مدل محاسبات ابری موبایل مبتنی بر تکه ابر دینامیک انرژی آگاه برای محاسبات سبز

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

2 مفاهیم و مدل

2-1 محاسبات سبز

2-2 محاسبات ابری موبایل

2-3 تکه ابرها با برنامه‌ریزی دینامیک

2-4 سرویس وب

3 مثال انگیزشی

4 الگوریتم

4-1 الگوریتم DECM

جدول 1. نمادهای اصلی استفاده شده در این مقاله و تعاریف.

جدول 2. الگوریتم ماژول مبتنی بر تکه ابرهای دینامیک برای تعیین سرورهای ابر 

4-2 فرمولاسیون بازگشتی

5 آزمایش و نتایج

جدول 3. مصارف انرژی و عملکردهای بین ماژول‌های مبتنی بر تکه ابر مختلف.

جدول 4. هزینه‌های کل کمینه با ظرفیت‌های عملکرد مقایسه شده تحت قیود زمانی مختلف برای DECM.

شکل 5. نتایج آزمایشی. (a) نتیجه‌ی روش DECM که بر روی عملکرد انرژی آگاه تمرکز دارد (خط  علامت‌گذاری شده توسط Emin نشان دهنده‌ی انرژی آگاه‌ترین مسیر است و خط با عنوان Emax پر هزینه‌ترین مسیر تولید شده با اتخاذ DECM است). 98 (b) نتیجه‌ی روش DECM که بر روی عملکرد انرژی آگاه تمرکز دارد (خط 99 دارای نشان Pmax نشان دهنده‌ی بالاترین سطح مسیر ارتباطی وایرلس و خط با عنوان Pmin مسیری است که کمترین سطح کیفیت را ایجاد می‌کند).

شکل 6. نتایج آزمایشی برای دو روت در قیود زمانی مختلف. (a) نتیجه‌ی روش DECM که سطح کیفیت ارتباط وایرلس را با مصرف انرژی متناظر در 17 قید زمانی را نشان می‌دهد. (b) نتیجه‌ی روش DECM که سطح کیفیت ارتباط وایرلس با مصرف انرژی متناظر در 23 قید زمانی را نشان می‌دهد. (c) نتیجه‌ی روش DECM که سطح کیفیت ارتباط وایرلس با مصرف انرژی متناظر در 26 قید زمانی را نشان می‌دهد. (d) نتیجه‌ی روش DECM که سطح کیفیت ارتباط وایرلس با مصرف انرژی متناظر در 30 قید زمانی را نشان می‌دهد.

جدول 5. مصارف انرژی و عملکردها برای چهار ماژول.

جدول 6. کمترین هزینه‌ی کل با ظرفیت عملکرد محاسبه شده تحت قیود زمانی مختلف برای یک DECM.

شکل 7. گردش کار تصویری از DECM برای مثال انگیزشی

6 نتیجه‌گیری‌ها

اعمال محاسبات ابری موبایل (MCC) برای قادر ساختن کاربران موبایل جهت بهره‌گیری از محاسبات ابری توسط یک روش دوستانه‌ی محیطی استراتژی موثر برای براورده کردن نیازهای صنعتی کنونی است. به هر حال، محدودیت‌های پهنای باند وایرلس و ظرفیت دستگاه موانع مختلفی، از قبیل تلفات انرژی زیاد و معطلی تاخیر، هنگام استفاده از MCC ایجاد کرده است. جهت رسیدگی به این مسائل، یک مدل محاسبات ابری موبایل مبتنی بر تکه ابر دینامیک انرژی آگاه (DECM) ارائه کرده‌ایم که بر روی حل مصرف انرژی اضافه در طی ارتباطات وایرلس با به کارگیری مدل مبتنی بر DCL دینامیک تکه ابر تمرکز دارد. در این مقاله، مدل‌مان را توسط شبیه‌سازی سناریوی واقعی و ارائه‌ی نتایج قوی برای ارزیابی‌ها، امتحان کردیم. در این مقاله دو مورد اصلی مطرح است. اول، این مقاله اولین کاوش در حل مسئله‌ی تلفات انرژی در محیط شبکه‌ی دینامیک است. دوم، مدل ارائه شده رهنمودی برای تحقیقات آینده و پشتیبانی‌های نظری ارائه می‌کند.

