移动云计算术与发展趋势研究

移动云计算术与发展趋势研究

史殿习闫慧宁吴振东肖玺杨智文王怀民

（国防科大计算机学院，湖南，长沙，410073）

1 引言

随着应用需求的发展，网络应用正在向社会生活的各个角落加速渗透，以网络为基础的新型网络计算与应用模式不断涌现，云计算、软件即服务、社交网络、网上购物等应用层出不穷。云计算作为互联网时代一种重要应用模式，自2007年被首次提出以来，在短短几年时间里，随着亚马逊、IBM、Google和微软等公司的推动，云计算在学术界和企业界迅速成为关注和研究的热点。一般认为，云计算是以互联网为中心，构建一些由廉价的服务器或者PC机构成的集群系统，并按照一定的方式把这些计算机上的各种资源有机地组织在一起，为用户提供安全、可靠、快速、便捷、透明的数据存储、访问和计算服务。著名咨询机构Gartner在2010年的技术成熟度报告中将云计算放在了成熟度曲线的顶部，云计算在未来的几年中成为主流的计算技术[1]。

与此同时，随着无线网络技术的快速发展，以智能手机为代表的各种移动终端设备开始大量接入网络。互联网、3G、无线宽带网络等多种接入方式呈现出融合发展的趋势，网络和应用无所不在的“泛在网络”时代正在逐渐实现。移动泛在性将是未来网络的一个重要的特性，泛在的网络使人们随时随地使用各种网络终端以多样化的网络接入方式访问多样化的网络服务，从而获得最佳的个性化实时服务。云计算的核心是将计算、服务和应用集中在数据中心之上作为一种公共设施提供给公众，并以服务的形式供用户使用，使人们能够像使用水、电、煤气和电话那样使用计算机资源，体现出一切皆服务的特点。泛在的网络为智能手机为代表的各种网络终端访问云计算服务提供了基础设施方面的支持，云计算与泛在的移动网络相结合能够更好地发挥其威力和作用，从而催生了新的计算模式——移动云计算模式。据国际电信联盟[2]统计，全球手机用户已超过40亿。据ABI[3]的调查统计分析，2008年全球移动云计算用户的数量为4280万，占全球手机用户数量的1.1%；经过5年的高速发展，2014年预计将达到9.98亿，占全球手机用户的19%，并且移动云计算的商业价值将达到200亿美元的规模。ABI 公司认为移动云计算不久将成为移动世界中的主导力量。

基于手机等移动终端访问云计算服务的移动云应用如移动微博、移动地图、移动搜索、移动支付、手机联网游戏等开始涌现，Google的移动Gmail、手机地图以及导航系统、手机语音搜索系统以及Android平台上的各种服务等、苹果公司的“MobileMe”服务、微软公司的“LiveMesh”、Motorola的“MotoBlur”服务、加拿大RIM公司面向移动用户的黑莓企业应用服务器方案以及国内的UCWEB与和信（hesine）等是移动云计算的典型代表。据Juniper[4]研究公司的最新研究显示，从2009年到2014年，基于云计算的手机软件年增长率将达到88%，在2014年由移动云计算创造的财富将达到95亿美元。

云计算与泛在的移动互联网相结合而产生的移动云计算模式将深刻地改变着人们的生活方式，但这种结合带来了许多新的挑战和问题。宏观上讲，这些挑战和问题的核心是如何将两者有机地结合起来，扬长避短充分发挥两者的优势避其劣势？一方面，以智能手机为代表的移动终端如何充分利用云计算计算能力强大、功能随需扩展、服务丰富、节省投资等优势，进而扩展移动终端的功能和作用？另一方面，如何克服移动终端资源和计算能力受限的劣势，使其能够像传统的PC、服务器一样方便地访问云计算？本文试图从这两个方面入手来研究和探讨移动云计算的概念和内涵、关键技术、研究现状及其进一步的发展趋势。

2 基本概念

移动计算（Mobile Computing）的概念由来已久，云计算（Cloud Computing）是2007第3季度才诞生的新名词，但自从诞生以来持续火热，而且已经在很多领域取得了巨大的成功，而移动云计算（Mobile Cloud Computing）是一个崭新的概念，2009年才开始进入人们视野。从Google的搜索趋势可以看出这一点，如图1所示。本节将分别对移动计算、云计算和移动云计算这三个基本概念作相关的阐述。

