CN103731484A - 一种面向移动云计算的节能传输方法及中间件系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向移动云计算的节能传输方法及相应的中间件系统，利用云端托管请求管理模块接收并处理移动端的镜像托管请求，云端应用镜像数据管理模块管理移动应用镜像的数据更新与删除，云端-移动端数据传输模块实现云平台和移动端之间的节能数据传输，移动端数据存储与分发模块保存云端传输的数据并且分发给不同移动应用，移动端应用请求分析模块分析移动应用的数据请求，并且从存储模块返回相应的数据。本发明能很好地降低无线网络带宽不稳定环境下的传输高能耗问题，在提升移动端电池性能的同时提升可数据预取程序的用户体验。

Description

一种面向移动云计算的节能传输方法及中间件系统

技术领域

本发明属于新型计算机系统结构移动云计算领域，更具体地，涉及一种面向移动云计算结构的节能传输方法及中间件系统。

背景技术

随着智能移动设备性能的不断提升和无线网络建设的飞速发展，移动终端上的富媒体应用大量涌现并改变着众多用户的生活娱乐方式。移动设备和应用的发展也带来了移动数据的爆炸式增长，据思科公司最新报告显示：至2014年，移动设备产生的网络流量会超过传统个人电脑；而到2016年，移动设备的流量将占据整个互联网流量的61%。

然而，移动终端由于其便携性需求而导致固有的资源受限性，特别是滞后于计算部件与存储部件发展的电池技术，严重阻碍了移动应用与服务的进一步发展。目前包括苹果、三星、HTC、摩托罗拉、诺基亚在内的主流品牌智能手机的续航时间均不尽如人意。据消费电子产品科技网站的真实评测结果显示，满电量状态下，智能手机的网页浏览续航时间平均仅为4小时，在线播放视频的续航时间更是不足两小时。此外，受制于移动终端的计算能力和网络带宽，许多对处理性能要求较高的应用（如语音识别、视频转码等）也无法在移动终端上独立开发和运行。

云计算作为近年来迅猛发展的资源供给服务模式，旨在让各种类型的终端通过先进的虚拟化技术共享大型数据中心中数以万计的服务器的计算能力、存储空间和网络带宽资源。云计算与移动终端的融合趋势——移动云计算（Mobile Cloud Computing），具备缓和移动终端资源瓶颈并支持更多创新性富媒体应用的巨大潜力。通过无处不在的无线网络（包括3G/4G和WiFi等），资源受限的移动终端能够随时随地接入并访问云平台中充裕的计算、存储和网络资源，并且根据节能需求来迁移部分计算负载到云端执行。这种云-端融合模式不但能够缓解移动终端的主要瓶颈，而且可以优化用户性能体验，已经成为互联网产业的新兴增长点。

但是，现有大部分移动应用对云计算资源的利用方式停留在传统的C/S模式，仅将原先运行在私有服务器上的任务负载迁移到云平台，云端和移动终端之间缺乏深度融合与协同工作的无缝组合体系架构和高效交互机制。而移动终端特有的用户移动性和无线网络信号与带宽的不稳定性，进一步增加了云-端协同交互的复杂性。例如，终端用户的高速移动会导致频繁的网络接入点切换，造成服务中断或性能延迟；较低的无线网络信号和带宽，会加剧移动终端数据传输的电量消耗。为了提高移动云计算的传输能效，需要针对无线连接的不稳定性改善现有的云平台和移动端交互机制。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于解决现有传动移动云计算系统中存在的传输能效过低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于移动云计算的节能传输方法，包括以下步骤：

