移動云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)xxx.華中科技大學(xué).通信xx班.U20xxxxxxx.摘要：智能手機(jī)、平板電腦和云計(jì)算都融合于一個新的快速增長的移動云計(jì)算領(lǐng)域。隨著一種更移動的、鐘愛設(shè)備的云環(huán)境的出現(xiàn)，在短短的幾年時間當(dāng)中，將會有1萬億云計(jì)算就緒的設(shè)備。本文主要介紹并闡述了移動云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)，包括4G、HTML5和CSS3、虛擬機(jī)監(jiān)控程序、Web技術(shù)、并行計(jì)算等幾個方面。關(guān)鍵詞：移動云計(jì)算，移動云計(jì)算平臺，關(guān)鍵技術(shù)。1.引言科技從來都是朝著方便人類生產(chǎn)生活的方向發(fā)展。代步工具，通信設(shè)備的出現(xiàn)都很好的印證了這一觀點(diǎn)。在資源的利用方面，人類也在不斷地追求著便利，“心有所想，手到擒來”一直是我們追求的理想標(biāo)準(zhǔn)。隨著人類社會的進(jìn)步，相當(dāng)一部分資源已經(jīng)基本能達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)了，很多資源以基礎(chǔ)設(shè)施的形式被提供給人們使用。用戶可以在任意時間根據(jù)他們的需要頻繁訪問這些基礎(chǔ)設(shè)施，如水、電，并只需要對他們所使用的資源付費(fèi)。信息時代里，數(shù)據(jù)計(jì)算能力作為一種至關(guān)重要的資源，在人們的日常生活中逐漸變得不可或缺，于是如何以更好地方式給公眾提供計(jì)算資源受到很多研究人員和實(shí)踐者的關(guān)注。如何做到“手到擒來”一直是IT人傾注心血，致力實(shí)現(xiàn)的夢想。近些年，一種新型的計(jì)算模式——云計(jì)算——越來越被大家提及。云計(jì)算就是這樣一種可能幫助人們實(shí)現(xiàn)這一理想的技術(shù)，它能夠按需部署計(jì)算資源，用戶只需要為所使用的資源付費(fèi)。為了更好地理解云計(jì)算，先讓我們舉個生活中的例子。這就好比是從古老的單臺發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式。它意味著計(jì)算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉，最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)目凇Ｗ層脩敉ㄟ^高速互聯(lián)網(wǎng)租用計(jì)算資源，而不再需要自己進(jìn)行大量的軟硬件投資。從本質(zhì)上來講，云計(jì)算是指用戶終端通過遠(yuǎn)程連接，獲取存儲、計(jì)算、數(shù)據(jù)庫等計(jì)算資源。云計(jì)算在資源分布上包括“云”和“云終端”。【1】“云”是列互聯(lián)網(wǎng)或大型服務(wù)器集群的一種比喻，由分布的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成，幾乎所有的數(shù)據(jù)和應(yīng)用軟件，都可存儲在“云”里，只需要擁有一個功能完備的瀏覽器，并安裝一個簡單的操作系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)接入“云”，就可以輕松地使用云中的計(jì)算資源。傳統(tǒng)意義上的“云終端”主要指PC，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，基于手機(jī)等移動終端的云計(jì)算服務(wù)已經(jīng)出現(xiàn)。移動云計(jì)算是在OpenGardens博客上發(fā)布的一篇文章中首次被定義的。本文主要在云計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析移動云計(jì)算的特點(diǎn)及其核心技術(shù)，并對移動云計(jì)算的未來發(fā)表一些看法。【2】云計(jì)算與移動云計(jì)算從上面引言部分，我們對云計(jì)算和移動云計(jì)算是什么已經(jīng)有了一個初步大體的印象。這里我們再對其具體學(xué)術(shù)的概念作進(jìn)一步解釋。云計(jì)算是一種新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法。