图 1 移动计算和云计算以及移动云计算在Google中的搜索趋势

2.1 移动计算

移动计算[5]是上世纪90年代早期随着移动设备、无线通信技术以及分布计算技术的发展而产生的，其目标是在无线网络环境下实现数据传输和资源共享，使用户在任何时间、任何地点可以方便、快捷地访问获取所需要的信息和服务，经过近二十多年的快速发展，移动计算技术在无线移动网络通信技术、移动信息访问技术、位置感知技术、移动设备能量消耗节省技术以及无线移动环境下的软件自适应技术方面取得了长足发展，在这些方面取得的成功极大地改变人们的生活方式和工作方式，通过各种移动终端设备如智能手机等访问e-mail 以及各种Web服务已经成为人们日常生活和工作中常态化的访问方式。然而，由于各种移动设备自身处理能力、资源、大小以及电池能量消耗等方面限制以及无线通信网络的通信质量以及可靠性等方面不可预知变化因素的影响，移动计算在其发展过程依然面临着巨大的挑战和问题。

文献[6]中结合云计算对当前以及将来的移动计算与十五前的移动计算不同以及面临的问题和挑战进行了深入研究和分析，指出在当前的云计算这样一个大的背景和环境下，移动计算当前面临的主要问题有：移动设备的资源贫乏问题，无线接入远端云的网络不稳定问题，以及部分场景下远端云不可达等问题。为了应对这些问题，提出了两种策略。一是针对云接入的不稳定问题，提出了“瑞士军刀”策略，即尽可能在移动设备上安装所需要的软件和服务，但这种策略受限于移动设备本身所能提供的资源，因此存在一些局限。二是为了应对资源贫乏以及“瑞士军刀”策略的局限性，提出了“钱包”策略（一个典型的钱包中一般都有现金、信用卡、身份证等物品，实际中并不是这些物品本身有价值，而是依赖于从环境中按

需获取有用的商品和服务）。“钱包”策略的核心思想是，将移动计算与云计算有机地结合起来，使移动计算中作为主要载体的移动设备的能力不仅仅依赖于其本身的硬件和软件的能力，而是要使其充分利用云计算强大的处理能力、无限可用的资源以及丰富多样的服务，从而有效扩展移动设备的各种能力。最后还进一步指出未来移动计算的研究在应对实际问题时，应当在这些问题和这两种策略中做出权衡。从上述观点我们可以看出，与云计算有机地结合起来是移动计算将来的重要发展方向。

2.2 云计算

关于到底什么是云计算，目前还没有公认的定义。各研究机构和专家对于云计算从各个不同的角度也有着不同的定义。文献[7]认为云计算是用来同时描述一个系统平台或者一种类型的应用程序，用户可以按需进行动态地部署、配置、重新配置以及取消服务等。文献[8]从市场角度认为云计算是并行计算和分布式计算的一种，包含一些互联的虚拟化的计算机，这些计算机动态供应并被呈现为基于服务提供者和消费者之间协商的服务层协议的计算资源。文献[9]认为云计算系统是将信息永久地存储在云中的服务器上，用户在使用信息时只是在客户端进行缓存，客户端可以是桌面机、笔记本、手持设备等。文献[10]认为云计算系统不仅能够向用户提供硬件服务、软件服务、数据资源服务，而且还能够向用户提供能够配置的平台服务。文献[11]认为云计算系统是以付费使用的形式向用户提供各种服务的分布式计算系统，系统对用户来讲是透明的，其本质是对虚拟化的计算和存储资源池进行动态部署、动态分配和重分配、实时监控的系统，从而向用户提供计算服务、数据存储服务以及平台服务。本文在综述了各种不同的云计算定义之后，认为云计算是基于互联网来为用户提供各种服务，用户通过各种终端可以按需进行动态部署、配置和访问服务。

根据所提供的服务类型，云计算分为IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务）、PaaS（Platform as a Service，平台即服务）、SaaS（Software as a Service，软件即服务）。IaaS 将硬件设备等基础资源封装成服务供用户使用，如亚马逊的弹性云计算EC2（Elastic Cloud Computing，EC2）和简单存储服务S3（Simple Storage Service，S3）；PaaS对资源的抽象层次更进一步，它提供用户应用程序的运行环境，如Google App Engine；SaaS将某些特定的应用软件功能封装成服务，如Salesforce公司提供的在线客户关系管理CRM（Client Relationship Management）。使用IaaS用户可以动态地申请、释放节点，而且就用户需求而言，可以认为用户能够申请的资源几乎是无限的，这种服务有效地解决了移动终端存储资源