保數(shù)據(jù)的可靠性。此外，云安全服務還能夠通過收集各用戶的記錄，從而準確提供所需的服務，提升服務的有效性。

3 基于云計算的移動通信系統(tǒng)研究

3.1 移動通信中云計算技術研究

近年來，無線通信技術得到了飛快的進步與發(fā)展，云計算也不再僅受限于個人電腦。在這個網(wǎng)絡無處不在的信息時代，隨著網(wǎng)絡流動性的不斷增強，把云計算資源有效應用于移動網(wǎng)絡，從而融合發(fā)展出移動云計算這個新領域已經(jīng)成為重要發(fā)展方向和必然發(fā)展趨勢。因此，移動云計算是將移動計算、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)有效結合的產(chǎn)物?；谠朴嬎愕囊苿油ㄐ畔到y(tǒng)是以互聯(lián)網(wǎng)交互模式為前提的，利用無線通信技術把移動設備的待處理數(shù)據(jù)遷移至云端虛擬處理器進行計算，這種計算方式一方面可以有效降低移動終端的任務處理時間，另一方面還可以在很大程度上減少移動設備的能耗，提升設備電池的待機時間，從而能夠有效增強客戶體驗。然而，云計算過程卻具由終端到云端通信的能量消耗和等待處理時延等缺點。怎樣才能有效平衡數(shù)據(jù)卸載的通信損耗能量及移動設備數(shù)據(jù)處理的能量消耗，對移動設備的任務執(zhí)行時間和等待時延等進行優(yōu)化成為我們面臨的重要問題，也是移動云計算技術面臨的一大難題，只有加以解決才能進一步提升移動設備的使用效率，更好地滿足用戶的需求。

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

3.2 移動云計算能耗優(yōu)化新方法研究

移動終端和云端任務之間的調度是移動通信云計算面臨的重要問題，此外，移動通信系統(tǒng)的云計算還受到到無線信號、傳輸功率等一系列因素的影響和制約。我們必須對傳統(tǒng)能耗最優(yōu)的優(yōu)化處理和切換策略進行完善，制定出可以并行處理的云計算能耗優(yōu)化新方法，從而進一步降低設備終端的能耗，提升設備的應用效率。為此，需要建立融合能量采集與云計算的移動通信系統(tǒng)，提升移動通信系統(tǒng)的吞吐量，進一步提升移動通信系統(tǒng)的性能。

3.3 基于移動云的通信系統(tǒng)研究

因受到頻譜資源的制約，移動通信的運營商對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設備能耗的前提下，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，同時減少通信延遲時間。Deviceto-Device通信技術就是一種可以有效提升資源利用效率的一種通信技術，不僅可以減少通信用戶的設備能耗，還對系統(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。通過這種技術用戶數(shù)據(jù)無需經(jīng)過蜂窩網(wǎng)絡中轉就可以直接在移動設備之間進行傳輸，例如，視頻文件、互動游戲和社交內容等?；贒eviceto-Device技術的通信系統(tǒng)可以有效減少大文件流量數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡帶來的下行傳輸壓力，另外還能夠提升設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、社交應用等相關內容的發(fā)送和蜂窩網(wǎng)絡流量卸載等在很大程度上擴大了Device-to-Device通信的應用范圍。

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

4 總結

隨著無線通信技術的發(fā)展和云計算技術的不斷進步，在二者相互融合的過程中產(chǎn)生了新的無線通信云計算技術，這就是移動云計算，這種技術可以有效將移動設備終端與互聯(lián)網(wǎng)云端相連，通過將移動設備的應用、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲遷移至云端進行計算和存儲而有效降低了對移動設備硬件的要求，此外還能夠有效降低移動設備的能耗，延長續(xù)航時間，提升客戶體驗?？梢娨苿釉朴嬎慵夹g是無線通信技術和云計算融合發(fā)展的重要方向，我們需要不斷對基于移動云的通信系統(tǒng)進行研究，降低系移動通信系統(tǒng)的能耗，提高系統(tǒng)處理任務的速度和效率，減少任務執(zhí)行時的等待時間，從而提高系統(tǒng)性能。

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