張以利，楊萬(wàn)扣

0 引言

移動(dòng)和頻繁斷連是移動(dòng)設(shè)備特點(diǎn)之一，利用移動(dòng)設(shè)備自身計(jì)算和存儲(chǔ)能力，可緩存服務(wù)器中部分“熱點(diǎn)”數(shù)據(jù)，當(dāng)客戶端因斷連或網(wǎng)絡(luò)擁塞而與服務(wù)器“失聯(lián)”時(shí)，在本地即可找到所需數(shù)據(jù)。但當(dāng)服務(wù)端數(shù)據(jù)更新時(shí)，客戶端緩存會(huì)出現(xiàn)由于未及時(shí)更新而與服務(wù)器不一致等問(wèn)題[1]。

移動(dòng)緩存一致性維護(hù)問(wèn)題是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。目前最有代表性算法，是帶有時(shí)間戳的廣播算法（Broadcasting Timestamps Strategy，BTS），服務(wù)器每隔一個(gè)時(shí)間段，向客戶端發(fā)送一個(gè)包含更新數(shù)據(jù)的失效報(bào)告（Invalidation Report，IR），用以更新緩存。但是，BTS算法基于C/S模式，當(dāng)服務(wù)器數(shù)據(jù)更新時(shí)，需通知每一客戶端并等待確認(rèn)，服務(wù)端會(huì)因?yàn)榭蛻舳藷o(wú)法及時(shí)確認(rèn)而產(chǎn)生“寫延遲”，客戶端的頻繁斷接還會(huì)加劇“寫延遲”；客戶端不允許斷接，一旦斷接就會(huì)始終處于重連等待狀態(tài)；客戶端每次斷接重連后需重新驗(yàn)證緩存；這些都會(huì)影響客戶請(qǐng)求響應(yīng)速度及網(wǎng)絡(luò)通信開銷。

移動(dòng)云計(jì)算是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算相結(jié)合的新技術(shù)；Agent具有主動(dòng)性和智能性，適合在異構(gòu)開放環(huán)境中提供中間件服務(wù)，在減少網(wǎng)絡(luò)“延遲”、支持輕載移動(dòng)設(shè)備方面具有不可比擬的優(yōu)越性[2]，而移動(dòng)設(shè)備具有移動(dòng)性、計(jì)算能力弱、存儲(chǔ)空間小、電池容量小特點(diǎn)。因此，移動(dòng)緩存技術(shù)同移動(dòng)云技術(shù)和Agent技術(shù)具有天然的匹配性。

移動(dòng)云環(huán)境中基于 Agent的緩存一致性維護(hù)策略（Cache Consistent Maintenance Scheme Based on Agent in Mobile Cloud Environment，CSC），針對(duì)傳統(tǒng)算法中存在的服務(wù)端“寫延遲”及終端斷接操作，結(jié)合移動(dòng)云技術(shù)、Agent技術(shù)及緩存技術(shù)，搭建三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)，并在中間層建立數(shù)據(jù)緩存，利用中間層協(xié)調(diào)客戶端與服務(wù)端關(guān)系，通過(guò)移動(dòng)代理來(lái)維護(hù)“雙緩存”一致性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該策略能夠有效解決“寫延遲”和終端斷接操作及斷接重連后的一致性驗(yàn)證問(wèn)題，并能提高客戶請(qǐng)求響應(yīng)速度、減少網(wǎng)絡(luò)通信開銷。

1 移動(dòng)云環(huán)境中基于Agent的語(yǔ)義緩存維護(hù)平臺(tái)

移動(dòng)云環(huán)境中基于 Agent的緩存一致性維護(hù)平臺(tái)（Cache Consistent Maintenance platform Based on Agent in Mobile Cloud Environment，CPCE），是借助移動(dòng)云技術(shù)、Agent技術(shù)及緩存技術(shù)搭建起來(lái)的三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)，在云平臺(tái)的中間層開辟大緩存空間并建立緩存狀態(tài)信息列表，利用中間層對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和一致性維護(hù)，有效解決服務(wù)端“寫延遲”問(wèn)題，同時(shí)支持終端頻繁斷接，提高終端訪問(wèn)請(qǐng)求的響應(yīng)速度，減少數(shù)據(jù)通信開銷。CPCE平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示：

