الگوریتم غیرمستدل جهت تخلیه بار محاسبات به چندسایت در رایانش ابری موبایل

چکیده

واژگان کلیدی

1. مقدمه

2. فرمول‌بندی مسئله

2.1 داده ورودی

2.2 برونداده‌ها

2.3 قید

2.4 مقادیر ضابطه‌‌ها

3. شرح الگوریتم

الگوریتم 1: الگوریتم 1: الگوریتم غیرمستدل

4. ارزیابی 

4.1 فضای آزمایش

4.2 طرح آزمایش

جدول شماره 1: دامنه مقادیر استنادی

4.3 نتایج آزمایش

جدول شماره 2: مقایسه نتایج و زمان محاسبات الگوریتم HA و جستجوی جامع مسئله‌ای با 10 وظیفه و 15 سرویس

تصویر شماره 2: اثر تعداد خدمات

5. نتیجه‌گیری و مطالعات آتی

به واسطه محدودیت دستگاه موبایل از نقطه نظر عمر باتری و قدرت پردازش، رایانش ابری موبایل(MCC)، به گزینه‌ای جالب توجه در اهرم نمودن این نقص و کمبود در شرایط تخلیه بار محاسبات موبایل در ابر- که تحت عنوان تخلیه بار محاسباتی موبایل اطلاق می‌شود- تبدیل گردیده است. تحقیقات موجود در حیطه تخلیه بار محاسباتی موبایل، شامل تخلیه بار محاسبات موبایل به یک ابر واحد می‌گردند. معذلک، در دنیای واقعی، خدمات محاسبات را می‌توان از طریق چندین ابر و هر سرویس محاسباتی فراهم نمود. از این رو، مسئله پژوهشی جالب و جدید در حیطه تخلیه بار محاسباتی، چگونگی گزینش سرویس محاسباتی جهت هر یک از وظایف محاسباتی موبایل نظیر زمان محاسبات در هر موبایل، محاسبه انرژی دستگاه موبایل، و کمینه داشتن هزینه بکارگیری سرویس‌های محاسباتی می‌باشد. در این پژوهش، مسئله تخلیه بار محاسبات به چندسایت در رایانش ابری موبایل، با پیشنهاد الگوریتمی غیرمستدل جهت مسئله تخلیه بار محاسبات به چندسایت فرمول‌سازی گردیده؛ و ارزیابی الگوریتم، ارائه خواهد شد.

