基于云计算的移动通信系统

周甫 中国电信股份有限公司泰州分公司

云计算技术是一种可以通过互联网创造出大规模的虚拟化资源的计算模式，是将信息技术应用于移动通信系统商业模式的一种重要的形式。以往，企业的各项数据只能存储在移动设备本地的数据中心，不仅对计算机硬件提出了更高的要求，而且还大大增加了移动设备的能耗。随着云计算时代的到来，计算和存储开始从局域网迁移到互联网，软件也能够从本地终端迁移到云端，从而更好地实现了硬件之间的信息共享。可见，云计算对降低对硬件设备的要求，减少硬件设备的能耗具有重要作用，在移动通信系统的发展过程中，发挥了十分重要的作用。

1 云计算概述

1.1 云计算定义

云是互联网或者网络的一种比喻形式，狭义上来讲，云计算是基础设施的交付及其使用，用户可以利用网络技术获取自己需要的资源。广义上来讲，云计算是软件或互联网服务的一种交付模式。云计算是从传统网络技术发展而来的，融合了分布式计算、并行计算、负载均衡等各项传统技术，云端资源是一种动态并且虚拟化的信息技术，其用户无需具备十分专业的相关技术知识，也不需要控制，只要能够对相关计算和服务资源有一定的了解，就可以顺利从网络上获取相关的信息和服务。

1.2 云计算的特点

第一，支持异构资源。云计算技术能够实现各种硬件资源如储存设备、交换机、服务器等和软件资源如数据库、操作系统等的有效兼容，进而能够在各种基础平台，如Openstack等上获得广泛应用。

第二，支持异构多业务体系。和网格计算存在很大的不同，云计算可以运行数个各种类型的业务，也就是说用户能够自己创建和定义服务，而无需实现定义好各个业务服务。

第三，与位置无关的资源池。供应商能够利用云计算为客户提供便于所用用户租用的服务模式，而且可以依据用户的需求实现资源的动态有效分配，从而更好地满足用户的需求。通常情况下，用户无需了解存储、处理器以及网络带宽资源在资源池里的确定位置，就能够获得响应的服务。

第四，支持按需分配。用户能够按照自身需求来分配处理能力，这并不需要和云计算服务的供应商进行人工交互。如此一来，云计算服务可以同其他日常的流动商品一样，客户可以按照自身需求从资源池中获得。

第五，支持资源的弹性调度。 通过动态伸缩、扩展计算资源和添加、修改资源节点的形式，对资源进行动态流转，从而将资源配置到用户需要的地方。当系统负载过高的情况下，就可以对闲置的计算资源进行启用，进而提升云平台的负载能力，确保负载均衡。同样的道理，当系统负载量过低的情况下，就可以把闲置的资源调入到节能模式，这样可以达到提升资源利用效率的目的，确保计算过程的绿色低碳优点。

2 移动云计算的优势

近年来，无线通信技术得到了突飞猛进的发展，通信技术和计算机技术之间的联系和交叉性越来越密切，越来越多的人开始对云计算技术进行研究，并将其应用于无线通信领域，实现云计算技术和无线通信技术的相互融合和共同发展，这也成为了无线移动通信技术的重要研究方向和新兴的热点。把移动设备的应用数据和存储信息等迁移至具有强大功能的云计算平台上，然后通过无线通信计算将其连接至互联网云端是移动云计算的基础思想。所以，移动云计算是移动计算与云计算相互融合而发展出来的新兴事物，也就是说，MCC能够给移动客户提供云端处理服务及存储服务，大大降低了对移动设备的CPU运算速度及其内存容量的要求，一切复杂的计算均可以通过云端模块进行处理。移动云计算具有如下几点优势：

2.1 延长移动设备的电池使用时间，节省能耗

使用云计算能够把客户端复杂的计算运行迁移至大型的云端服务器加以处理，这样移动设备应用程序的执行时间就会大大降低，从而有效节省了设备的能耗，有利于延长移动设备的电池使用时间。

2.2 提高数据存储和处理能力

云计算技术具有有效支持众多文档数据的存储、管理以及在线同步等的功能，如此以来，用户就可以将移动设备中的各种文件都迁移至云端进行存储和管理，这样就在很大程度上为移动设备节省了存储空间，从而有利于移动设备数据存储能力和处理能力的提升。

2.3 提高数据可靠性

云计算可以对移动设备中的应用程序和各项数据进行存储并进行备份，这样就可以防止移动设备上的应用程序和数据会出现丢失的情况，确保数据的可靠性。此外，云安全服务还能够通过收集各用户的记录，从而准确提供所需的服务，提升服务的有效性。