（1）移动端向云端发送镜像托管请求信息，包括终端唯一标识号、托管应用数据、应用唯一标识号、应用类型。

（2）云端托管请求管理模块接收来自用户的新请求；

（3）云端托管请求管理模块通过资源信息表判断是否有空闲资源满足该请求；若是则转入步骤（5），否则转入步骤（4）；

（4）云端托管请求管理模块将该任务放入排队队列，然后返回步骤（2）；

（5）云端应用镜像管理模块将该请求分配相应的存储资源，并且把终端标识和各个应用标识添加到更新应用管理列表。

（6）云端应用镜像管理模块根据应用管理列表中的信息周期性地从源数据服务器检查更新，并且在云端存储数据库中更新相应的应用数据；

（7）云端-移动端数据传输模块接收来自移动端的传输请求，根据请求类型和请求数据，从云端应用镜像管理模块中取出相应数据进行整合，形成待传输队列。

（8）云端-移动端数据传输模块用节能传输方法将待传输队列并且发送到移动端；

（9）云端应用镜像管理模块删除已经发送成功的数据；

（10）移动端数据存储与分发模块接收来自云端的数据传输，根据应用的不同，存储在不同的文件中，等待相应应用取用；

（11）移动端的应用发送数据请求；

（12）移动端应用请求分析模块分析应用发出的请求，根据请求来源和请求内容检查请求数据是否存在于移动端数据存储与分发模块中，若是则转入步骤（14），否则转入步骤（13）；

（13）移动端应用请求分析模块直接转发请求到网络目的地，作为普通传输来处理请求；

（14）移动端应用请求分析模块从移动端数据存储与分发模块中取出相应的请求数据并且返回给应用，然后转入步骤（12）。

本发明还提供一种实现所述节能传输方法的中间件系统，针对移动终端的资源局限性、高度动态性以及无线网络的不稳定性，设计云-端动态交互的传输管理系统，包括：

云端托管请求管理模块，用于接收并处理移动端的镜像托管请求信息；

云端应用镜像数据管理模块，用于管理移动应用镜像的数据更新与删除；

云端-移动端数据传输模块，用于实现云平台和移动端之间的节能数据传输；

移动端数据存储与分发模块，用于保存云端传输的数据并且分发给不同移动应用；

移动端应用请求分析模块，用于分析移动应用的数据请求，并且从移动端数据存储与分发模块返回相应的数据。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于利用云资源提供了移动应用数据的统一管理，大大降低了在各个应用单独实现传输管理的开销。通过不同应用数据的时间调度和整合传输，进一步提高了传输能效比。通过将大部分CPU密集型的复杂计算和管理任务迁移到云端执行，减小了移动端的运行开销，进一步降低了传输能耗。

2、由于在移动端实现了数据请求分析模块，能够在不修改或者少量修改应用的前提下，实现不同移动应用的数据统一管理。让本发明的节能中间件能够透明地和不同应用结合起来，提升其适用范围。通过提供简易的数据传输管理API,进一步降低开发者使用节能中间件的难度。

附图说明

图1是本发明实施例的面向移动云计算的节能传输中间件系统的模块图；

图2是本发明实施例的面向移动云计算的节能传输方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例的面向移动云计算的节能传输中间件系统包括：

云端托管请求管理模块，用于接收并处理移动端的镜像托管请求信息。具体地，云端托管请求管理模块根据资源信息表判断现有资源是否满足托管请求，若满足则将请求转入云端应用镜像数据管理模块，否则将其放入等待队列。其中，所述托管请求信息包括保存用户的应用信息，如应用类型、数据授权等。

云端应用镜像数据管理模块，用于管理移动应用镜像的数据更新与删除。具体地，云端应用镜像数据管理模块为应用在mysql数据库中分配存储空间，并且根据终端标识、应用标识以及应用类型标识记录应用归属和特性，并根据应用数据的传输情况来动态地管理应用镜像的数据。

其中，由于将主要的计算密集型任务迁移到了云端，因而极大降低了移动端运用中间件系统的开销，进一步提高数据传输的能效。

云端-移动端数据传输模块，用于实现云平台和移动端之间的节能数据传输。节能传输的具体方法参见下文的详细描述。

移动端数据存储与分发模块，用于保存云端传输的数据并且分发给不同移动应用。具体地，移动存储与分发模块利用Sqlite为每个被管理的应用建立一个数据存储文件，并且以数据类型和时间戳为关键字区分数据内容，便于数据的提取和分发。

