移動云環(huán)境下基于云服務(wù)感知的位置更新

徐杰勝1，2,李陽2

(1.山東煤礦安培中心信息中心,山東棗莊277101；2.棗莊移動公司網(wǎng)絡(luò)部,山東棗莊277100)

[摘要]由于移動設(shè)備續(xù)航能力的限制，如何平衡性能和能耗成為關(guān)鍵問題.為解決此問題，本文提出了基于云服務(wù)感知的位置更新機制，不同于傳統(tǒng)的周期性注冊更新，可以有效降低位置更新時間和消息傳遞次數(shù)，從而節(jié)省電量消耗.

[關(guān)鍵詞]云計算；移動設(shè)備；位置更新；云服務(wù)感知[收稿日期]2015-08-11

[作者簡介]徐杰勝(1975-)，男，山東棗莊人，山東煤礦安培中心講師，主要從事計算機科學(xué)研究.

[中圖分類號]G623.58 [文獻標(biāo)識碼]A

0引言

移動云計算處理需要在IP多媒體子系統(tǒng)中(IMS)進行[1].IMS是由3GPP、3GPP2、ETSI、TISPAN等標(biāo)準(zhǔn)化組織共同提出的一種架構(gòu)，它可以將多個異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)組合起來，并能在移動網(wǎng)中提供實時的IP多媒體應(yīng)用[2].目前關(guān)于移動云計算的研究主要是把移動設(shè)備上的應(yīng)用負載上傳的遠程服務(wù)器中處理以降低能耗[3].

1基于云服務(wù)的位置更新

1.1目的

為了刷新歷史注冊信息和通知網(wǎng)絡(luò)移動設(shè)備性能發(fā)生改變，移動設(shè)備需要初始化重新注冊進程.也就是說，重新注冊進程在兩種情況下會被觸發(fā)：一是移動設(shè)備周期性的向網(wǎng)絡(luò)報告其活動狀態(tài)(PRR)，二是手機性能改變(CCRR)[4].不同于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，移動云環(huán)境下的手機可以享受很多互聯(lián)服務(wù).接入云服務(wù)行為同樣可以表明移動設(shè)備是注冊狀態(tài).因此，利用會話建立和云服務(wù)接入來更新注冊定時器可以降低PRR時間，從而減少由于周期性重新注冊帶來的電量消耗.

1.2基于云服務(wù)感知的位置更新算法

將用戶的行為定義為關(guān)卡事件來通知IMS移動設(shè)備是否連接.關(guān)卡事件包括會話建立請求、CCRR事件或來自云服務(wù)監(jiān)聽器的發(fā)布消息.第一，進入或離開會話(IOS)事件：IMS接收來自移動設(shè)備發(fā)起的會話，或者移動設(shè)備接收IMS的會話請求并成功響應(yīng)，例如VoIP會話建立請求等.第二，云服務(wù)接入(CSA)事件：當(dāng)移動設(shè)備接入云服務(wù)時，云服務(wù)監(jiān)聽器向S-CSCF和P-CSCF發(fā)布接入事件.

由于異常事件(例如電池被拔出、走出服務(wù)區(qū)等)導(dǎo)致移動設(shè)備斷開網(wǎng)絡(luò)時，IMS將根據(jù)如下兩種情況檢查移動設(shè)備斷開的原因(如圖1a)：首先移動設(shè)備在t2時斷開網(wǎng)絡(luò)，定時器在t3時刻失效，并且在下一個會話到來之前(t4).在這種情況下，網(wǎng)絡(luò)會監(jiān)測出定時器的失效，并認(rèn)為移動設(shè)備已經(jīng)斷開連接.其次下一個會話(t8)發(fā)生在定時器失效之前(t9)，定時器不能及時更新.在這種情況下，IMS嘗試發(fā)送下一個會話消息給移動設(shè)備，建立失敗后，IMS認(rèn)為移動設(shè)備已經(jīng)斷開連接并終止下一個會話和定時器.然后會話建立、云服務(wù)接入和容量改變事件會更新定時器.當(dāng)這些事件發(fā)生時，位置信息將在t2時刻被動的更新.PRR事件將被延遲到t4時刻.但是當(dāng)沒有這些事件時，PRR將在t6和t7時刻恢復(fù)(如圖1b).重新注冊事件的推遲將不會影響IMS監(jiān)測未連接的移動設(shè)備.

圖1　位置更新和設(shè)備檢測事件的時間序列

2模型分析

PRR和CCRR事件發(fā)出注冊消息給IMS，IOS事件是發(fā)送和接收邀請消息.這些進程所產(chǎn)生的能耗取決于調(diào)制和編碼方式以及進程所要求的子幀個數(shù).但是，為了便于分析，認(rèn)為能耗和交換的消息大小成正比.因此，移動設(shè)備處理更新時間點事件所產(chǎn)生的能耗可以用Ce=L(L是消息長度)來表示.當(dāng)移動設(shè)備接入云服務(wù)時，云服務(wù)監(jiān)聽器通知S-CSCF完成CSA事件.在這個過程中，移動設(shè)備只需要應(yīng)用程序更新一下定時器.這個過程的能耗遠遠小于發(fā)送和接收SIP消息所產(chǎn)生的能耗.假設(shè)IOS、CCRR和CSA事件的到達服從泊松分布，并且相互獨立.當(dāng)IMS接收更新事件時，他將更新定時器，也叫做更新檢查點.由于多個泊松分布之和還是泊松分布，所以更新檢測點的到達率為：

λ=∑e={IOS,CCRR,CSA}λe

(1)

對于每一個更新點，任意一種事件的個數(shù)為λe/λ.所以每一個更新點的能耗是

(2)

IMS更新事件只包含CCRR，也就是說更新檢查點事接收CCRR.如圖2，更新檢查點的時間區(qū)間服從指數(shù)為λCCRR的指數(shù)分布，它的概率密度函數(shù)為：

f(λCCRR)=λCCRRe(-λ_CCRRt)

(3)

(4)

那么可以得出在兩個檢查點之間的概率是：

(5)

(6)

因此，PRR事件的能耗是

(7)

IMS位置更新和會話建立的總能耗是

TPowerIMS=PowerCCRR+PowerIOS+PowerPRR

(8)

圖2　兩個更新檢查點之間的PRR事件數(shù)

(9)

(10)

PRR事件的能耗是

(11)

由于CSA事件僅僅需要更新移動設(shè)備定時器，所以總的位置能耗包括CCRR、IOS、PRR事件產(chǎn)生的能耗.

TPowerCloud=PowerCCRR+PowerIOS+PowerPRR

(12)

3總結(jié)

IMS提供一種在移動云計算環(huán)境下基于IP的控制算法，能夠有效保證服務(wù)質(zhì)量和移動性管理.但是，考慮到云計算服務(wù)的特性和移動設(shè)備有限的續(xù)航能力，IMS位置更新機制效率較低.提出了優(yōu)化的位置更新方法能夠有效的解決用戶的移動性問題.周期性注冊的減少可以降低移動設(shè)備位置更新的能耗.

參考文獻

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[2]Dinh H, Lee C, Niyato D. A survey of mobile cloud computing architecture, applications, and approaches[J]. Wireless Communications and Mobile Computing,2011.

[3]Bellavista P, Csrella G. QoS-aware elastic cloud brokering for IMS infrastructures[A]. IEEE ISCC,2012:59-64.

[4]Rao W, Zhao K,et al. Energy-aware keyword search on mobile phones[J]. Sigcomm Workshop on Mobile Cloud Computing,2012:59-64.

[責(zé)任編輯：閆昕]