应用层组播稳定性及移动云应用分流优化研究

摘要

随着移动互联网技术的快速发展和移动终端的大量普及，视频会议、网络直播等多媒体应用越来越多地转移到移动终端上使用。应用层组播具有配置简单、无需改变底层网络的优点，在上述群组通信中得到广泛应用。但是，移动终端的计算能力受限、续航时间短以及高度移动性等特点会引起移动终端数据转发能力的差异性以及overlay拓扑的动态变化，从而导致应用层组播的不稳定问题。为了缓解这一问题，本文提出了基于gossip机制和多速率组播的应用层组播方案，并通过OMNeT++仿真验证了方案的有效性。而为了弥补移动端续航能力和计算能力受限的缺陷，移动云计算应运而生。它采用应用分流技术将移动终端无法处理或处理代价过高的移动应用转移到云端执行。应用分流决策对移动应用是否转移到云端执行进行决策，其准确度直接影响应用执行的代价。云端资源的动态性和移动信道的随机性将造成应用分流决策的准确度下降，从而导致应用执行代价增大，缩短终端续航时间。针对这一问题，本文基于随机网络优化理论，设计了一种动态应用分流决策及传输调度算法，优化应用执行的代价，延长终端的续航时间。本文的主要工作内容及创新点如下：
　　（1）研究 overlay拓扑动态性所导致的应用层组播稳定性不足问题。对异构overlay拓扑进行建模，分析出组播稳定所需满足的约束条件。提出一种基于 gossip算法的应用层组播方案，将gossip机制引入到数据分发过程中，并通过协作方式弥补节点动态离开所引起的拓扑结构变化，达到提高组播稳定性的目的。
　　（2）针对节点数据转发能力异构所引起的组播不公平问题，对多速率 overlay分层组播进行研究。在嵌式overlay网络上传输多速率的分层组播数据会遇到“传输隔离”问题，使下层节点无法接收到增强层数据。本文提出了一种基于gossip算法的嵌式overlay分层组播策略，通过gossip机制实现增强层数据的跨层传输，从而改善多速率overlay组播所面临的“传输隔离”以及负载不均问题。
　　（3）从理论上研究了移动云动态应用分流决策算法。将移动应用分流到云端执行会有时延和能耗代价。处理移动应用之前应根据是否对移动端有益来判断是否将该应用转移到云端。应用分流决策受信道状态、云端处理能力、应用任务复杂度、终端处理能力等因素的影响。本文综合考虑了应用执行时延以及应用执行能耗，利用随机网络优化中的李雅普诺夫优化理论，设计满足上述约束的动态的、稳定的应用分流策略和传输调度策略以优化应用执行代价、延长电池续航时间。

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第一章 绪论

§1.1 研究意义

§1.2 研究现状

§1.3 研究内容

§1.4 结构安排

第二章 异构网络环境下的高稳定性应用层组播方案

§2.1 引言

§2.2 基于gossip算法的高稳定性应用层组播方案

§2.3 链路压力性能分析

§2.4 仿真实现

§2.5 本章小结

第三章 基于gossip算法的overlay分层组播策略

§3.1 引言

§3.2 LEOM组播方案设计

§3.3 仿真及结果分析

§3.4 本章小结

第四章 移动云动态应用分流决策及传输调度算法

§4.1 引言

§4.2 基于随机网络优化理论的动态应用分流决策及传输调度算法

§4.3 仿真分析

§4.4本章小结

第五章 总结与展望

§5.1 全文总结

§5.2 有待进一步研究的工作

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果