Service-oriented and Evidence-aware Mobile Cloud Computing

Abstract

Arvutiteaduses on kaks kõige suuremat jõudu: mobiili- ja pilvearvutus. Kui pilvetehnoloogia pakub kasutajale keerukate ülesannete lahendamiseks salvestus- ning arvutusplatvormi, siis nutitelefon võimaldab lihtsamate ülesannete lahendamist mistahes asukohas ja mistahes ajal. Täpsemalt on mobiilseadmetel võimalik pilve võimalusi ära kasutades energiat säästa ning jagu saada kasvavast jõudluse ja ruumi vajadusest. Sellest tulenevalt on käesoleva töö peamiseks küsimuseks kuidas tuua pilveinfrastruktuur mobiilikasutajale lähemale? Antud töös uurisime kuidas mobiiltelefoni pilveteenust saab mobiilirakendustesse integreerida. Saime teada, et töö delegeerimine pilve eeldab mitmete pilve aspektide kaalumist ja integreerimist, nagu näiteks ressursimahukas töötlemine, asünkroonne suhtlus kliendiga, programmaatiline ressursside varustamine (Web APIs) ja pilvedevaheline kommunikatsioon. Nende puuduste ületamiseks lõime Mobiilse pilve vahevara Mobile Cloud Middleware (Mobile Cloud Middleware - MCM) raamistiku, mis kasutab deklaratiivset teenuste komponeerimist, et delegeerida töid mobiililt mitmetele pilvedele kasutades minimaalset andmeedastust. Teisest küljest on näidatud, et koodi teisaldamine on peamisi strateegiaid seadme energiatarbimise vähendamiseks ning jõudluse suurendamiseks. Sellegipoolest on koodi teisaldamisel miinuseid, mis takistavad selle laialdast kasutuselevõttu. Selles töös uurime lisaks, mis takistab koodi mahalaadimise kasutuselevõttu ja pakume lahendusena välja raamistiku EMCO, mis kogub seadmetelt infot koodi jooksutamise kohta erinevates kontekstides. Neid andmeid analüüsides teeb EMCO kindlaks, mis on sobivad tingimused koodi maha laadimiseks. Võrreldes kogutud andmeid, suudab EMCO järeldada, millal tuleks mahalaadimine teostada. EMCO modelleerib kogutud andmeid jaotuse määra järgi lokaalsete- ning pilvejuhtude korral. Neid jaotusi võrreldes tuletab EMCO täpsed atribuudid, mille korral mobiilirakendus peaks koodi maha laadima. Võrreldes EMCO-t teiste nüüdisaegsete mahalaadimisraamistikega, tõuseb EMCO efektiivsuse poolest esile. Lõpuks uurisime kuidas arvutuste maha laadimist ära kasutada, et täiustada kasutaja kogemust pideval mobiilirakenduse kasutamisel. Meie peamiseks motivatsiooniks, et sellist adaptiivset tööde täitmise kiirendamist pakkuda, on tagada kasutuskvaliteet (QoE), mis muutub vastavalt kasutajale, aidates seeläbi suurendada mobiilirakenduse eluiga.

Mobile and cloud computing are two of the biggest forces in computer science. While the cloud provides to the user the ubiquitous computational and storage platform to process any complex tasks, the smartphone grants to the user the mobility features to process simple tasks, anytime and anywhere. Smartphones, driven by their need for processing power, storage space and energy saving are looking towards remote cloud infrastructure in order to solve these problems. As a result, the main research question of this work is how to bring the cloud infrastructure closer to the mobile user? In this thesis, we investigated how mobile cloud services can be integrated within the mobile apps. We found out that outsourcing a task to cloud requires to integrate and consider multiple aspects of the clouds, such as resource-intensive processing, asynchronous communication with the client, programmatically provisioning of resources (Web APIs) and cloud intercommunication. Hence, we proposed a Mobile Cloud Middleware (MCM) framework that uses declarative service composition to outsource tasks from the mobile to multiple clouds with minimal data transfer. On the other hand, it has been demonstrated that computational offloading is a key strategy to extend the battery life of the device and improves the performance of the mobile apps. We also investigated the issues that prevent the adoption of computational offloading, and proposed a framework, namely Evidence-aware Mobile Computational Offloading (EMCO), which uses a community of devices to capture all the possible context of code execution as evidence. By analyzing the evidence, EMCO aims to determine the suitable conditions to offload. EMCO models the evidence in terms of distributions rates for both local and remote cases. By comparing those distributions, EMCO infers the right properties to offload. EMCO shows to be more effective in comparison with other computational offloading frameworks explored in the state of the art. Finally, we investigated how computational offloading can be utilized to enhance the perception that the user has towards an app. Our main motivation behind accelerating the perception at multiple response time levels is to provide adaptive quality-of-experience (QoE), which can be used as mean of engagement strategy that increases the lifetime of a mobile app.