رایانش ابری فراهم کننده خدماتی ست که مشتریان، در قالب پردازش و ذخیره، بدون نیاز به نصب سخت‌افزار جانبی دریافت می‌نمایند. با افزایش شمار کاربران موبایل، مفهوم رایانش ابری موبایل(MCC) نمود بارزتری یافته است. دینه، لی، نیاتو، و وانگ، MCC را به عنوان ابری تعریف می‌نمایند که فراهم کننده پردازش داده و سرویس‌های ذخیره جهت کاربران موبایل است[6]. بررسی‌ها گواه آنند که سرعت بالای پردازش و ظرفیت قدرتمند حافظه دستگاه موبایل، چندان حائز اهمیت نیستند؛ زیرا ابرها، می‌توانند تمامی ماژول‌های رایانشی پیچیده را پردازش نمایند. از این رو، دستگاه موبایل قادر است مزایای سرویس‌های ابری در اجرای مقادیر کلانی از محاسبات( دستورالعمل‌ها) را- که تحت عنوان تخلیه بار محاسبات اطلاق می‌گردد- به دست آورد. کومار و لو ثابت نموده‌اند که تخلیه بار محاسبات، جهت تکالیف شدیداً محاسباتی سودمند و مفید واقع می‌گردد[10]. به منظور بهبود عملکرد محاسباتی موبایل، تکالیف محاسباتی را می‌توان در چندین ابر تخلیه نمود. انگیزه اصلی استفاده از چندین ابر، توانائی این امر در ارائه قیمت‌های متفاوت در عملکردهای متفاوت نظیر زمان محاسبات است[11]. افزون بر این، هدف طراحان برنامه‌های کاربردی ممکن است حصول اهداف عملکردی متفاوت(نظیر، خروجی، قابلیت اطمینان، هزینه و...) باشد. این مقصود، از رهگذر استفاده و کاربرد منابع در تأمین‌کنندگان ابری که دارای ظرفیت‌های عملکردی و قیمت‌های دریافتی متفاوت هستند، مقدور می‌گردد. تخصیص منابع چندابری نیز، از ناحیه بهترین ترکیب سرویس‌های محاسباتی از جانب تأمین‌کنندگان چندابری منتفع می‌شود[14]. مطالعات‌ها و یافته‌ها حاکی از آنند که بخش عمده کارکرد تخلیه بار محاسبات صرفاً، با لحاظ یک تأمین‌کننده ابری منفرد صورت می‌پذیرد[4,5,8,9]. در این راستا، وو و هوانگ، ترکیب خدمات ابری موبایل را پیشنهاد می‌نمایند؛ در حالیکه، هیو، کیم، و سوه، تسهیم تکالیف میان چندین ابر، جهت کاهش تأخیر در بازی‌های آنلاین را توصیه می‌دارند. معذلک، شواهد گواه آن هستند که مسئله زمان‌بندی، در هیچ یک از پژوهش‌های ایشان لحاظ نگردیده است[7,15]. در عین حال، تخصیص منابع چندابری و عملیات زمان‌بندی، در حیطه این موضوع در دستگاه‌های موبایل مدنظر قرار داده نشده[3,2,13,14]؛ اما پژوهش حاضر، چندین هدف را- به عوض بررسی موردی و مجزا- به بررسی و رسیدگی نهاده است. اگرچه تخلیه بار محاسبات به چندسایت، بارها موضوع بررسی‌ و ارزیابی‌ها بوده؛ لیکن همواره صرفاً یک تأمین‌کننده رایانش ابری، لحاظ گردیده است. حتی در شرایط مدنظر داشتن چندین ابر نیز، تنها بخش تعیین تکلیف یا نگاشت پوشش داده شده‌اند. در صورتیکه، در مورد جریان کاری تکالیف محاسباتی، تکالیف می‌باید زمان‌بندی گردند. اقدامات در زمینه تخلیه بار به چندین ابر نیز، مسائلی نظیر انرژی، زمان محاسبات، و قیمت را به طور همزمان مدنظر نمی‌دارد. هدف این پژوهش، تعیین جریان کاری تکالیف محاسباتی جهت سرویس‌های فراهم شده توسط ابرها یا دستگاه موبایل، و همچنین زمان‌بندی آنها، در عین کمینه نمودن نیاز کلی کاربر موبایل به انرژی، زمان اجراء، و قیمت است. از نقطه نظر محاسبات، مسئله تعیین و زمان‌بندی جریان کاری تکالیف محاسباتی، نوعاً به عنوان مسئله‌ بهینه‌سازی ترکیبیاتی مقید مطرح می‌گردد. اگرچه فرض می‌شود که ابرها- به واسطه ویژگی‌های چندمستأجری، همواره قادر به فراهم نمودن امکان اجراء تکالیف می‌باشند؛ اما دستگاه موبایل از سوی دگر، تصور می‌شود که صرفاً قادر است به شمار مشخصی از وظایف در یک زمان، رسیدگی نماید. از نمونه سناریوهای کاربردی MCC زمانی ست که کاربر موبایل، به کشوری خارجی سفر نموده؛ یا در مسیریابی، دستخوش مشکل می‌گردد. از آن رو که سیستم موقعیت‌یاب جهانی(GPS) به تنهایی، جهت مسیریابی کافی نیست؛ کاربر می‌تواند با ثبت عکس یا ضبط ویدئو و ارسال آن به ابر جهت پردازش، اطلاعات لازم جهت مسیر موردنظر خویش را کسب نماید. این امر شامل قدرت پردازش بالا جهت استخراج ویژگی‌ها، و تطبیق با مخزن بزرگ نیز می‌باشد[16]. بدین ترتیب، داده‌های پردازش شده، اطلاعات لازم درخصوص موقعیت مکانی کاربر را در اختیار وی می‌نهند. کاربر همچنین ممکن است خواهان استفاده از رسانه‌های اجتماعی جهت وبلاگ‌نویسی خودکار- همچنان که در منبع [12] اشاره شده- و کاربرد خدمات ترجمه- همانگونه که در منبع [1] تأکید گردید- باشد. معذلک، کاربر موبایل، به واسطه اموری نظیر عمر باتری دستگاه، زمان‌سنجی و بودجه مالی خویش، محدود گردیده است. در عوض تکیه و اعتماد به یک تأمین‌کننده واحد خدمات رایانش ابری، کاربر موبایل می‌تواند تأمین‌کنندگان بیشتر، همراه با خدمات و ظرفیت‌های متفاوت را انتخاب نماید. از آن رو که پژوهش حاضر، تحقیق مقدماتی پیرامون این مسئله است، الگوریتمی غیرمستدل جهت بهبود بیشتر کیفیت راه حل‌ها پیشنهاد می‌گردد. متفاوت از سایر الگوریتم‌های موجود در حوزه مبحث تخلیه بار محاسبات به چندسایت، این الگوریتم غیرمستدل جدید، زمان‌بندی تکالیف محاسباتی در تأمین‌کننده ابر و دستگاه موبایل را به همراه امکان بررسی همزمان سه معیار مصرف انرژی دستگاه، زمان اجرای تکالیف، و قیمت دریافتی جهت خدمات، فراهم می‌نماید. سایر مطالب این پژوهش، به ترتیب پیرو می‌باشند. نخست، مسئله پژوهش در بخش 2، فرمول‌بندی گردیده؛ و پس از آن، در بخش‌های 3 و 4، به ترتیب، الگوریتم غیرمستدل، و نتایج ارزیابی ارائه شده‌اند. در نهایت، نتیجه‌گیری‌ها و مطالعات آتی، در بخش 5 مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند.