移动云环境下基于云服务感知的位置更新

移动云环境下基于云服务感知的位置更新

徐杰胜1，2,李阳2

(1.山东煤矿安培中心信息中心,山东枣庄277101；2.枣庄移动公司网络部,山东枣庄277100)

[摘要]由于移动设备续航能力的限制，如何平衡性能和能耗成为关键问题.为解决此问题，本文提出了基于云服务感知的位置更新机制，不同于传统的周期性注册更新，可以有效降低位置更新时间和消息传递次数，从而节省电量消耗.

[关键词]云计算；移动设备；位置更新；云服务感知[收稿日期]2015-08-11

[作者简介]徐杰胜(1975-)，男，山东枣庄人，山东煤矿安培中心讲师，主要从事计算机科学研究.

[中图分类号]G623.58 [文献标识码]A

0引言

移动云计算处理需要在IP多媒体子系统中(IMS)进行[1].IMS是由3GPP、3GPP2、ETSI、TISPAN等标准化组织共同提出的一种架构，它可以将多个异构的网络组合起来，并能在移动网中提供实时的IP多媒体应用[2].目前关于移动云计算的研究主要是把移动设备上的应用负载上传的远程服务器中处理以降低能耗[3].

1基于云服务的位置更新

1.1目的

为了刷新历史注册信息和通知网络移动设备性能发生改变，移动设备需要初始化重新注册进程.也就是说，重新注册进程在两种情况下会被触发：一是移动设备周期性的向网络报告其活动状态(PRR)，二是手机性能改变(CCRR)[4].不同于传统的通信网络，移动云环境下的手机可以享受很多互联服务.接入云服务行为同样可以表明移动设备是注册状态.因此，利用会话建立和云服务接入来更新注册定时器可以降低PRR时间，从而减少由于周期性重新注册带来的电量消耗.

1.2基于云服务感知的位置更新算法

将用户的行为定义为关卡事件来通知IMS移动设备是否连接.关卡事件包括会话建立请求、CCRR事件或来自云服务监听器的发布消息.第一，进入或离开会话(IOS)事件：IMS接收来自移动设备发起的会话，或者移动设备接收IMS的会话请求并成功响应，例如VoIP会话建立请求等.第二，云服务接入(CSA)事件：当移动设备接入云服务时，云服务监听器向S-CSCF和P-CSCF发布接入事件.

由于异常事件(例如电池被拔出、走出服务区等)导致移动设备断开网络时，IMS将根据如下两种情况检查移动设备断开的原因(如图1a)：首先移动设备在t2时断开网络，定时器在t3时刻失效，并且在下一个会话到来之前(t4).在这种情况下，网络会监测出定时器的失效，并认为移动设备已经断开连接.其次下一个会话(t8)发生在定时器失效之前(t9)，定时器不能及时更新.在这种情况下，IMS尝试发送下一个会话消息给移动设备，建立失败后，IMS认为移动设备已经断开连接并终止下一个会话和定时器.然后会话建立、云服务接入和容量改变事件会更新定时器.当这些事件发生时，位置信息将在t2时刻被动的更新.PRR事件将被延迟到t4时刻.但是当没有这些事件时，PRR将在t6和t7时刻恢复(如图1b).重新注册事件的推迟将不会影响IMS监测未连接的移动设备.

图1　位置更新和设备检测事件的时间序列

2模型分析

PRR和CCRR事件发出注册消息给IMS，IOS事件是发送和接收邀请消息.这些进程所产生的能耗取决于调制和编码方式以及进程所要求的子帧个数.但是，为了便于分析，认为能耗和交换的消息大小成正比.因此，移动设备处理更新时间点事件所产生的能耗可以用Ce=L(L是消息长度)来表示.当移动设备接入云服务时，云服务监听器通知S-CSCF完成CSA事件.在这个过程中，移动设备只需要应用程序更新一下定时器.这个过程的能耗远远小于发送和接收SIP消息所产生的能耗.假设IOS、CCRR和CSA事件的到达服从泊松分布，并且相互独立.当IMS接收更新事件时，他将更新定时器，也叫做更新检查点.由于多个泊松分布之和还是泊松分布，所以更新检测点的到达率为：

λ=∑e={IOS,CCRR,CSA}λe

(1)

对于每一个更新点，任意一种事件的个数为λe/λ.所以每一个更新点的能耗是

(2)

IMS更新事件只包含CCRR，也就是说更新检查点事接收CCRR.如图2，更新检查点的时间区间服从指数为λCCRR的指数分布，它的概率密度函数为：

f(λCCRR)=λCCRRe(-λ_CCRRt)

(3)

(4)

那么可以得出在两个检查点之间的概率是：

(5)

(6)

因此，PRR事件的能耗是

(7)

IMS位置更新和会话建立的总能耗是

TPowerIMS=PowerCCRR+PowerIOS+PowerPRR

(8)

图2　两个更新检查点之间的PRR事件数

(9)

(10)

PRR事件的能耗是

(11)

由于CSA事件仅仅需要更新移动设备定时器，所以总的位置能耗包括CCRR、IOS、PRR事件产生的能耗.

TPowerCloud=PowerCCRR+PowerIOS+PowerPRR

(12)

3总结

IMS提供一种在移动云计算环境下基于IP的控制算法，能够有效保证服务质量和移动性管理.但是，考虑到云计算服务的特性和移动设备有限的续航能力，IMS位置更新机制效率较低.提出了优化的位置更新方法能够有效的解决用户的移动性问题.周期性注册的减少可以降低移动设备位置更新的能耗.

参考文献

[1]Femando N, Loke S, Rahayu W. Mobile cloud computing: a survey[J]. Future General Compute System,2013,29:84-106.

[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.

[责任编辑：闫昕]