محاسبات ابری موبایل (MCC) امری حتمی از توسعه‌ی تکنولوژی‌های مبتنی بر اینترنت چندگانه است، که کاربران موبایل را قادر می‌سازد تا از محاسبات ابری بهره‌مند شوند و به محاسبات سبز با استفاده از دستگاه‌های موبایل خود دست یابند (سبحاروال و همکاران، 2013؛ بونیمو و همکاران، 2013). این تکنولوژی اساسا از سه بخش استخراج می‌شود، شامل محاسبات موبایل، اینترنت موبایل، و محاسبات ابری. ترکیب مزیت‌های تکنیک‌های چندگانه، پردازش دیتای آفلود و ذخیره‌ی سرورهای مبتنی بر ابر را قادر می‌سازد (هوانگ و همکاران، 2011؛ کومار و لو، 2010). به هر حال، پشت مزیت های اتخاذ این روش، اعمال MMC هنوز با چالش‌هایی مواجه است که عملکرد آن را محدود می‌کند، از قبیل مصرف بیش از حد انرژی در حالی که ارتباطات وایرلس ضعیف هستند (گوان و همکاران، 2011). حفظ سیگنال‌های وایرلس جستجوگر می‌تواند توان دستگاه‌های موبایل را dry out کند، که ممکن است موجب تلفات انرژی ناخواسته شود (هان و همکاران، 2011). در این مقاله، یک مدل دینامیک پیشرفته، مدل محاسبات ابری موبایل مبتنی بر تکه ابر دینامیک با در نظر گرفتن انرژی (DECM)، که از تکنیک تکه ابر برای اختصاص دادن، مدیریت، و بهینه‌سازی استفاده‌های زیربنایی مبتنی بر ابر و سرویس‌هایی برای رسیدن به محاسبات ابری استفاده می‌کند. این مدل از برنامه‌ریزی دینامیک برای کمک کردن به منابع محاسبات ابری تکه ابر در یک محیط عملکردی در حال تغییر استفاده می‌کند. هدف DECM برآوره کردن نیازهای عملی صنعت موبایل است چون که المان‌های مختلف می‌توانند تاثیرات عمده‌ای بر روی کیفیت سرویس‌های ابری داشته باشند. برای مثال، کاربران موبایلی که از سرویس‌های نقشه استفاده می‌کنند شدیدا متکی به سرعت ارتباطات وایرلس هستند هنگامی که دستگاه‌های موبایل به سرعت در حال حرکت هستند. با این وجود، ارتباطات وایرلس ناپایدار و غیر موثر معمولا عمر باطری را کوتاه می‌کنند. محققین و دانش پژوهان بسیاری به نتایج مختلفی در محاسبات ابری موبایل انرژی آگاه در تحقیقات قبلی دست یافته‌اند. این تحقیقات در جنبه‌های مختلفی می‌باشد (گوپتا و روی، 2013). ژو و تیم او (یانگ و همکاران، 2014) یک سیستم محاسبات ابری مجازی مبتنی بر اعمال (task oriented) زمان حقیقی توسعه داده‌اند که به منظور رسیدن به برنامه‌ریزی انرژی آگاه در کارهای اخیر خود طراحی کرده‌اند. راه حل ارائه شده (یانگ و همکاران، 2014) دارای هدف ترکیب انواع الگوریتم‌های برنامه‌ریزی انرژی آگاه با استفاده از یک سیاست بهینه‌سازی افق نوردی (rolling-horizon) است. به هر حال، این روش استفاده‌ی پویایی را در نظر نگرفته است و تحقیق مشابه که بر روی سیستم‌های محاسبات ابری انرژی آگاه تمرکز دارد توسط دانش پژوهان دیگر انجام داده شده است (مزماز و همکاران، 2011؛ بلوگلازوف و بویا، 2010؛ برل و همکاران، 2010). علاوه بر این، به عنوان یکی از تکنیک‌های هسته ای در محاسبات ابری، ماشین مجازی (VM) یک روش موثر برای ساخت دیتا سنتر مبتنی بر ابر برای رسیدن به محاسبات سبز در نظر گرفته است (آکسانلی و همکاران، 