圖1 移動(dòng)云環(huán)境中基于Agent的語(yǔ)義緩存維護(hù)三層結(jié)構(gòu)模型

1.1 CPCE平臺(tái)的Agent體系結(jié)構(gòu)及通信方式

Agent具有主動(dòng)性與智能性特點(diǎn)，能減少網(wǎng)絡(luò)“延遲”、支持輕載設(shè)備。CPCE平臺(tái)中的Agent有靜態(tài)Agent和移動(dòng)Agent兩種類型，實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)識(shí)、統(tǒng)一命名管理，采用“黑板報(bào)”通信機(jī)制，平臺(tái)中的Agent之間互相“協(xié)商”，共同完成緩存一致性維護(hù)的任務(wù)[3]。

定義1 CPCE平臺(tái)的Agent模型

CPCE平臺(tái)的Agent模型定義為5元組如公式（1）：

ID屬性用以標(biāo)識(shí)CPCE平臺(tái)的Agent唯一性，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以存在一個(gè)或多個(gè) Agent，故ID由所在中心服務(wù)器號(hào)（Central Server）、小區(qū)服務(wù)器號(hào)（Cell Server）及本地序號(hào)共同組成；Type屬性標(biāo)識(shí)Agent類型；state標(biāo)識(shí)Agent當(dāng)前工作狀態(tài)是否忙；currPara描述Agent當(dāng)前資源共享情況及歷史信息；policy是Mobile Agent的任務(wù)策略屬性，Agent根據(jù)自身情況及相關(guān)環(huán)境參數(shù)，確定是否進(jìn)行遷移以及往何處遷移。

靜態(tài)Agent有Process Agent、Service Agent和Monitor Agent 3種類型，分布在客戶端、服務(wù)端及中間層，負(fù)責(zé)處理所在層的相關(guān)事務(wù)。

移動(dòng)agent為Mobile Agent，在中間層移動(dòng)并執(zhí)行任務(wù)，也可以移動(dòng)到其所對(duì)應(yīng)的客戶端執(zhí)行某種任務(wù)，同時(shí)與其所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)Agent進(jìn)行協(xié)商，以協(xié)調(diào)客戶端與服務(wù)端關(guān)系，共同完成管理并維護(hù)緩存的任務(wù)。Mobile Agent在CPCE平臺(tái)中的運(yùn)行機(jī)制，見圖1。

Agent采取“黑板報(bào)”的通信機(jī)制?！昂诎鍒?bào)”為在云服務(wù)器內(nèi)開辟的一塊為全局共享內(nèi)存區(qū)域，是標(biāo)識(shí)平臺(tái)內(nèi)Agent及節(jié)點(diǎn)信息的“目錄表”，每個(gè)Agent主動(dòng)向“黑板”上“張貼”或“讀取”相關(guān)信息?！昂诎鍒?bào)”上的信息，是Mobile Agent行動(dòng)決策的依據(jù)之一。

1.2 基于Agent的CPCE三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)構(gòu)建

CPCE平臺(tái)是由服務(wù)端、客戶端、中間層以及Agent系統(tǒng)構(gòu)建而成的三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)系統(tǒng)[4]。服務(wù)端由中心服務(wù)器（Central Server）、Monitor Agent和 Process Agent組成，可以存放客戶端所需數(shù)據(jù)，并有中心控制作用，有線連接多個(gè)本地服務(wù)器（Cell Server），屬于云中心服務(wù)器。Monitor Agent對(duì)“熱點(diǎn)”數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性廣播，并由中間層進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收；Process Agent接收來(lái)自中間層的Monitor Agent的查詢請(qǐng)求。

客戶端由移動(dòng)終端（Mobile Terminal，MT）、Monitor Agent和 Service Agent組成，MT無(wú)線接入到本地服務(wù)器（Cell Server）中，中間層為每個(gè)移動(dòng)終端創(chuàng)建一個(gè)Mobile Agen(移動(dòng)代理)，用來(lái)代替移動(dòng)終端處理相關(guān)事務(wù)。Monitor Agent負(fù)責(zé)接收來(lái)自中間層的廣播數(shù)據(jù)并更新緩存，Service Agent負(fù)責(zé)提交客戶端的查詢請(qǐng)求并接收來(lái)自中間層或服務(wù)端的查詢結(jié)果。

