本文關鍵詞：移動云計算中的資源調度與節(jié)能問題研究

  更多相關文章： 移動云計算 移動互聯(lián)網(wǎng) 云計算 資源調度 能耗 服務質量

【摘要】：移動云計算是一種將移動互聯(lián)網(wǎng)與云計算相結合的新技術,用戶可將數(shù)據(jù)的計算和存儲等工作遷移至云端來改善其移動終端處理能力弱、存儲空間小以及電池續(xù)航時間短等缺點。隨著移動云計算的發(fā)展,用戶對云服務的需求與日俱增,對服務質量和能耗等性能提出了更高的要求。然而,云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)屬于兩種不同的技術,通常由兩個不同的供應商來提供資源,缺乏統(tǒng)一的部署和管理,這給移動云計算系統(tǒng)的性能帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文以改善云供應商的效益、業(yè)務的服務質量和移動終端的能耗為基本目標,從虛擬機(VM)調度、應用聯(lián)合執(zhí)行、業(yè)務接入控制以及傳輸調度四個方面對移動云計算中的資源調度與節(jié)能問題展開了研究。本文主要工作及研究成果如下：(1)本文研究了適用于移動云計算環(huán)境的計算資源調度方法。針對移動云計算系統(tǒng)給用戶分配計算資源受小區(qū)網(wǎng)絡帶寬限制的場景,提出了一種帶寬受限的VM動態(tài)調度算法,該算法根據(jù)用戶對計算資源和網(wǎng)絡帶寬的需求情況,采用真實拍賣方式來為用戶分配VM。理論分析與仿真結果表明,所提算法能夠有效地改善云供應商的系統(tǒng)效益和資源利用率。針對移動云計算系統(tǒng)可控制小區(qū)網(wǎng)絡帶寬的場景,采用Stackelberg博弈對用戶與云供應商之間的VM買賣過程進行了分析,證明了納什均衡點的存在性和唯一性,并提出了一種VM定價與分配算法,該算法可通過VM的價格來控制用戶訂購VM的數(shù)目,減少網(wǎng)絡擁塞。理論分析與仿真結果表明,所提算法能同時優(yōu)化云供應商和用戶的效益。(2)本文研究了移動云計算系統(tǒng)中移動終端與云端聯(lián)合執(zhí)行移動應用的方法。移動應用往往由一系列的任務組成,且將計算負荷小、輸入和輸出數(shù)據(jù)量大的任務遷移至云端執(zhí)行會增加移動終端的能耗開銷。針對這一問題,研究了由串行任務組成的移動應用。利用一次遷移最優(yōu)特性來設計遺傳算法的交叉和變異操作,提出了一種一次遷移遺傳算法,該算法可有效地提高收斂速度。理論分析與仿真結果表明,所提算法能在滿足應用執(zhí)行時間限制的同時最小化移動終端的能耗。研究了由并行任務組成的移動應用。利用這類任務可在云端同時執(zhí)行的特點,以任務的計算負荷、輸入和輸出數(shù)據(jù)量為依據(jù),并根據(jù)拉格朗日優(yōu)化方法,提出了一種并行任務聯(lián)合執(zhí)行算法,該算法可快速地獲取最優(yōu)解。理論分析與仿真結果表明,所提算法能實現(xiàn)應用執(zhí)行時間限制與能耗的折衷,能在滿足應用執(zhí)行時間限制的同時最小化移動終端的能耗。(3)本文研究了移動云計算中的業(yè)務接入控制方法。根據(jù)移動云計算中的業(yè)務特點,將所有業(yè)務分為實時業(yè)務和非-實時業(yè)務兩類。針對用戶在切換時使用實時業(yè)務的場景,根據(jù)實時業(yè)務在發(fā)起時阻塞與切換時阻塞對系統(tǒng)效益影響的不同,采用按呼叫強度分配信道的方式,提出了一種動態(tài)門限接入控制算法。理論分析與仿真結果表明,所提算法能夠在保證切換用戶服務質量的同時最大化系統(tǒng)效益。針對多種業(yè)務同時到達的場景,采用實時業(yè)務優(yōu)先傳輸?shù)姆绞?利用馬爾科夫ON/OFF模型對兩類業(yè)務的交付過程進行了分析,根據(jù)凸優(yōu)化方法,提出了一種業(yè)務自適應接入控制算法。理論分析與仿真結果表明,所提算法不僅可以提高信道利用率,而且還可以減少實時業(yè)務的阻塞率和非-實時業(yè)務的延時。(4)本文研究了移動云計算中的傳輸調度方法。針對云端通過多個信道向多個用戶交付業(yè)務數(shù)據(jù)的場景,根據(jù)李雅普諾夫優(yōu)化方法,提出了一種雙時間刻度調度算法,該算法能根據(jù)數(shù)據(jù)的積壓情況在合適的信道上分配業(yè)務數(shù)據(jù),并能根據(jù)信道狀態(tài)和數(shù)據(jù)積壓量來決定信道在當前時隙向哪個用戶交付業(yè)務數(shù)據(jù)。