移动端应用请求分析模块，用于分析移动应用的数据请求，并且从移动端数据存储与分发模块返回相应的数据。具体地，移动端应用请求分析模块通过iptables和redsock工具来将不同应用的数据请求引导到本地的端口作分析，并且从移动端数据存储与分发模块返回相应的数据。

其中，在不修改引用传输协议的前提下实现了多个应用的统一传输管理。

如图2所示，本发明实施例中的适用于移动云计算的节能传输方法包括以下步骤：

（1）移动端向云端发送镜像托管请求信息，包括终端唯一标识号、托管应用数据、应用唯一标识号、应用类型。

（2）云端托管请求管理模块接收来自用户的新请求；

（3）云端托管请求管理模块通过资源信息表判断是否有空闲资源满足该请求；若是则转入步骤（5），否则转入步骤（4）；

（4）云端托管请求管理模块将该任务放入排队队列，然后返回步骤（2）；

（5）云端应用镜像管理模块将该请求分配相应的存储资源，并且把终端标识和各个应用标识添加到更新应用管理列表。其中，请求的类型包括可预取请求和可延迟请求，对于可预取请求而言，需要以尽力而为地方式在用户实际使用之前进行传输，以减小数据的响应时间。对于可延迟请求，需要设置传输时间阈值，以保障最大传输延迟。云端应用镜像管理模块将为每个应用划分一个队列，并且区分预取和延迟两种队列类型，队列数据划分成统一大小的数据包作为基本的存储与传输单位；

（6）云端应用镜像管理模块根据应用管理列表中的信息周期性地从源数据服务器检查更新，并且在云端存储数据库中更新相应的应用数据；

（7）云端-移动端数据传输模块接收来自移动端的传输请求，根据请求类型和请求数据，从云端应用镜像管理模块中取出相应数据进行整合，形成待传输队列。具体而言，本步骤包括以下子步骤：

（7-1）将可预取数据队列的数据包加入传输队列，并且以到达时间进行排序，到达时间近的排在前列，保障数据的时效性；

（7-2）根据可延迟数据队列中数据包的时间阈值选择插入位置，若当前时间大于时间阈值，将数据包插入队头，反之，则插入队尾；

（7-3）生成待传输队列。

其中，综合考虑了可预取数据和可延迟数据的特性，在保障可延迟数据最大传输延迟的情况下，优先传输可预取数据，提升用户的响应体验。

（8）云端-移动端数据传输模块用节能传输方法将待传输队列并且发送到移动端。具体而言，本步骤包括以下子步骤：

（8-1）当传输队列不为空，查询队首数据包的时间阈值（预取数据包的时间阈值统一设置为无穷大），若小于当前时间，则转入步骤（8-2），否则转入步骤（8-3）；

（8-2）直接以不间断方式传输数据包，然后转入（8-1）；

（8-3）传输数据包，根据能耗模型计算其已经消耗的能耗，当传输能耗大于设置的阈值时，停止传输，并且等待60秒，转入步骤（8-4），否则持续传输直至该数据包传输结束，转入步骤（8-1）

（8-4）当连续三个包都发生传输中断时，停止发送包，等待5分钟之后转入步骤（8-1），否则直接转入步骤（8-1）。

其中，设计了一种轻量级但是有效的低能耗传输方法，能够针对无线网络的不稳定性，自动选择好的网络时机进行数据传输，同时仅需要当前的传输状态，如已传输时间来做决策，这种在线算法在降低传输能耗的同时大大降低了实现难度和系统开销。

（9）云端应用镜像管理模块删除已经发送成功的数据；

（10）移动端数据存储与分发模块接收来自云端的数据传输，根据应用的不同，存储在不同的文件中，等待相应应用取用；

（11）移动端的应用发送数据请求；

（12）移动端应用请求分析模块分析应用发出的请求，根据请求来源和请求内容检查请求数据是否存在于移动端数据存储与分发模块中，若是则转入步骤（14），否则转入步骤（13）；

（13）移动端应用请求分析模块直接转发请求到网络目的地，作为普通传输来处理请求；

（14）移动端应用请求分析模块从移动端数据存储与分发模块中取出相应的请求数据并且返回给应用，然后转入步骤（12）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种面向移动云计算的节能传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）移动端向云端发送镜像托管请求信息，包括终端唯一标识号、托管应用数据、应用唯一标识号、应用类型；