中間層由本地服務(wù)器（Cell Server）、Monitor Agent、Process Agent及若干Mobile Agent組成。Cell Server有固定移動(dòng)通信網(wǎng)關(guān)接口功能，發(fā)送的信號(hào)覆蓋的范圍稱為一個(gè)“小區(qū)”（Cell），一個(gè) Cell Server無(wú)線連接若干 MT。Monitor Agent接收服務(wù)端的廣播數(shù)據(jù)并更新緩存，向客戶端廣播更新數(shù)據(jù)，Process Agent處理來(lái)自客戶端的查詢請(qǐng)求。

Cell Server為其“轄區(qū)”范圍內(nèi)的每個(gè)移動(dòng)終端創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)代理Mobile Agent，該Mobile Agent可以移動(dòng)到其對(duì)應(yīng)的客戶端并執(zhí)行某些事務(wù)；同時(shí)，當(dāng)移動(dòng)終端從一個(gè)“小區(qū)”移動(dòng)到另一個(gè)“小區(qū)”時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的 Mobile Agent也要相應(yīng)移動(dòng)到其對(duì)應(yīng)的移動(dòng)終端所在 “小區(qū)”的 Cell Server中，Mobile Agent緊緊“跟隨”移動(dòng)終端，隨著移動(dòng)終端來(lái)回“穿梭”于各個(gè)“小區(qū)”。Mobile Agent實(shí)行“屬地管理”機(jī)制，接受所在“小區(qū)”的管理[5]。

2 CPCE平臺(tái)“雙緩存”構(gòu)建

基于移動(dòng)終端及移動(dòng)云端在計(jì)算和存儲(chǔ)能力方面各自特點(diǎn)，CSC策略采取“雙緩存”機(jī)制，考慮在移動(dòng)終端和CPCE三層結(jié)構(gòu)云平臺(tái)的中間層開辟緩存[6]。移動(dòng)終端緩存，是利用移動(dòng)終端自身的處理和存儲(chǔ)能力而開辟的一塊存儲(chǔ)空間以緩存部分“熱點(diǎn)”數(shù)據(jù)，可提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度、減少網(wǎng)絡(luò)擁塞。

考慮到移動(dòng)終端計(jì)算能力弱、存儲(chǔ)空間小、電池容量小等特點(diǎn)，CSC策略利用移動(dòng)云存儲(chǔ)，在CPCE平臺(tái)中間層開辟大緩存空間，用以緩存終端熱點(diǎn)數(shù)據(jù)。在CPCE平臺(tái)中間層Cell Server中建立的緩存里，每個(gè)客戶端都有對(duì)應(yīng)的備份，并建立一個(gè)云端緩存區(qū)號(hào)，且由“Cell緩存狀態(tài)信息列表”記錄相應(yīng)信息。移動(dòng)終端與其相應(yīng)的“Mobile Agent號(hào)”、“云端緩存區(qū)號(hào)”以及“Cell緩存狀態(tài)信息列表號(hào)”一一對(duì)應(yīng)。

定義2 Cell緩存狀態(tài)信息列表

Cell緩存狀態(tài)信息列表，記錄中間層緩存狀態(tài)信息，存放于 CPCE三層結(jié)構(gòu)云平臺(tái)中間層的緩存中，每一個(gè) Cell緩存狀態(tài)信息列表對(duì)應(yīng)中間層一塊緩存區(qū)，由 Cell Server中的 Monitor Agent維護(hù)并管理，可以被其對(duì)應(yīng)的 Mobile Agent攜帶，“游離”于其所在的Cell Server及其相應(yīng)的移動(dòng)終端，還可隨著移動(dòng)終端的移動(dòng)而“穿梭”于各個(gè)“小區(qū)”。Cell緩存狀態(tài)信息列表cachTabl定義為五元組[7]：invaFlag屬性為數(shù)據(jù)項(xiàng)失效標(biāo)志，starLog屬性為記錄脫機(jī)事務(wù)日志啟動(dòng)與否的量。offTimeMobi為記錄客戶端與 Cell Server斷接時(shí)間長(zhǎng)度。counter記錄客戶端在某段時(shí)間內(nèi)的訪問(wèn)次數(shù)平均值，是數(shù)據(jù)訪問(wèn)熱度標(biāo)志，是Cell緩存數(shù)據(jù)換出換入的依據(jù)。

