移动云计算仿真平台的设计与实现

姚瑶++王燕++王战红

摘要：移动云计算这种新兴的、发展迅速的计算模式是工业领域和学术领域研究的热点。然而目前云计算研究项目最大的挑战是缺乏一个全面系统的实验框架。该文搭建了移动云计算的模拟仿真环境平台。该实验平台可以用于评价类似处理器、存储元件和网络应用等移动云组件。该框架基于顶层的CloudExp框架搭建而成，CloudExp框架主要用于提供了任何云系统都需要的云模块。此外，移动云计算的实验框架可以用来模拟大数据的生成和处理方案。最后，该文通过实验案例验证了该平台的性能。

关键词：移动云计算；仿真；微云；CloudExp框架

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）17-0235-02

The Design and Implementation of Simulation Platform for Mobile Cloud Computing

YAO Yao1，WANG Yan1，WANG Zhan-hong2

（1.School of Information Engineering，Zhongzhou University， Zhengzhou 450044， China； 2.Department of Police Technology，Railway Police College， Zhengzhou 450053， China）

Abstract： Mobile cloud computing is emerging and developing rapidly.It is a hot spot in the field of industry and academic research.However，the biggest challenge is the lack of a comprehensive system of experimental framework.In this paper，a simulation platform is built for mobile cloud computing.The experimental platform can be used to evaluate the analysis of mobile cloud components such as processor，memory，and network applications.The framework is based on the top of the CloudExp framework to build.CloudExp framework is mainly used to provide any cloud system needs of the cloud module.In addition，the experimental framework of the mobile cloud can use CloudExp's ability to simulate large data generation and processing scheme.Finally，the performance of the platform is verified by experiments.

Key words： Mobile Cloud Computing（MCC）；Simulation；Cloudlet；CloudExp Frame

1 引言

当今时代智能手机、平板电脑等手持移动设备的应用呈现泉涌之势，然而，移动时代商业模式蒸蒸日上的同时，也出现了一些新的问题，比如连接问题，有限的带宽，安全漏洞等等。为了解决这些棘手的问题可采用云计算技术和移动互联网技术相融合，即为移动云计算（MCC）。将移动设备上的密集计算迁移到云基础设施上，并将存储容量大的数据存储到云存储中。用户可以方便的检索任何期望查询的数据。

本文提出的MCC框架结构不仅满足现有的网络拓扑结构和大数据集，而且提供GUI接口能够轻松拖放微云和实体，从而定义他们的属性、移动、数据包大小和速率，并在设计领域建立的部件之间的连接，最终实现网络拓扑结构的定制。

2 MCC实验平台的搭建与实现

2.1MCC模拟器框架

MCC的实质是数据流管理系统，这意味着数据流将以一定的速率从终端实体流向企业云。与其它模拟器类似，为描述数据包大小、样式和速率，MCC为用户提供了专门的软件设计工具。层次化的结构用来组织网络中的数据流以及在设计领域部署微云。微云系统即具备了一个较小规模的云系统的能力。从一个工作站到一个复杂的物理服务器集不等。微云使用虚拟化中间件将其硬件组成一套虚拟元件封装在虚拟机（VM）中。每个虚拟机均可以分配到一个可用的硬件资源的一部分。更大的内存容量有助于微云系统支持更多的高效率的虚拟机。它还包含一个中等大小的存储容量可达到千兆规模的一组处理器。同时，微云系统必须配置一组收发器，用以接收和发送数据包到实体。

2.2 MCC特性

MCC平台主要由三部分组成：建模或设计，模拟或执行，研究分析。在设计组件，MCC包含了大量内置图形设置实体和微云部署，创造了一切终端实体和云之间的数据流可能产生的种类。

本文提出的MCC实验框架以CloudExp为基础，并在此基础上做了许多新的改进和对它上层的扩展。这些增强和扩展包括：

（1）动态负载生成器模拟移动设备发出的大规模数据的集成性；

（2）对不同移动设备的流动性情况的可兼容性；

（3）CloudExp平台下MapReduce框架能够规范化处理并行数据和大数据问题的可兼容性；

（4）包含了基于MCC实验的微云新概念；

（5）提供了简单配置框架从而保证了方便快捷的实验设计过程以及实验结果生成速率。

2.3数据通信

本文的实验方案中采取Wifi通信方式。如果使用WiFi技术的数据包传输需耗电30MW和0.045毫秒延迟。另一方面，与Wifi技术相比，长传输范围的蜂窝网络连接能够发送数据包到从任何位置所覆盖的蜂窝网络的云，这通常是一个广泛的地理区域。如果使用蜂窝网络通信技术，数据包的传输功率为300MW以及0.45毫秒延迟。比较发现，采用蜂窝网络的通信技术在电力方面的成本是非常昂贵的，而对于Wifi技术而言传输延迟和连接成本几乎是免费的。因此，在微云系统较为薄弱并存在大量用户的情况下，使用Wifi通信技术对于支持整体系统的可扩展性变得尤为重要。

3 实验结果与分析

实验目的是测试MCC框架的灵活性，即部署微云的MCC功耗和延迟性能。实验有500人在800×800米的区域内进行，时间为1小时。其中每个用户被随机安排在不同的点上，使用实际生活中的应用，以2m/s的速度在封闭的空间内运动，利用0.1Hz的WIFI技术发送一个数据包到云端。

图1、图2分别显示了不同数量的微云的情况下，平均传输功率和延迟的不同。图1表明，微云为零的情况下，在功率和延迟方面表现最差，传输功率为300MW，延时为0.45ms。随着单位面积微云的数量不断的增加，功耗和延迟数据都有减小的趋势。最终得出的结论是增加用户的数量可以减少功率和时间延迟，从而降低用户的成本。

4结语

随着MCC技术的广泛应用，本文介绍了一种完整、灵活的MCC实验平台。文中首先介绍了MCC模拟器、特点和数据通信，最后设计实验证明用户的使用功率和时间延迟会随着移动用户数量的增加而减少。本实验平台的GUI构建在云基础设施上，允许用户自行定制主机、处理节点、网络拓扑等云计算构架，并可以随着修改组件的属性和参数配置，运行模拟实验，分析测试结果。本实验平台具有低成本、高灵活性、简单易用的特点。

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