（2）云端托管请求管理模块接收来自用户的新请求；

（3）云端托管请求管理模块通过资源信息表判断是否有空闲资源满足该请求；若是则转入步骤（5），否则转入步骤（4）；

（4）云端托管请求管理模块将该任务放入排队队列，然后返回步骤（2）；

（5）云端应用镜像管理模块将该请求分配相应的存储资源，并且把终端标识和各个应用标识添加到更新应用管理列表；

（6）云端应用镜像管理模块根据应用管理列表中的信息周期性地从源数据服务器检查更新，并且在云端存储数据库中更新相应的应用数据；

（7）云端-移动端数据传输模块接收来自移动端的传输请求，根据请求类型和请求数据，从云端应用镜像管理模块中取出相应数据进行整合，形成待传输队列；

（8）云端-移动端数据传输模块用节能传输方法将待传输队列并且发送到移动端；

（9）云端应用镜像管理模块删除已经发送成功的数据；

（10）移动端数据存储与分发模块接收来自云端的数据传输，根据应用的不同，存储在不同的文件中，等待相应的应用取用；

（11）移动端的应用发送数据请求；

（12）移动端应用请求分析模块分析应用发出的请求，根据请求来源和请求内容检查请求数据是否存在于移动端数据存储与分发模块中，若是则转入步骤（14），否则转入步骤（13）；

（13）移动端应用请求分析模块直接转发请求到网络目的地，作为普通传输来处理请求；

（14）移动端应用请求分析模块从移动端数据存储与分发模块中取出相应的请求数据并且返回给应用，然后转入步骤（12）。

2.根据权利要求1所述的节能传输方法，步骤（5）中，请求的类型包括可预取请求和可延迟请求，对于可预取请求，以尽力而为地方式在用户实际使用之前进行传输，以减小数据的响应时间；对于可延迟请求，设置传输时间阈值，以保障最大传输延迟。

3.根据权利要求2所述的节能输方法，其中，云端应用镜像管理模块为每个应用划分一个队列，并且区分预取和延迟两种队列类型，队列数据划分成统一大小的数据包作为基本的存储与传输单位。

4.根据权利要求3所述的节能传输方法，其中，步骤（7）包括以下子步骤：

（7-1）将可预取数据队列的数据包加入传输队列，并且以到达时间进行排序，到达时间近的排在前列，保障数据的时效性；

（7-2）根据可延迟数据队列中数据包的时间阈值选择插入位置，若当前时间大于时间阈值，将数据包插入队头，反之，则插入队尾；

（7-3）生成待传输队列。

5.根据权利要求1所述的节能传输方法，其特征在于，步骤（8）包括以下子步骤：

（8-1）当传输队列不为空，查询队首数据包的时间阈值，若小于当前时间，则转入步骤（8-2），否则转入步骤（8-3）；

（8-2）直接以不间断方式传输数据包，然后转入（8-1）；

（8-3）传输数据包，根据能耗模型计算已经消耗的能耗，当传输能耗大于设置的阈值时，停止传输，并且等待60秒，转入步骤（8-4），否则持续传输直至该数据包传输结束，转入步骤（8-1）；

（8-4）当连续三个包都发生传输中断时，停止发送包，等待5分钟之后转入步骤（8-1），否则直接转入步骤（8-1）。

6.一种用于实现权利要求1-5任一项所述面向移动云计算的节能传输方法的中间件系统，包括：

云端托管请求管理模块，用于接收并处理移动端的镜像托管请求信息；

云端应用镜像数据管理模块，用于管理移动应用镜像的数据更新与删除；

云端-移动端数据传输模块，用于实现云平台和移动端之间的节能数据传输；

移动端数据存储与分发模块，用于保存云端传输的数据并且分发给不同移动应用；

移动端应用请求分析模块，用于分析移动应用的数据请求，并且从移动端数据存储与分发模块返回相应的数据。

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