理論分析與仿真結果表明,所提算法可通過控制閥值來實現(xiàn)數(shù)據(jù)積壓量與傳輸能耗的折衷,與已有算法相比,所提算法可有效地減少移動終端的能耗。針對用戶位于傳輸速率不穩(wěn)定的區(qū)域時,在云端大量的訂購業(yè)務會導致較高的數(shù)據(jù)積壓量和傳輸能耗的問題,利用移動代理可引導用戶合理訂購業(yè)務的優(yōu)勢,提出了一種聯(lián)合業(yè)務訂購與交付的調度算法,該算法可根據(jù)控制閥值、信道狀態(tài)以及數(shù)據(jù)積壓情況來引導用戶合理的訂購業(yè)務,并能盡量選擇在信道狀態(tài)較好時向用戶交付業(yè)務數(shù)據(jù)。理論分析與仿真結果表明,所提算法能夠在有效地降低數(shù)據(jù)積壓量的同時減少傳輸能耗和業(yè)務訂購開銷。
【關鍵詞】：移動云計算 移動互聯(lián)網(wǎng) 云計算 資源調度 能耗 服務質量
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP393.01;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 符號說明11-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 移動云計算概述13-15
• 1.2.1 總體架構13-14
• 1.2.2 服務類型14-15
• 1.3 研究目的和意義15-17
• 1.4 研究現(xiàn)狀17-20
• 1.5 論文主要內容及結構安排20-23
• 第二章 移動云計算中的計算資源調度研究23-44
• 2.1 引言23-25
• 2.2 帶寬受限的VM動態(tài)調度算法25-36
• 2.2.1 系統(tǒng)模型25-26
• 2.2.2 拍賣博弈問題分析26-28
• 2.2.3 算法設計28-31
• 2.2.4 仿真分析31-36
• 2.3 VM的定價與分配算法36-43
• 2.3.1 系統(tǒng)模型36
• 2.3.2 Stackelberg博弈問題分析36-37
• 2.3.3 算法設計37-39
• 2.3.4 仿真分析39-43
• 2.4 本章小結43-44
• 第三章 移動云計算中的應用聯(lián)合執(zhí)行研究44-70
• 3.1 引言44-45
• 3.2 串行任務聯(lián)合執(zhí)行節(jié)能算法45-56
• 3.2.1 系統(tǒng)模型45-47
• 3.2.2 遷移特性分析47-50
• 3.2.3 算法設計50-52
• 3.2.4 仿真分析52-56
• 3.3 并行任務聯(lián)合執(zhí)行節(jié)能算法56-69
• 3.3.1 系統(tǒng)模型56-57
• 3.3.2 遷移特性分析57-60
• 3.3.3 算法設計60-64
• 3.3.4 仿真分析64-69
• 3.4 本章小結69-70
• 第四章 移動云計算中的業(yè)務接入控制研究70-93
• 4.1 引言70-72
• 4.2 動態(tài)門限接入控制算法72-79
• 4.2.1 系統(tǒng)模型72-73
• 4.2.2 優(yōu)化問題分析73-74
• 4.2.3 算法設計74-76
• 4.2.4 仿真分析76-79
• 4.3 業(yè)務自適應接入控制算法79-92
• 4.3.1 系統(tǒng)模型79-81
• 4.3.2 優(yōu)化問題分析81-83
• 4.3.3 算法設計83-86
• 4.3.4 仿真分析86-92
• 4.4 本章小結92-93
• 第五章 基于業(yè)務交付的傳輸調度研究93-116
• 5.1 引言93-95
• 5.2 李雅普諾夫優(yōu)化理論基礎95-96
• 5.3 雙時間刻度調度算法96-104
• 5.3.1 系統(tǒng)模型96-98
• 5.3.2 算法設計98-100
• 5.3.3 性能分析100-102
• 5.3.4 仿真分析102-104
• 5.4 聯(lián)合業(yè)務訂購與交付的調度算法104-115
• 5.4.1 系統(tǒng)模型104-105
• 5.4.2 算法設計105-107
• 5.4.3 性能分析107-110
• 5.4.4 仿真分析110-115
• 5.5 本章小結115-116
• 第六章 總結與展望116-119
• 6.1 論文總結116-117
• 6.2 未來展望117-119
• 參考文獻119-128
• 縮略語128-130
• 致謝130-132
• 攻讀博士期間發(fā)表的學術論文132-133

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本文編號：1128999