IEEE谈移动云计算:模式与挑战

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在过去的一年，云计算技术被认为是“网络的未来”，据赛迪顾问预测，2010-2013年，中国云计算服务市场规模年均复合增长率将达到91.5%。云计算的发展并不局限于PC，随着移动互联网的蓬勃发展，基于手机等移动终端的云计算服务已经出现。移动云计算已经成为我们日常生活的一部分。

移动互联网是移动云计算发展的主要推力，随着3G的普及，移动云计算将引来高速发展。工业和信息化部3月30日的通信业运行报告显示，1-4月份，全国3G用户净增3054.7万户，达到15897.1万户。

移动云计算有广泛的应用。在商业领域常见的应用有工作派遣、日程安排、内部邮件、工作流程等移动企业管理相关服务，也有后勤、库存控制等移动商务应用。个人用户的应用一般是移动网络接入、电子商务(购物、移动支付)、娱乐等个性化的需求。

同时，政府也在公共服务、军事等领域应用移动云计算，譬如：电子政府、电子健康服务、旅游业(电子地图导航、旅游定位服务)、智能交通、环境监控、战时通信等。

移动云计算的三种模式

在笔者看来，移动云计算主要有三种模式：通过移动设备接入云、微云(Micro Cloud)和云端为移动设备增效。

众所周知，计算机提供的服务会涉及三个部分：存储、计算、操作/显示。例如，播放一个视频，需要存储空间来存放视频，然后需要计算资源来解码，最后还要有显示器和键盘来实现影像输出和用户操作。云计算，就是让多个高性能的机器负责以上的其中一部分。笔者也是基于这种对任务的分配来界定不同的模式。

通过移动设备接入云

通过移动设备接入云端提供的各种SaaS(软件即服务)。常见的通过移动设备接入的案例有：为苹果用户提供数据存储和同步的服务的icloud、移动搜索服务、谷歌邮箱、谷歌地图、备份等。从这些上述应用来看，移动云计算经常被误解为单纯的SaaS，事实上，与之相关的各种数据处理也在云端进行的，而这个过程就涉及IaaS(基础设施即服务)的服务。

那如何实现云端的智能接入呢？一方面是按需网络连接技术的实现，目前已经可以通过由大范围的无线接入技术支持的异构数据访问实现按需网络连接，例如：GPRS，WCDMA/HSPA(高速分组接入)，LTE(3GPP长期演进技术)，微波存取全球互通，CDMA2000，无线局域网络。另一方面是无线接入端资源的分配，可以通过终端的环境配置、网络节点，或用户端的感测器，减少无线资源的浪费并高效管理无线接入端的分配。

微云(Micro Cloud)

通过单一基于移动设备的自适应网络实现云计算的移动性，例如，利用个人移动设备的资源去提供一种虚拟的移动云--微云。在这种模式下，移动设备成为了云服务硬件的一部分或全部，使之无需接入互联网的云端，也不需要中央服务器，也能实现数据储存和处理服务。

目前，卡内基梅隆大学的Hyrax项目将Hapdoop运行框架移植到Android手机上。多台Android手机通过相互协作实现对数据的分布式存储和处理。该模式主要有两种应用：

第一，传感数据应用。智能手机利用其搭载的传感器(例如GPS，加速度传感器、光传感器、温度传感器、指南针等等)采集数据，对数据进行分析处理而为应用提供查询服务。例如，利用分布在不同地理位置的用户手机所采集的位置和移动信息预测当前交通状况。

第二，多媒体社交应用。多媒体数据包括智能手机利用麦克风、摄像头所记录的音频和影像文件，以及用户预先存储的音乐或者视频等娱乐文件。例如，用户输入一张图片或者一段音频、视频，应用从多个用户手机中寻找与用户输入内容最为匹配的文件。

但是，微云模式存在缺乏普适性的问题，一方面对储存及计算资源缺乏统一的有效管理；另一方面，数据存储和访问的过程缺乏优化。

云端为移动设备增效

这种模式将移动设备端正在运行的应用中部分或者全部数据存储和计算任务无缝透明地迁移到云端，以克服移动设备资源受限的问题。目前，手机应用需要的大部分数据储存和处理需求都是在移动设备上完成的，通过云端扩展的渠道，数据存储和处理可以在手机以外的云端实现，这样就克服了移动设备自身的局限性。这种移动云计算的模式通常被视为IaaS(基础设施即服务)或PaaS(平台即服务)。

移动计算因其集约性能大大提高了客户端在语音、自然语言处理、计算机视觉和绘图、机器学习、计划和决策等的识别能力。但是，移动设备不足以应对大量的数据存储和处理的需求，同时，这些功能的实现耗电较多，移动设备会很快没电。

通过移动设备实现对环境的实时监控采用的就是云增效的模式，这项功能开始应用在智能交通领域。它由一套3D传输系统实现，根据不同位置的移动设备所采集的二维影像数据以及相应传感数据，实现对交通状况的实时监测。数据在完成编码后上传到云端，在云端完成储存、解码、3D图形渲染，最后以3D方式呈现给用户。

Cloudlet(小云)应用也是一种常见的云端为移动设备增效的模式。小云的主要思想是将移动设备上的计算任务迁移到同处一个局域网内的服务器。这种局域网内为用户提供计算服务的基础设施称作小云。与因特网上云服务相比，小云拥有高数据传输率的优点，从而减小用户响应时间。此外，小云利用虚拟化技术实现云端基础设施服务的短暂定制。用户使用前需要定制云端服务资源，使用后对该资源进行清理。

Cloudlet的优势主要在于它部分解决了安全性的问题，小云对用户与用户之间的计算环境，以及用户计算环境与系统服务环境进行进行隔离，从而提高应用安全性。但Cloudlet也不是完美的，它只允许少数的用户在同一时间访问，同时，它的管理由商户负责，很多时候缺乏必要专业性。

移动云计算的挑战

移动云计算的挑战主要来自三个方面：移动计算、云计算，以及伴随两者结合而增加的复杂性，它们有可能阻碍移动云计算的应用普及。

安全和隐私问题是最受关注的，移动设备的属性使其面临更高的隐私和安全风险，因此云服务提供商和移动设备用户间要建立信任。服务提供商应该保证用户在多重网络漫游时保存隐私信息的安全性，同时，应该着手设立保护移动设备接入云计算的相关标准。

服务标准化也是另一个急需解决的问题，在网络接入、电源使用、显示方式和信息处理方面，移动设备和个人电脑有着很多差异。移动云计算服务标准化的进程中应该考虑用户界面、本地存储与离线操作、数据同步等问题。此外也有防范被服务提供商锁定的问题，可移植性和互操作性的缺乏使得服务商之间数据和应用的转移变得障碍重重。

最后是弹性应用引发的相关问题：在云端平台和本地设备之间如何分配功能和数据资源？如何随时随地实现移动设备在本地和云端之间资源的无缝对接？

移动云计算将会在未来几年内形成巨大的市场需求，据预测，移动云计算将会成为未来20年IT业的平台选择并形成巨大的经济规模。到2014年，移动云计算将会成为支配性的应用开发战略。到2015年，超过2.4亿的商业客户会通过移动设备应用云计算，这将会带来52亿美元的经济规模。随之会产生数万亿的可接入云端的设备，包括移动云计算的各类工具、模型、解决方案和最优实践。