异构微云网络下的计算分流算法研究

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随着物联网技术的快速发展,移动设备作为通用的计算平台承载着越来越多功能复杂的移动应用。面对有限的计算资源与电池容量,用户可有效利用移动云计算(Mobile Cloud Computing,MCC)技术所带来的丰富云端资源提升本地设备的处理能力。作为部署在无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network,WMAN)中的公共基础设施,固定设施微云可以为用户提供基于固定微云资源的计算分流服务,通过任务迁移提升执行性能。但是单一的微云网络终究因受限于计算资源,而难以支撑呈爆炸性增长的用户分流请求,因此我们引入微云资源的异构性来增强分流服务的可靠性与可扩展性。受益于广泛存在的移动设备,其空闲的计算资源能够以自组织形式构成移动微云网络,实现资源共享。因此,我们在包含固定设施微云与移动微云的异构网络下,分别研究异构计算分流策略和移动微云网络下的计算任务分流,解决如何将异构计算资源有效集成在统一的分流服务中,共同完成应用的高效执行。针对异构计算资源的选取问题,本文提出了一种基于移动微云辅助的计算分流策略。当基于固定设施的微云网络无法提供满足用户需求的分流服务时,移动微云将作为辅助资源,承载当前分流失败的任务,保证应用的执行性能。在该策略中,固定微云将作为分流计算资源的首选,在与移动设备构成的二元网络中提供基于任务级的分流判决,实现能量最优的任务联合执行;如果当前固定微云节点因资源受限或服务器过载而无法接入时,首先将基于微云网络负载均衡的准则,判决能否通过任务转移实现当前任务的代理执行;如果分流失败,移动微云将在中央调度器的控制下,利用分流工作节点的分布式计算承载当前任务。仿真实验验证,相比单一资源环境,异构微云网络能够降低设备能耗达65%,同时满足应用的时限条件。为了实现异构分流策略中移动微云辅助计算的功能,针对计算分流可靠性的问题,本文提出了基于微云节点移动属性的中央任务分配算法,利用网络全局信息,将计算任务分配给可靠的工作节点完成远程执行。考虑到微云节点间的机会式通信与不可靠连接,为保证计算分流的成功率,首先根据移动微云的计算属性判定节点的分流资格;其次,面对不同的应用需求,分别以节点能耗均衡及任务最快响应为目标,实现计算子任务与分流工作节点的最优匹配,并通过仿真验证了中央任务分配算法对网络生命周期的延长及应用响应速度的提升。同时,为了实现中央调度器全局信息的获取,本文提出了一种基于簇链结构的低功耗信息汇聚机制,通过动态帧设计与移动性管理完成微云节点数据的周期性传递与汇聚。仿真验证了信息汇聚机制40%的能量效率提升及稳定的数据包传递成功率。综上,本文提出的异构分流策略及任务分配算法能够基于中央调度器有效结合固定微云与移动微云的计算资源,提升分流服务的可靠性及计算平台的可扩展性。
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