它統(tǒng)一管理大量的物理資源，并將這些資源虛擬化，形成一個巨大的虛擬化資源池。云是一類并行和分布式的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)由一系列互聯(lián)的虛擬計(jì)算機(jī)組成。這些虛擬計(jì)算機(jī)是基于服務(wù)級別協(xié)議(供應(yīng)者和消費(fèi)者之問協(xié)商確定)被動態(tài)部署的，并且作為一個或多個統(tǒng)一的計(jì)算資源而存在。云計(jì)算可以按照用戶對資源和計(jì)算能力的需求動態(tài)部署虛擬資源，而不受物理資源的限制。用戶所有基于云的計(jì)算和應(yīng)用工作在虛擬化的資源上，不需要關(guān)心這些資源部署在哪些物理資源上，用戶可以方便地變更對計(jì)算資源的需求。移動云計(jì)算——云計(jì)算技術(shù)在移動互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用——被定義為“移動云生態(tài)系統(tǒng)中云計(jì)算服務(wù)的可用性，這合并了許多元素，包括使用者、企業(yè)、家庭基站、轉(zhuǎn)碼、端到端安全性、家庭網(wǎng)關(guān)和啟用移動寬帶的服務(wù)”。移動云計(jì)算有兩個關(guān)鍵特性：①云計(jì)算支持便捷地對可配置計(jì)算資源的共享池（比如網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用程序和服務(wù)）進(jìn)行按需網(wǎng)絡(luò)訪問，云計(jì)算的這些資源可以通過最少的管理工作或服務(wù)提供者交互來快速予以配置和發(fā)布②云計(jì)算它有3種基本的云服務(wù)模型，包括基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)（IaaS）、平臺服務(wù)（PaaS）和軟件服務(wù)（SaaS）。【3】移動的云計(jì)算借助于移動的互聯(lián)網(wǎng)，充分發(fā)揮了我們后臺計(jì)算的價值，我們把復(fù)雜的計(jì)算和存儲資源放置到后端，允許我們形成強(qiáng)大的云。與此同時利用后臺的云，可以對我們終端設(shè)備進(jìn)行快速的試配，如果終端的系統(tǒng)比較強(qiáng)，可以把部分的計(jì)算和處理過程，放在我們終端進(jìn)行。充分的發(fā)揮我們終端的優(yōu)勢，如果我們這個終端的性能比較弱也沒有問題，我們可以直接咱們后臺計(jì)算好的結(jié)果和資源直接的推送到我們終端上，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個小巧輕便的終端，也能夠運(yùn)行更加復(fù)雜的應(yīng)用。5.2平板電腦平板電腦比智能手機(jī)大，但采用同樣的方式與用戶交互，使用觸摸屏作為主要輸入設(shè)備，它們通常沒有鍵盤，不同于筆記本電腦，它們是單一用戶的個人設(shè)備，但是平板電腦訪問云的方式與智能手機(jī)一樣，截止2010年底，最暢銷的平板電腦是Samsung、Motorola和AcerApple制造的iPad和Android平板電腦，2011年1月在內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯舉行的消費(fèi)者電子展中的參觀者看到，大量平板電腦將在2011年進(jìn)入市場，很多基于Android操作系統(tǒng)。RIM將引入其BlackBerryPlayBook，它使用BlackBerryTabletOS。Motorola將引入其基于Android的Xoom平板電腦。Apple將發(fā)布其第２代和第３代iPad平板電腦，預(yù)期的改進(jìn)包括一個雙核處理器、一個高質(zhì)量顯示器和一個前視相機(jī)以及一個SD卡插槽。6.移動云計(jì)算成功案例移動云計(jì)算的幾個成功實(shí)例：1)加拿大RIM公司面向眾多商業(yè)用戶提供的黑莓企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器方案，可以說是一種具有云計(jì)算特征的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在這個方案中，黑莓的郵件服務(wù)器將企業(yè)應(yīng)用、無線網(wǎng)絡(luò)和移動終端連接在一起，讓用戶通過應(yīng)用推送(Push)技術(shù)的黑莓終端遠(yuǎn)程接入服務(wù)器訪問自己的郵件賬戶，從而可以輕松地遠(yuǎn)程同步郵件和日歷，查看附件和地址本。