slike bài giảng tính toán di động - hà quốc trung chương 5 quản lý và phổ biến dữ liệu trong tính toán di động

Quản lý và phổ biến dữ liệu trong tính
toán di động
Tính toán di động 2011
Nội dung
1. Giới thiệu chung
2. Phổ biến dữ liệu
3. Caching
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 2
1. Giới thiệu chung
I. Môi trường di động
II. Thiết bị di động
III. Liên kết di động
IV. Dữ liệu di động
V. Tổng quan
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 3
I. Tổng quan
 Ứng dụng cung cấp thông tin
 Email, Messaging, News
 Giao thông công cộng, tình hình giao thông, thông tin về
chuyến bay
 Thông tin nghiệp vụ, tài chính, chứng khoản, mua-bán
 Thông tin về sự kiện, chỗ đậu xe, điểm thăm quan du lịch,
nhà hàng, thời tiết, hiệu thuốc, dịch vụ, danh bạ,
 Nhiều loại thông tin có thể được cung cấp qua MC
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 4
Nhiệm vụ/chức năng
 Yêu cầu: chính xác, nhanh chóng
 Nhiệm vụ
 Tích hợp các dữ liệu/thông tin di động
 Hệ thông tin di động toàn cầu
 Bảo mật và an toàn dữ liệu di động

 Trung tâm dữ liệu di động
 Mô hình dữ liệu thống nhất
 PM trung gian để truy cập dữ liệu di động

Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 5
Thực hiện
 Mô hình vật lý
 Có thể có các mô hình phần cứng khác nhau
 Server-mạng có dây-AP-mạng không dây-MS
 Mô hình trao đổi thông tin
 On demand: (i) gửi yêu cầu, (ii) nhận trả lời
 Publish-Subscribe: (i) đăng ký, (ii)công bố
 Tăng hiệu năng=>Bộ nhớ đệm
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 6
Mô hình Publisher-Subscriber
 Thuận lợi
 Bản chất của mạng không dây: quảng bá
 Khả năng co giãn cao (số lượng client thay đổi không ảnh
hưởng nhiều đến hiệu năng của server)
 Tỷ lệ các yêu cầu uplink (client=> server) nhỏ=> tiết kiệm năng
lượng cho client
 Vấn đề
 Cấu trúc của thông tin quảng bá
 Tần suất quảng bá (phối hợp giữa các đơn vị dữ liệu khác nhau)
 Phân phối băng thông cho các đơn vị dữ liệu
 Tiết kiệm năng lượng (vd hot items, doze mode)
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 7
Caching
 On demand: chi phí truy cập cao
 Dự trữ

 Phù hợp: nhiều=> lãng phí, ít=> chi phí cao
 Bản chất của đối tượng dự trữ: mau hỏng, bền vững
 => có khả năng giảm chi phí khi có chính sách phù hợp
 Vấn đề cần giải quyết
 Dự trữ thông tin=> có nhiều bản sao
 Sai lệch thông tin: cần đảm bảo các thao tác đọc cho kết quả
thống nhất
 Xung đột thông tin: cần đảm bảo các thao tác ghi cho kết quả
thống nhất
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 8
II. Ảnh hưởng của tính toán di động
 Hệ thống di động có thể là có kiến trúc/không có kiến trúc
 Kết nối yếu/không ổn định
 Thường xuyên ngắt kết nối
 Ngắt chủ động
 Ngắt bị động
 Nhu cầu
 Kết nối trong suốt
 Đảm bảo dữ liệu sẵn sàng cho các ứng dụng khi kết nối
bị/không bị ngắt
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 9
Thiết bị di động
 Tài nguyên hạn chế
 CPU, bộ nhớ, nguồn
 Tối thiểu hóa lượng tài nguyên sử dụng
 Đảm bảo tính thống nhất dữ liệu một cách hợp lý
 Liên kết di động
 Bất đối xứng
 Khác nhau giữa kênh lên và kênh xuống
 MS cạnh tranh để có kênh lên=>tốn kém tài nguyên cho kênh lên

 Tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên thông qua việc phân
phối hợp lý kênh lên/kênh xuống
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 10
Dữ liệu di động
 Rất nhiều dữ liệu về vị trí
 Rất nhiều dữ liệu phụ thuộc vị trí
 Caching phụ thuộc vị trí
 Mở rộng các cơ chế caching phù hợp với các dữ liệu vị trí
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 11
MANET Mobile Adhoc Network
 Kết nối chủ yếu là adhoc
 Các nút định tuyến không tin cậy
 Bản chất trao đổi thông tin P2P
 Có các tính chất của MNET
 => Giải quyết vấn đề caching cho adhoc
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 12
2. Phổ biến dữ liệu
I. Giới thiệu
II. Phân phối băng thông cho các kênh logic
III. Lập lịch cho kênh quảng bá
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 13
I. Giới thiệu
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 14
 On demand
 Gửi yêu cầu, nhận trả lời
 2 thao tác, 1 lên, 1 xuống cho một đơn vị dữ liêu
 Số lượng MS tăng=> Server bị quá tải
 Số lượng đơn vị dữ liệu tăng=> tiêu tốn năng lượng của MS
 Mô hình Push
 MS đăng ký, server quảng bá