中間層 Cell Server與其中的 Monitor Agent、Process Agent及Mobile Agent，起到協(xié)調(diào)移動(dòng)客戶端與服務(wù)端的作用，負(fù)責(zé)監(jiān)控、管理、維護(hù)緩存以及接受移動(dòng)客戶端數(shù)據(jù)請(qǐng)求，維護(hù)移動(dòng)終端緩存數(shù)據(jù)的一致性。

考慮到空間資源利用率，CSC策略根據(jù)Cell緩存狀態(tài)信息列表的相關(guān)記錄參數(shù)，實(shí)現(xiàn)緩存數(shù)據(jù)“換入換出”的動(dòng)態(tài)機(jī)制，“換人”移動(dòng)客戶端近期常訪問(wèn)的“熱點(diǎn)”數(shù)據(jù)，“換出”那些長(zhǎng)期未訪問(wèn)過(guò)的較“舊”的數(shù)據(jù)。

3 移動(dòng)云環(huán)境中基于Agent的緩存一致性維護(hù)策略

CSC策略，搭建三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)并構(gòu)建“雙緩存”，利用中間層對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和一致性維護(hù)，既減輕移動(dòng)終端負(fù)擔(dān)，又達(dá)到了數(shù)據(jù)強(qiáng)一致性，并支持移動(dòng)終端頻繁斷接。

3.1 客戶端事務(wù)驅(qū)動(dòng)緩存維護(hù)策略

客戶端事務(wù)驅(qū)動(dòng)緩存一致性維護(hù)，是由客戶端查詢請(qǐng)求事件驅(qū)動(dòng)發(fā)起，是客戶端的MT及其Agent與中間層交互并維護(hù)客戶端緩存與中間層緩存一致性的過(guò)程[8]。

移動(dòng)客戶端的Monitor Agent可對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽。當(dāng)客戶端有數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求時(shí)，如果客戶端處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，則客戶端的Service Agent啟動(dòng)聯(lián)機(jī)事務(wù)，如果客戶端處于斷接狀態(tài)，并且斷接時(shí)間offTimeMobi大于服務(wù)器廣播時(shí)間間隔cellServBroaInte，則Service Agent啟動(dòng)斷接事務(wù)，若這時(shí)Monitor Agen監(jiān)測(cè)到客戶端由原來(lái)的斷接又重新聯(lián)機(jī)，這種由斷接到聯(lián)機(jī)的狀態(tài)，稱為物理重聯(lián)機(jī)狀態(tài)，則 Service Agent立即啟動(dòng)集成事務(wù)，而后客戶端就進(jìn)入正常聯(lián)機(jī)狀態(tài)運(yùn)行。下面分別介紹這3種事務(wù)。

客戶端聯(lián)機(jī)事務(wù)。當(dāng)客戶端有數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求并檢測(cè)到處于網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)狀態(tài)時(shí)，其中的Service Agent將發(fā)送信息到該客戶端所在“小區(qū)”的本地服務(wù)器Cell Server，Cell Server接受該信息并驗(yàn)證時(shí)間戳，如果仍是時(shí)間戳TS0，則表明數(shù)據(jù)很“新”，則直接在MT端執(zhí)行操作，如果時(shí)間戳過(guò)期，此時(shí)要執(zhí)行一致性維護(hù)，返回中間層緩存“最新”數(shù)據(jù)，同時(shí)保存時(shí)間戳并更新Cell緩存狀態(tài)信息表。如果中間層緩存數(shù)據(jù)不是“最新”，則直接到Central Server中查找并返回?cái)?shù)據(jù)。

客戶端斷接事務(wù)。當(dāng)客戶端有數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求而這時(shí)卻處于斷接狀態(tài)，移動(dòng)終端會(huì)因無(wú)法連接服務(wù)器而得不到最新數(shù)據(jù)，此時(shí)移動(dòng)終端緩存便充當(dāng)“臨時(shí)服務(wù)器”角色。實(shí)際上，多數(shù)情況下客戶端并不一定必須要最新數(shù)據(jù)，只要偏差在一定范圍內(nèi)也是可以忍受的。CSC策略采取，當(dāng)斷接時(shí)間offTimeMobi小于cellServBroaInte時(shí)，視作客戶端緩存有效；當(dāng)斷接時(shí)間offTimeMobi大于cellServBroaInte時(shí)，則啟動(dòng)斷接事務(wù)執(zhí)行程序。