2012). با این وجود، VM فقط یک روش ارائه‌ی سرویس است که بیشتر نوآوری‌های فنی را ندارد، اگر چه VM به طور وسیع در گسترش صنعت تکنولوژی اطلاعات (IT) سبز استفاده شده است، از قبیل پردازش دیتای سبز، ذخیره، و انتقالات (بالیگا و همکاران، 2011؛ لی و زومایا، 2012؛ خیاوو و همکاران، 2013). بر اساس نیازهای صنعتی، مدل گسترش پیشرفته‌مان، DECM، مکانیزمی منحصر به فرد برای جلوگیری از اتلاف انرژی ارائه می‌کند وقتی که کاربران از محیط شبکه‌ای پیچیده و ناپایدار دچار دشواری می‌شوند. این مدل گونه‌ای از سرویس وب است که بر روی ارتباطات موثر بین دستگاه‌های کاربر و سرورهای ابری تمرکز دارند. شکل 1 یک مدل مفهومی از DECM را نشان می‌دهد. سه قسمت اصلی DECM شامل دستگاه موبایل، تکه ابرها با جستجوی دینامیک، و محاسبات ابری است. ارتباط بین تکه ابر و جستجوی دینامیک آن است که تکه ابرها یک پلتفورم عملیاتی ارائه می‌دهند که در آن جستجوی دینامیک اجرا می‌شود. روند تحویل سرویس توسط جهات پیکان‌ها دنبال می‌شود. دستگاه‌های موبایل درخواست‌های سرویس را به نزدیک‌ترین تکه ابر ارسال می‌کنند قبل از اینکه درخواست‌ها به سرورهای ابری برسند. تکه ابرها سرورهای ابر را برای عملکرد بهتر سرویس، که توسط گروهی از قیود از قبیل مکان‌های سرور نزدیک یا پایداری شبکه است، تخصیص می‌دهند. برنامه‌ریزی دینامیک در تکه ابرها برای تطبیق زمینه‌ی در حال تغییر ثابت، اعمال می‌شود. انتخاب بهترین جواب به دست آمده توسط تکه ابرهای مبتنی بر دینامیک جز اصلی DECM است، که انتظار می‌رود تا از اتلاف انرژی هنگام سوئیچ سرورهای ابر یا شبکه‌های وایرلس جلوگیری کند. ما مثالی انگیزشی که روش‌های اصلی تطبیق DECM را شرح می‌دهد را توسعه دادیم. اجرای این مثال یک شبیه‌سازی است که توسط مدل ارائه شده دنبال شده است. شکل 2 اصول اساسی DECM را نشان می‌دهد. در مقایسه با سرویس‌های وب کلاسیک، منطق‌های تجارت توسط تکه ابرها اشاره می‌شوند که از برنامه‌ریزی دینامیک برای جستجوی سرویس‌های ابری موثر استفاده می‌کنند. این تفاوت یک session اصلی در مدل‌مان است، که کاربردهای منابع ابری در ابر موبایل را بهینه می‌کند. اطلاعات با جزئیات در مورد اصول اساسی برای DECM در بخش های بعدی داده شده است. این مقاله دارای دو مورد اصلی است. 1 این تحقیق اولین تلاش در زمینه‌ی عملیاتی بودن تکه ابرها به منظور رسیدن به عملیات انرژی آگاه در محیط شبکه‌ای دینامیک است. 2 نتایج این تحقیق پشتیبانی‌های نظری و اکتشافی را ایجاد می‌کند. این مدل ممکن است به حوزه‌های مختلف برده شود و اعمال شود. این مدل ممکن است قادر به انتقال و اعمال کردن در چندین صنعت شود، که به تحقیقات بیشتری برای شناسایی و اثبات دارد ادامه‌ی این مقاله به این صورت است. توضیحاتی در مورد DECM در بخش 2 ارائه کردیم. در ادامه‌ی توضیح این مدل، یک مثال در بخش 3 ارائه شده است تا اجرای DECM در واقعیت نشان داده شود. بخش 4 الگوریتم DECM را ارائه و بررسی می‌کند. نتایج آزمایشی در بخش 5 آورده شده است. نتیجه‌گیری‌ها در بخش 6 ارائه شده است.