除黑莓終端外，RIM同時也授權(quán)其他移動設(shè)備平臺接入黑莓服務(wù)器，享用黑莓服務(wù)。目前，黑莓正通過它的無線平臺擴(kuò)展自己的應(yīng)用，如在線CRM等。以云計(jì)算模式提供給用戶的應(yīng)用成為了RIM商業(yè)模式的核心，取得了極大的成功。【7】2)蘋果公司推出的“MobileMe”服務(wù)是一種基于云存儲和計(jì)算的解決方案。按照蘋果公司的整體設(shè)想，該方案可以處理電子郵件、記事本項(xiàng)目、通信簿、相片以及其他檔案，用戶所做的一切都會自動地更新至iMac、iPod、iPhone等由蘋果公司生產(chǎn)的各式終端界面。此外，蘋果公司的iPhone以及專為其提供應(yīng)用下載的AppleStore所開創(chuàng)的網(wǎng)店形式已經(jīng)得到了移動終端廠商和移動通信運(yùn)營商的一致追捧，聚集了大量的開發(fā)者和使用者，提供的應(yīng)用數(shù)量超過100000種，下載次數(shù)超過30億次，成為潮流的引領(lǐng)者。3)微軟公司推出的“LiveMesh”能夠?qū)惭b有Windows操作系統(tǒng)的電腦、安裝有WindowsMobile系統(tǒng)的智能手機(jī)、Xbox，甚至還能通過公開的接口將使用Mac系統(tǒng)的蘋果電腦以及其他系統(tǒng)的手機(jī)等終端整合在一起，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相互連接，從而讓用戶跨越不同設(shè)備完成個人終端和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的同步化，并將數(shù)據(jù)存儲在“云”中。隨著Azure云平臺的推出，微軟將進(jìn)一步增強(qiáng)云端服務(wù)的能力，并依靠在操作系統(tǒng)和軟件領(lǐng)域的成功為用戶和開發(fā)人員提供更為完善的云計(jì)算解決方案。7.移動云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)6.14G4G是第四代移動通信及其技術(shù)的簡稱，是能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G的概念可稱為廣帶(Broad-band)接入和分布網(wǎng)絡(luò)．具有超過2Mbps的非對稱數(shù)據(jù)傳輸能力。對全速移動用戶能提供150Mbps的高質(zhì)量的影像服務(wù)，并首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸，無線用戶之間可以進(jìn)行三維虛擬現(xiàn)實(shí)通信。它包括廣帶無線固定接人、W-LAN、移動廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)。在不同的固定無線平臺和跨越不同頻帶的網(wǎng)絡(luò)中，4G可提供無線服務(wù)，并在任何地方寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)(包括衛(wèi)星通信和平流層通信)，提供信息通信以外的定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。同時，4G系統(tǒng)還是多功能集成的寬帶移動通信系統(tǒng)，是寬帶接入IP系統(tǒng)。【8】4G技術(shù)在移動云計(jì)算中的應(yīng)用主要是幫助解決延遲和帶寬的問題。而且移動計(jì)算市場的增長將通過廣泛的使能技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)，2011年對平板電腦的大量引入是另一促進(jìn)因素。Samsung于2010年1月在馬來西亞引入了YesBuzz4G云手機(jī)，它沒有SIM卡，允許在互聯(lián)網(wǎng)上保存和同步聯(lián)系人，在2011年2月，Motorola引入了4G手機(jī)Atrix，它使用指紋識別器來解鎖手機(jī)，它還配有一個可選的底座，可連接到鍵盤和鼠標(biāo)，將手機(jī)轉(zhuǎn)化為筆記本電腦，報告顯示這款新手機(jī)有問題，但是Motorola聲稱它展示了未來10年內(nèi)將如何使用移動設(shè)備。