執(zhí)行斷接事務(wù)程序時(shí)，客戶端的Service Agent在移動(dòng)終端緩存執(zhí)行暫態(tài)事務(wù)，并記錄暫態(tài)事務(wù)日志，等待重新聯(lián)機(jī)時(shí)與移動(dòng)到終端的Mobile Agent攜帶過(guò)來(lái)的Cell緩存狀態(tài)信息列表融合，再根據(jù)融合結(jié)果更新客戶端緩存。CSC策略允許客戶端在斷接狀態(tài)工作，無(wú)論斷接時(shí)間長(zhǎng)短都有相應(yīng)方案，而 BTS等傳統(tǒng)策略只允許連機(jī)狀態(tài)下工作，一旦斷接就一直處于重連等待狀態(tài)中。

客戶端集成事務(wù)。當(dāng)客戶端有數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求，且此時(shí)處于斷接狀態(tài)的客戶端又再次聯(lián)機(jī)時(shí)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的客戶端Monitor Agent會(huì)通知中間層，這時(shí)，與該移動(dòng)終端對(duì)應(yīng)的中間層Mobile Agent，會(huì)攜帶Cell緩存狀態(tài)信息列表移動(dòng)到客戶端，同客戶端Service Agent進(jìn)行協(xié)商，將Cell緩存狀態(tài)信息列表與斷接狀態(tài)時(shí)記錄的暫態(tài)事務(wù)日志進(jìn)行融合，如果發(fā)生沖突，則對(duì)相應(yīng)的暫態(tài)事務(wù)回滾并提交，同時(shí)更新客戶端緩存[8]。

3.2 服務(wù)端驅(qū)動(dòng)緩存一致性維護(hù)策略

服務(wù)端事務(wù)驅(qū)動(dòng)緩存一致性維護(hù)，是由服務(wù)端數(shù)據(jù)更新事件驅(qū)動(dòng)發(fā)起，是服務(wù)端的云中心服務(wù)器及其Agent與中間層交互并維護(hù)中間層緩存與服務(wù)端一致性的過(guò)程[9]。

服務(wù)器端驅(qū)動(dòng)語(yǔ)義緩存一致性維護(hù)算法，如算法1：

算法1 服務(wù)器端驅(qū)動(dòng)語(yǔ)義緩存一致性維護(hù)算法

當(dāng)中心服務(wù)器 central server有數(shù)據(jù)更新時(shí)，其中的Monitor Agent將更新通知發(fā)送給緩存了該數(shù)據(jù)項(xiàng)的中間層Monitor Agent，當(dāng)中心服務(wù)器接收到中間層確認(rèn)信息后，即可更新中間層緩存數(shù)據(jù)并將相關(guān)信息連同時(shí)間戳一同保存在Cell緩存狀態(tài)信息列表中。

在傳統(tǒng)的兩層結(jié)構(gòu)中，中心服務(wù)器將更新數(shù)據(jù)消息直接發(fā)送給移動(dòng)客戶端并等待確認(rèn)，這時(shí)，服務(wù)端可能會(huì)由于斷接而無(wú)法及時(shí)得到客戶端確認(rèn)，進(jìn)而出現(xiàn)服務(wù)器“寫延遲”問(wèn)題。而在CSC策略中，中心服務(wù)器更新的數(shù)據(jù)不是緩存在移動(dòng)客戶端，而是在本地服務(wù)器，由于中心服務(wù)器與本地服務(wù)器有線連接，因此，不會(huì)出現(xiàn)“寫延遲”問(wèn)題，并且終端斷接重連后不需要進(jìn)行一致性驗(yàn)證。

3.3 CSC策略緩存數(shù)據(jù)“粒度”更新方法

傳統(tǒng)算法中，服務(wù)端采取每隔一個(gè)時(shí)間段發(fā)送包括所有被修改標(biāo)識(shí)的失效報(bào)告給客戶端，當(dāng)終端斷接時(shí)間超過(guò)失效報(bào)告時(shí)長(zhǎng)時(shí)，必須將緩存全部失效。終端重連后，服務(wù)端收到客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的所有數(shù)據(jù)請(qǐng)求，都以廣播方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。顯然，這會(huì)大大增加網(wǎng)絡(luò)通信開銷。