3 基于云计算的移动通信系统研究

3.1 移动通信中云计算技术研究

近年来，无线通信技术得到了飞快的进步与发展，云计算也不再仅受限于个人电脑。在这个网络无处不在的信息时代，随着网络流动性的不断增强，把云计算资源有效应用于移动网络，从而融合发展出移动云计算这个新领域已经成为重要发展方向和必然发展趋势。因此，移动云计算是将移动计算、云计算、移动互联网有效结合的产物。基于云计算的移动通信系统是以互联网交互模式为前提的，利用无线通信技术把移动设备的待处理数据迁移至云端虚拟处理器进行计算，这种计算方式一方面可以有效降低移动终端的任务处理时间，另一方面还可以在很大程度上减少移动设备的能耗，提升设备电池的待机时间，从而能够有效增强客户体验。然而，云计算过程却具由终端到云端通信的能量消耗和等待处理时延等缺点。怎样才能有效平衡数据卸载的通信损耗能量及移动设备数据处理的能量消耗，对移动设备的任务执行时间和等待时延等进行优化成为我们面临的重要问题，也是移动云计算技术面临的一大难题，只有加以解决才能进一步提升移动设备的使用效率，更好地满足用户的需求。

当前阶段，移动云计算技术已经得到了广泛的应用，利用数据卸载方式可以将设备终端的本地任务迁移至云端进行执行，一方面可以减少设备终端的任务执行时间，另一方面还可以在一定程度上解决电量不足的困难，有效增加设备终端的续航待机时间。设备终端的程序执行方式包括两种，第一就是直接在移动设备终端执行任务，第二种就是将设备的本地数据迁移至网络云端，之后在云端的虚拟机上加以处理，然后将数据信息返回给移动设备。采用 FSMC信道下的低能云端处理策略，能够有效降低执行任务的能耗，从而为客户终端节省电量，进而在很大程度上提升客户体验。

3.2 移动云计算能耗优化新方法研究

移动终端和云端任务之间的调度是移动通信云计算面临的重要问题，此外，移动通信系统的云计算还受到到无线信号、传输功率等一系列因素的影响和制约。我们必须对传统能耗最优的优化处理和切换策略进行完善，制定出可以并行处理的云计算能耗优化新方法，从而进一步降低设备终端的能耗，提升设备的应用效率。为此，需要建立融合能量采集与云计算的移动通信系统，提升移动通信系统的吞吐量，进一步提升移动通信系统的性能。

3.3 基于移动云的通信系统研究

因受到频谱资源的制约，移动通信的运营商对通信容量提出了更高的要求，只有这样才能在最大程度降低移动设备能耗的前提下，提高数据传输的速率，同时减少通信延迟时间。Deviceto-Device通信技术就是一种可以有效提升资源利用效率的一种通信技术，不仅可以减少通信用户的设备能耗，还对系统能效的提高具有一定的帮助，在一定程度上提高了用户体验。通过这种技术用户数据无需经过蜂窝网络中转就可以直接在移动设备之间进行传输，例如，视频文件、互动游戏和社交内容等。基于Deviceto-Device技术的通信系统可以有效减少大文件流量数据给网络带来的下行传输压力，另外还能够提升设备终端的资源利用效率。邻近特性用户之间的短距离的数据共享、社交应用等相关内容的发送和蜂窝网络流量卸载等在很大程度上扩大了Device-to-Device通信的应用范围。

为有效降低能耗、提升系统的能效，提升系统处理任务的效率、减少设备终端的应用处理时间并提升系统的终端容量，就必须采取有效方法对移动通信系统进行优化。具体优化方式如下：第一，建立以FSMC信道模型为基础的移动云计算数据卸载模型，改善传统静止信号、GE信道的不足，更好地对复杂的信道进行处理，这样就能够在很大程度上节省设备终端的能耗，节约设备的电量，提升电池使用时间。第二，使用ACE 算法，使移动设备可以根据自身任务量的大小，采取自适应并行处理算法，自动调整设备和云端处理的任务量大小，从而提升计算效率并有效降低终端的能耗。第三，通过实现移动通信系统的平均执行时间最小、最大化执行时间最小两个优化方案，并对其进行权衡，得出最优的解决方法，就可以有效降低系移动通信系统的能耗，提高系统处理任务的速度和效率，减少任务执行时的等待时间，从而提高系统性能。

4 总结

随着无线通信技术的发展和云计算技术的不断进步，在二者相互融合的过程中产生了新的无线通信云计算技术，这就是移动云计算，这种技术可以有效将移动设备终端与互联网云端相连，通过将移动设备的应用、数据处理及数据存储迁移至云端进行计算和存储而有效降低了对移动设备硬件的要求，此外还能够有效降低移动设备的能耗，延长续航时间，提升客户体验。可见移动云计算技术是无线通信技术和云计算融合发展的重要方向，我们需要不断对基于移动云的通信系统进行研究，降低系移动通信系统的能耗，提高系统处理任务的速度和效率，减少任务执行时的等待时间，从而提高系统性能。

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