【9】6.2HTML5和CSS3HTML5對于移動web應(yīng)用來說是重要的一步，HTML是一種文檔發(fā)布標(biāo)記語言，提供一種方式來指定web頁面元素，比如標(biāo)題、文字、表格、列表和圖片，增強(qiáng)的HTML5解決了對web應(yīng)用的支持需求，HTML5還支持規(guī)范離線支持，使本地存儲成為可能，幫助解決連接中斷問題，它還添加畫布和視頻功能，支持在無需插件的情況下使用圖形和視頻，HTML5在表單規(guī)范方面的改進(jìn)有利于移動應(yīng)用，此外，HTML5通常帶有一個地理位置API。HTML5的一個好處是，能夠觀看視頻而無需AdobeFlash或MicrosoftSilverlight等插件；另一個好處是能夠存儲和訪問電子郵件消息和日歷等數(shù)據(jù)，這使得web應(yīng)用程序更加有用。【10】CSS3與HTML5一同指定如何呈現(xiàn)頁面元素，一個HTML規(guī)范告訴web瀏覽器要顯示什么，一個CSS規(guī)范告訴web瀏覽器如何顯示它。HTML5規(guī)范中的新元素需要新的指導(dǎo)來顯示它們，因而需要新版CSS標(biāo)準(zhǔn)。HTML5和CSS3仍處于開發(fā)階段，但是瀏覽器中的有些功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，比如AppleSafari和GoogleChrome，可在CNN.com上找到樣例web站點(diǎn)，TheNewYorkTimes和Vimeo，HTML5功能還在PhoneGap、QuickConnect、RhoMobile、Titanium和Mobile等混合應(yīng)用框架中得到實(shí)現(xiàn)，這些框架幫助實(shí)現(xiàn)跨平臺的移動設(shè)備開發(fā)。從W3C已經(jīng)發(fā)布的HTML5離線存儲細(xì)則來看，HTML5將為Web的離線存儲制定一套標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而在真正意義上實(shí)現(xiàn)Web離線存儲。這項(xiàng)功能將內(nèi)嵌到本地的SQL數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，以用來更好地加速交互式搜索、緩存以及索引功能。【11】有了這些功能，離線Web程序?qū)@得更便捷使用．HTML5使一些程序在離線時仍可使用是因?yàn)樗肓嘶跒g覽器的程序緩存，這個功能能夠?qū)?yīng)用數(shù)據(jù)緩存在本地，從而加速Web程序的運(yùn)行。你可以把離線存儲認(rèn)為是類似谷歌Gears的東西。離線存儲正是云計(jì)算看重的重要特性。6.3虛擬機(jī)監(jiān)控程序跨平臺應(yīng)用的另一促成因素是一個嵌入式虛擬機(jī)監(jiān)控程序，它支持web應(yīng)用程序在任何智能手機(jī)上運(yùn)行，而無需知道底層架構(gòu)，虛擬機(jī)監(jiān)控程序允許其他軟件在虛擬環(huán)境中運(yùn)行，移動平臺需要內(nèi)置虛擬機(jī)監(jiān)控程序。例如，MotorolaAtrix有一個嵌入式虛擬機(jī)監(jiān)控程序支持它運(yùn)行廣泛的應(yīng)用程序。通過虛擬化技術(shù)，單個服務(wù)器可以支持多個虛擬機(jī)運(yùn)行多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用，從而大大提高服務(wù)器的利用率，通過虛擬化為應(yīng)用提供了靈活可變、可擴(kuò)展的平臺服務(wù)。虛擬機(jī)技術(shù)的核心是Hypervisor(虛擬機(jī)監(jiān)控程序)，Hypervisor在虛擬機(jī)和底層硬件之間建立一個抽象層，它可以攔截操作系統(tǒng)對硬件的調(diào)用，為駐留在其上的操作系統(tǒng)提供虛擬的CPU和內(nèi)存。目前VMwareESX和CitrixXenServer能直接運(yùn)行在硬件上，虛擬的操作系統(tǒng)又運(yùn)行在Hypervisor之上，從而能夠按照用戶需求提供IT基礎(chǔ)設(shè)施。隨著虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，對虛擬資源的管理是研究的熱點(diǎn)之一。【12】當(dāng)前的云計(jì)算系統(tǒng)一般是以虛擬機(jī)的形式來滿足用戶的計(jì)算資源需求，但用戶需要根據(jù)自己的要求將這些虛擬機(jī)手動配置成一個工作集群。另外，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN的發(fā)展為用戶在訪問計(jì)算云的資源時提供了一個可以定制的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。