CSC策略，搭建CPCE三層移動(dòng)云平臺(tái)，建立“雙緩存”，利用中間層為終端提供緩存?zhèn)浞莶f(xié)助終端進(jìn)行緩存一致性維護(hù)。中間層對(duì)緩存數(shù)據(jù)更新操作，是更新數(shù)據(jù)序列操作，而不是發(fā)送失效報(bào)告來(lái)籠統(tǒng)更新全部數(shù)據(jù)。當(dāng)終端要恢復(fù)緩存有效性時(shí)，或者有數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求時(shí)，只需要訪問(wèn)中間層緩存中的更新序列并執(zhí)行，即可達(dá)到客戶端緩存與服務(wù)端數(shù)據(jù)一致性的目的。這就是CSC策略緩存數(shù)據(jù)“粒度”更新方法。

因此，這種CSC策略緩存數(shù)據(jù)“粒度”更新方法，較BTS等傳統(tǒng)失效報(bào)告方法，會(huì)大減少網(wǎng)絡(luò)通信開銷和緩存一致性維護(hù)的時(shí)間開銷。

4 仿真實(shí)驗(yàn)及性能分析

仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)：驗(yàn)證CSC策略能夠有效解決服務(wù)端“寫延遲”和終端斷接操作及斷接重連后的一致性驗(yàn)證問(wèn)題，并能提高客戶請(qǐng)求響應(yīng)速度、減少網(wǎng)絡(luò)通信開銷。

對(duì)比試驗(yàn)為：帶有時(shí)間戳的廣播算法（BTS）。

仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)建三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)：云中心服務(wù)器Central Server一臺(tái)為服務(wù)端，有線連接3臺(tái)本地服務(wù)器Cell Server為中間層，這些機(jī)器均采用Pentium P6100 2.00GHz處理器，內(nèi)存2GB，操作系統(tǒng)WindowsXP Professional，每臺(tái)本地服務(wù)器無(wú)線連接4臺(tái)移動(dòng)終端為一個(gè)“小區(qū)”，采用java語(yǔ)言編程，云平臺(tái)Hadoop，IBM Aglet SDK實(shí)現(xiàn)CPCE平臺(tái)的Agent系統(tǒng)[10]。仿真實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)，如表1所示：

表1 仿真實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)

4.1 在解決服務(wù)端“寫延遲”等方面的性能分析

CSC和BTS兩種策略在“寫延遲”方面的性能對(duì)比，如表2所示：

表2 兩種策略在“寫延遲”方面的性能對(duì)比

由表2可以看出，在CSC策略中，服務(wù)端不會(huì)出現(xiàn)“寫延遲”問(wèn)題，并且客戶端移動(dòng)、斷接時(shí)對(duì)“‘寫延遲’增加與否情況”均無(wú)影響。而 BTS策略的情況則完全不同。這是因?yàn)椋珻SC策略采用三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)，服務(wù)端修改數(shù)據(jù)的通知不再發(fā)給客戶端，而是發(fā)給緩存了該數(shù)據(jù)項(xiàng)的中間層服務(wù)器 Cell Server，由中間層服務(wù)器給服務(wù)端發(fā)回確認(rèn)。而BTS算法采用兩層結(jié)構(gòu)，增加了這種“寫延遲”。由表2可以看出，CSC策略允許終端斷接操作，而BTS策略則不允許。這是因?yàn)镃SC策略允許客戶端在斷接狀態(tài)下工作，根據(jù)斷接時(shí)間長(zhǎng)短啟動(dòng)相應(yīng)運(yùn)行程序。而 BTS等傳統(tǒng)策略只允許連機(jī)狀態(tài)下工作，一旦斷接就一直處于連接等待狀態(tài)。由表2還可以看出，CSC策略在終端斷接重連后不需要一致性驗(yàn)證，而 BTS策略必須要一致性驗(yàn)證。這是因?yàn)?，CSC策略采用三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)，服務(wù)端的寫操作由 Central Server與中間層的Cell Server交互完成，不需要客戶端參與。

4.2 在斷接重連后請(qǐng)求響應(yīng)速度方面的性能分析

仿真實(shí)驗(yàn)三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)，有3個(gè)“小區(qū)”，無(wú)線連接終端12臺(tái)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)12臺(tái)移動(dòng)終端做記錄并取平均值。橫軸為“移動(dòng)終端斷接的平均時(shí)間”，縱軸為“訪問(wèn)緩存數(shù)據(jù)的平均響應(yīng)時(shí)間”。兩種策略在客戶端斷接重連后訪問(wèn)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間對(duì)比，如圖2所示：