 N phần tử dữ liệu=> 01 lên, N xuống
 Số lượng MS tăng: không ảnh hưởng đến server
 N tăng:
 Chỉ có 1 thông báo lên
 Độ trễ trung bình nhận một phần tử dữ liệu tăng
Các kênh truyền logics
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 15
 Sử dụng hỗn hợp cả 2 mô hình
 Kênh ondemand: đòi hỏi băng thông Uplink và Downlink
 Kênh lên
 Kênh xuống riêng
 Kênh quảng bá: chủ yếu là băng thông Downlink
 Bài toán:
 phân phối băng thông cho các kênh logic
 lập lịch quảng bá các đơn vị dữ liệu
II. Phân phối băng thông cho kênh logic
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 16
 Giả định
 Số lượng nút là M
 tổng băng thông là B
 băng thông quảng bá là 


 băng thông on demand là 


 Có n phần tử dữ liệu 

   


, kích thước S
 Các thông báo yêu cầu thông tin kích thước R
 Các phần tử xuất hiện với xác suất 

 

 

theo thứ tự giảm dần
 Các nút yêu cầu dữ liệu giống nhau với tốc độ là r yêu cầu /s
 Tính thời gian truy cập một đơn vị dữ liệu
   

 

, trong đó
 

, thời gian trung bình để truy cập một đơn vị dữ liệu theo kiểu
ondemand
 

, thời gian trung bình để truy cập dữ liệu từ kênh quảng bá
Nếu kênh truyền là on demand
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 17
 Thời gian để truy cập một đơn vị dữ liệu theo ondemand


 


 Số lượng các yêu cầu trung bình trong cả hệ thống
  
 Khả năng cung cấp dịch vụ


  
 Điểm tới hạn    gần với



=> rất khó có thể bổ
sung thêm nút vào hệ thống
 Không đảm bảo tính co giãn
Nếu kênh truyền là broadcast
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 18
 Thời gian chờ trung bình của mỗi nút  đơn vị





 Không phụ thuộc vào số nút M
 Chỉ phụ thuộc vào số lượng đơn vị dữ liệu n
 => có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tần suất quảng bá
của các đơn vị dữ liệu
Ví dụ
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 19
 Quảng bá với 2 đơn vị dữ liệu 




, với xác suất 

  


 Thời gian truy cập vào 



bằng 1/2 thời gian truy cập on
demand
 Hệ thống luôn luôn quảng bá 

=> thời gian truy cập vào


là vô cùng lớn.
 Bài toán: xác định tần số quảng bá để thời gian truy cập trung
bình nhỏ nhất
 Kết quả:







 









 


 vd: 

  

  

 

, khi đó 

 


 Có thể tổng quát kết quả cho n đơn vị dữ liệu bằng nhau.
Giải thuật
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 20
 Xác định số đơn vị dữ liệu gán cho kênh ondemande, đảm bảo độ trễ < một
giá trị ngưỡng L nào đó
 Đưa càng nhiều “hot items” vào kênh quảng bá càng tốt.

 Giải thuật
For i = N down to 1 do:
Begin
1. Assign D1, …, Di to the broadcast channel
2. Assign Di+1, …, DN to the on-demand channel
3. Determine the optimal value of Bb and Bo, to minimize
the access time T, as follows
a. Compute To by modeling on-demand channel as
M/M/1 (or M/D/1) queue
b. Compute Tb by using the optimal broadcast
frequencies F1, …, Fi
c. Compute optimal value of Bb which minimizes the
function T = To + Tb.
4. if T <= L then break
End
III. Lập lịch cho quảng bá
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 21
 Nhiệm vụ
 Xác định quảng bá phần tử dữ liệu nào
 Xác định quảng bá một phần tử dữ liệu khi nào
 Trừu tượng hóa kênh logic với chương trình
 Sử dụng kênh quảng bá như các ổ đĩa ảo, với tốc độ quay khác
nhau
 Kiến trúc
 Nhiều đĩa ảo với các tốc độ quay khác nhau
 Đĩa cập nhật nhanh nhất: phần tử dữ liệu được truy cập nhiều
nhất
 Tốc độ quay-tần suất truy cập
Giải thuật AAFZ
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 22

 Lập lịch cho các đĩa để đạt được tốc độ quay tương đối
 Đầu vào
 N đĩa: vd1, vd2 vdN
 Ánh xạ các phần tử dữ liệu có tần suất xấp xỉ nhau fi vào đĩa i
 Tốc độ quay tương đối của các đĩa khi đó là fi
 Đầu ra: Lịch quảng bá các phần tử dữ liệu
 Giải thuật
 max_chunk=BCLN(fi)
 Chia đĩa ảo i thành  


chunk
 Mỗi vòng lặp sẽ truyền các chunk với tần suất của đơn vị
dữ liệu tương ứng.


Giải thuật AFFZ
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 23
For i = 0 to max_chunk do:
For j=1 to n-1
i. k=i mod num_chunk(j)
ii. Quảng bá chunk(j,k)
End For
End For

Ví dụ
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 24
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 2 3 6 1 4 5 7 1 2 3 8 1 4 5 9

Data Items in decreasing
Order of popularity
Relative frequency
4 2
1
1 2 4
LCM = 4 = Max_Chunks
Num Chunks =
Max_Chunks/Rel_freq(i)
Broadcast schedule
Disk 1 Disk 2 Disk 3
3. Caching
Tính toán di động @Hà Quốc Trung 2011 25
I. Caching trong hệ thống phân tán cố định
II. Caching trong các hệ thống di động
III. Mobile web caching