移动云计算动态卸载和管理机制研究

发布时间：2020-07-17 13:10

【摘要】：随着移动应用的迅猛发展及云计算为移动用户提供的服务支持越来越多,移动云计算(Mobile Cloud Computing,MCC)作为云计算和移动环境的集成而被引入。MCC将移动终端计算量和能耗密集的应用通过移动互联网卸载到云计算中心,有效降低终端能耗增强终端数据存储能力,并延长终端电池寿命。作为第五代移动通信系统(The 5th Generation Mobile Networks,5G)中一项关键候选技术,MCC已得到了广泛的研究。但现有的研究成果还不够全面,需要进一步改善诸如带宽、服务质量(Quality of Service,QoS)、移动性管理、资源管理、时延和安全等方面的性能。很多关键性的问题诸如从用户主观体验角度提高云服务质量、高效带宽分配、使用微云来降低时延提高服务质量、提供无缝移动云服务和通过分析移动用户行为制定安全机制等需要解决。解决这些问题对今后5G具体方案实施和技术支持都具有非常重要的意义,也是本文选题的依据。本文将以MCC为切入点,重点研究在动态网络环境下,终端性能、带宽和应用特性等方面的限制下多级别的资源管理和更细粒度管理操作等问题。本文主要研究内容的详细介绍如下:第一,针对两层(云端-用户端)MCC结构,研究基于用户体验质量(Quality of Experience,QoE)的网络带宽资源分配问题,提出一种在用户端考虑频谱效率和QoE,在云端考虑云服务提供商价格的两阶段斯坦克尔伯格算法。在保证系统性能和用户QoE的前提下最大化网络收益,并且平衡用户端和云端的性能,找出最大化用户端和云端收益的资源分配策略。分析用户QoE以及多个云服务商提供的价格策略对系统性能的影响,并进一步求出云服务提供商提出的价格的最大值和最小值,并通过仿真验证算法的正确性。第二,针对多层的MCC结构,研究基于微云的移动云计算网络计算资源、功率和带宽资源分配问题,将用户端,微云端和云服务提供商的资源分配问题建模为三阶段斯坦克尔伯格博弈模型。在用户端考虑移动用户的功率和带宽资源,在微云端考虑计算资源,在云服务提供商端考虑不同提供商之间的价格策略。设计最佳的带宽和功率分配反应函数,最佳计算资源分配函数及最佳价格反应函数。并研究三阶段斯坦克尔伯格博弈的最佳纳什均衡的存在性及价格的最大值和最小值,并通过仿真验证三阶段斯坦克尔伯格博弈算法的有效性。第三,在MCC和超密集网络联合考虑的情况下,将超密集网络用户如何根据自身性能和花费来动态选择微云的问题建模成演化博弈。将微云根据超密集网络用户的资源需求寻找最佳价格和带宽分配策略问题建模成非合作博弈问题。在演化博弈模型中,证明演化博弈的稳定性及唯一性。而且提出基于群演化博弈的迭代算法和基于增强学习的Q-learning迭代算法来得到均衡点。其中,基于Q-learning的算法可以使用户根据历史决策信息得到最佳演化纳什均衡,解决在现实生活中建立群演化博弈管理中心困难的问题。第四,针对MCC网络安全问题,研究用户行为是非常重要的,因为它们是MCC安全可靠运行的基础。用户行为可以分为利他行为、自私行为和恶意行为。云服务提供商通过分析用户行为评估用户行为表现,正确引导用户行为,制定合理的资源管理机制,从而充分利用移动云计算有限资源。在本文中,基于用户行为分析的MCC资源管理问题建模为动态贝叶斯博弈。具体来说,微云根据用户的行为概率信息为用户设置合理的资源价格来最大化自身效用。具有恶意行为的移动用户可以根据自身的性能和成本动态调整资源需求策略。本文研究贝叶斯博弈纳什均衡点的存在性,可以分别得到自私用户和恶意用户的最佳反应资源分配函数,从而得到贝叶斯博弈的纳什均衡。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.09
【图文】：

架构图,计算系统,架构,计算资源

１．２研究现状逡逑１．２．１移动云计算技术研究进展逡逑由于移动云计算技术结合了移动计算和云计算的优点，从而越来越受到学术界逡逑和工业界的关注。然而，在移动云计算领域，需要进一步改善诸如资源管理、移动逡逑性管理、可访问性、卸载、安全和隐私等方面的性能。下面将从以下六个方面介绍＇逡逑移动云计算技术的研宄进展。逡逑１．移动云计算资源管理逡逑移动云计算的资源包含云计算资源，无线网络资源和移动设备资源。移动云计逡逑算的资源管理就是对云计算资源，无线通信系统中的空中接口资源和移动设备资源逡逑的规划和调度，包括云服务提供商计算资源的分配、云接入控制、无线网络接入控逡逑制、信道分配、功率控制和移动用户分配等［１３］［１４］［１５＿。目的是最有效地利用有限的逡逑资源，达到最大的网络吞吐量，并且减少干扰和拥塞。干扰是由于无线信号的广播逡逑

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络结合可以实现高效带宽分配并有效降低功耗。因此，有必要对移动云计算和超密逡逑集网络结合而产生的问题进行深入研究。逡逑４．移动云计算的安全问题：尽管存在很多文献解决云安全、无线通信信道安全逡逑和移动用户安全问题，但是对于移动云计算用户来说，研究用户行为相关的各类问逡逑题是至关重要的。移动云计算用户行为可信非常重要，因为它们是移动云计算安全逡逑可靠运行的重要基础。云服务提供商为用户提供服务。用户可以是合法的，也可能逡逑是恶意的。合法用户致力于使用云服务提供商提供的服务来完成任务。恶意用户总逡逑是试图损害云服务提供商利益，降低整个系统性能，也干扰合法用户。因此，有必逡逑要对用户行为进行分析。尽管目前已有一些研究，例如Ｃｈｅｎ等人［６２］探索ＭＣＣ用户逡逑安全性，但他们假设用户都是合法的而且没有对用户行为进行分析。传统的用户识逡逑别和认证已经远远不能满足要求。进一步的，基于用户行为分析的移动云计算资源逡逑有效分配研宄是有必要而且必须的。随着基于微云的ＭＣＣ市场发展，移动用户可逡逑以轻松获得云应用服务。因此，有必要分析移动用户的行为并且根据用户行为有效逡逑分配系统资源，以最大限度地提高整个系统的性能。逡逑移动云计算动态载及管理机

系统模型,无线网,计算网络,移动终端

本章节具体的研究内容包括：逡逑１）为了提高ＭＣＣ网络性能，提出了一种考虑用户端的频谱效率和ＱｏＥ，同时逡逑考虑云服务提供商端价格信息，能够提升系统性能的多主多从斯坦克尔伯格算法。逡逑云服务提供商作为斯坦克尔伯格博弈的领导者，终端用户作为斯坦克尔伯格博弈的逡逑跟随者。在云服务提供商之间和终端用户之间都构成非合作博弈关系。逡逑２）在保证系统性能和用户ＱｏＥ的前提下最大化网络吞吐量，并且平衡终端用逡逑户和云端的性能，找出最大化终端收益和云端收益时的资源分配策略。逡逑３）分析用户ＱｏＥ以及多个云服务商提供的价格对系统性能的影响，并进一步逡逑求出云服务提供商提出的价格的最大值和最小值，通过仿真验证算法正确性。逡逑４）分析并解释了纳什均衡的存在性和本文所提出的算法的收敛性。逡逑２．２系统模型和问题描述逡逑２．２．１系统模型逡逑

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