目前對于虛擬資源管理的研究，在滿足用戶對虛擬資源的QoS需求及服務(wù)等級協(xié)議(servicelevelagreement，SLA)方面還有待進(jìn)一步研究。6.4Cloudlets如果擴(kuò)展視圖包含之前提到的家庭基站，那么可以求助于cloudlets，它承諾幫助解決移動云計(jì)算中的延遲問題。Wi-Fi熱點(diǎn)和其他本地設(shè)備可配有本地處理和存儲，一個cloudlet是駐留在附近的一個小型的簡單設(shè)備，可能在一個咖啡店中，需要時設(shè)備從一個集中位置下載用戶數(shù)據(jù)，允許本地用戶訪問，從而減少延遲，完成后如有需要，可以將用戶數(shù)據(jù)返回到集中位置，該過程對用戶不可見，不過用戶對更快的響應(yīng)感到滿意。6.5Web技術(shù)Web技術(shù)已經(jīng)從90年初的“混沌期”和本世紀(jì)初的“陣痛期”走出，已經(jīng)進(jìn)入“快速發(fā)展期”，并隨著類似AJAX、jQuery、Flash、Silverlight和HTML5等Web技術(shù)的不斷地發(fā)展，Chrome、Firefox和Safari等性能出色和功能強(qiáng)大的瀏覽器的不斷涌現(xiàn)，使得Web已經(jīng)不再是只能顯示簡單的頁面或者在用戶體驗(yàn)方面遠(yuǎn)遜于傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用，而是能支持多種多媒體功能和復(fù)雜的事件處理，在用戶體驗(yàn)方面已經(jīng)越來越接近桌面應(yīng)用，使得用戶只要通過互聯(lián)網(wǎng)和云連上，就能通過瀏覽器使用各種功能強(qiáng)大的Web應(yīng)用。【13】6.6并行計(jì)算并行計(jì)算指的是同時使用多種計(jì)算資源解決計(jì)算問題的過程，是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算速度和處理能力的一種有效手段。它的基本思想是用多個處理器來協(xié)同求解同一問題，即將被求解的問題分解成若干個部分，各部分均由一個獨(dú)立的處理機(jī)來并行計(jì)算。并行計(jì)算系統(tǒng)既可以是專門設(shè)計(jì)的、含有多個處理器的超級計(jì)算機(jī)，也可以是以某種方式互連的若干臺的獨(dú)立計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集群。通過并行計(jì)算集群完成數(shù)據(jù)的處理，再將處理的結(jié)果返回給用戶。7.總結(jié)計(jì)算作為一項(xiàng)服務(wù)功能是人們長久以來的夢想。使用的彈性符合了通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶直接提供服務(wù)的商業(yè)需求，因?yàn)椋啾?0年前，工作量的增長和收縮變得更加快速。過去要花好幾年時間來增加業(yè)務(wù)和發(fā)展幾百萬用戶，現(xiàn)在只要一個月的時間就可以做到。云計(jì)算是一種新型的計(jì)算模式。它的最主要特征是系統(tǒng)擁有大規(guī)模數(shù)據(jù)集、基于該數(shù)據(jù)集，向用戶提供服務(wù)。它使用大量的普通商用機(jī)來構(gòu)建系統(tǒng)，通過冗余存儲的方式確保整個系統(tǒng)的可靠性和可用性。與傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)在底層編程不同，數(shù)據(jù)密集計(jì)算的云系統(tǒng)上使用基于Map-Reduce的高級編程模式。【14】這使得編程人員可以不用考慮底層的并行化方式，專心與程序的邏輯實(shí)現(xiàn)。普通用戶經(jīng)過簡單的學(xué)習(xí)，可以編寫出滿足自身需要的簡單程序。越來越多的IT廠商提出了自己的“云”計(jì)劃，并投入大量資金推動云計(jì)算的發(fā)展。這恰恰為云計(jì)算提供了良好的發(fā)展機(jī)遇。雖然現(xiàn)在的云計(jì)算并不能完美地解決所有的問題，但是在不久的將來，一定會有越來越多的云計(jì)算系統(tǒng)投入實(shí)用，云計(jì)算系統(tǒng)也會不斷地被完善，并推動其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在目前和未來，移動云計(jì)算將在技術(shù)行業(yè)中扮演非常重要的角色，最終會將