由圖2可看出，CSC策略的平均響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)低于BTS算法的平均響應(yīng)時(shí)間，即提高了客戶請(qǐng)求響應(yīng)速度。這是因?yàn)?，服?wù)器廣播失效報(bào)告時(shí)間間隔為50s，對(duì)于CSC策略來(lái)說(shuō)，只要是移動(dòng)終端斷接時(shí)間小于cellServBroaInte，終端緩存就被認(rèn)為有效，因此直接訪問(wèn)終端緩存。如果大于cellServBroaInte，啟動(dòng)客戶端斷接事務(wù)執(zhí)行程序，在客戶端執(zhí)行暫態(tài)事務(wù)，當(dāng)重新連接后，啟動(dòng)客戶端執(zhí)行集成事務(wù)，要將暫態(tài)事務(wù)同 Cell 緩存狀態(tài)信息列表融合并回滾事務(wù)，實(shí)際上大部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)需更新。而 BTS算法，只要離線且無(wú)論離線時(shí)間長(zhǎng)短，重新連接后都要進(jìn)行一致性驗(yàn)證，因此響應(yīng)時(shí)間較大。

由圖2還可看出，隨著離線時(shí)間的增大，響應(yīng)時(shí)間不斷增大，因?yàn)?，離線時(shí)間越長(zhǎng)，需要更新數(shù)據(jù)就會(huì)越多，緩存更新時(shí)長(zhǎng)都會(huì)增大，因此響應(yīng)時(shí)間就會(huì)增大。

4.3 在數(shù)據(jù)通信開銷方面的性能分析

選取在客戶端緩存中從50到500個(gè)待更新的元祖數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性維護(hù)。兩種策略產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信開銷對(duì)比，如圖3所示：

由圖 3可以看出，CSC策略的數(shù)據(jù)通信開銷明顯低于BTS策略。這是因?yàn)?，BTS策略在斷接重連后必須進(jìn)行一致性驗(yàn)證，尤其是網(wǎng)絡(luò)擁塞情況下，頻繁斷接時(shí)常發(fā)生，這無(wú)疑增加通信開銷。當(dāng)斷接時(shí)間長(zhǎng)于服務(wù)器廣播時(shí)間時(shí)，再次聯(lián)機(jī)就無(wú)法根據(jù)發(fā)送的失效報(bào)告來(lái)處理緩存有效性問(wèn)題。而CSC策略，在斷接重連后不需要一致性驗(yàn)證。因此，產(chǎn)生較少的網(wǎng)絡(luò)通信開銷。同時(shí)，BTS策略的更新操作是，先在緩存中執(zhí)行DELETE操作，再將執(zhí)行SELECTE操作得到的更新元組放入緩存，把修改個(gè)別屬性值就達(dá)到目的的操作變成了整個(gè)元祖操作。而CSC策略，采取的是“粒度”更新方法，是“個(gè)別”操作。因此，產(chǎn)生較少網(wǎng)絡(luò)通信開銷。

5 總結(jié)

移動(dòng)云環(huán)境中基于Agent的緩存一致性維護(hù)策略，在構(gòu)建基于Agent的三層結(jié)構(gòu)移動(dòng)云平臺(tái)基礎(chǔ)上，根據(jù)移動(dòng)終端及移動(dòng)云存儲(chǔ)特點(diǎn)建立“雙緩存”，同時(shí)，利用中間層維護(hù)管理緩存并協(xié)調(diào)客戶端與服務(wù)端關(guān)系，通過(guò)移動(dòng)代理來(lái)維護(hù)“雙緩存”一致性。該策略解決了傳統(tǒng)算法中存在服務(wù)端“寫延遲”和斷接操作問(wèn)題，提高客戶請(qǐng)求響應(yīng)速度、減少網(wǎng)絡(luò)通信開銷。因此，CSC策略非常適用于終端頻繁移動(dòng)、斷接的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境。下一步，將進(jìn)一步研究移動(dòng)云環(huán)境中基于多Agent的移動(dòng)終端在“小區(qū)”間頻繁切換時(shí)的代價(jià)最優(yōu)問(wèn)題。

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