دانلود رایگان ترجمه مقاله اجرای برنامه یکپارچه در محاسبات ابری موبایل – الزویر 2015

اجرای برنامه یکپارچه در رایانش ابری موبایل: انگیزش، رده بندی و چالش های باز

Seamless application execution in mobile cloud computing:
Motivation, taxonomy, and open challenges

چکیده :
اجرای برنامه یکپارچه برای قابلیت استفاده از برنامه های ابری سیار حساس به تاخیر بسیار مهم است. با این حال، فرایند مهاجرت منبع محور و محدودیت های ذاتی محیط بی سیم مانع از تحقق اجرای یکپارچه در محیط رایانش ابری موبایل می باشد. این مطالعه اولین تحقیق جامعی است که به مطالعه چارچوب های اجرای برنامه موبایل مبتنی بر رایانش پیشرفته از حیث اجرای برنامه یکپارچه در MCC پرداخته و قابلیت چارچوب ها را برای اجرای یکپارچه بررسی می کند. رویکرد های اجرای یکپارچه برای CMAEF بر اساس موقعیت های پیاده سازی، شناسایی و طبقه بندی می شوند. ما هم چنین به بررسی رویکرد های اجرای برنامه یکپارچه برای شناسایی مزیت ها و معایب استفاده از این رویکرد ها برای دست یابی به اجرای برنامه های یکپارجه در MCC می پردازیم. چارچوب های موجود بر اساس پارامتر های معنی دار بر گرفته شده از رده بندی رویکرد های پیاده سازی اجرای برنامه مقایسه می شوند. اصول اجرای برنامه های پیاده سازی در MCC برجسته سازی می شود. در نهایت، چالش های تحقیقاتی باز در تحقق اجرای برنامه یکپارچه بحث می شود.

1- مقدمه
مزیت های قابل توجه رایانش ابری موبایل و طیف وسیعی از برنامه های ابر موبایل بالقوه اهرمی را برای کاربران موبایل جهت استفاده از مزیت های برنامه های نوظهور نظیر یادگیری موبایل( چن و همکاران 2011)، بازی موبایل (کای و همکاران 2013) و سلامت موبایل (باریوس و همکاران 2013) در اختیار گذاشته اند. در MCC، مهاجرت رایانشی به صورت یک راه حل سطح نرم افزاری برای استفاده از منابع مبتنی بر ابر به منظور افزایش قابلیت های پردازشی برنامه های دستگا های موبایل هوشمند مطرح شده است. به منظور اجرای برنامه های موبایل، چارچوب های اجرای برنامه معمولا موجب مهاجرت بخشی از برنامه( کاوو و همکاران 2010، گیجئرا و همکاران 2009) یا برنامه کامل ابری( هورتو-کانپا و لی 2010، ساتیماراین و همکاران 2009) می شوند. با اجرای موفق نتایج به دستگاه موبایل برای ترکیب با بقیه برنامه در دستگاه موبایل ارسال می شود.
مهاجرت زمان اجرای برنامه به ابر موجب بهبود حساسیت برنامه و کاهش مصرف انرژی می شود( گایول و کارتر 2004). با این حال، فرایند مهاجرت برنامه در MCC معمولا در بر کیرنده تعامل انسانی است و از این روی مانع از اجرای برنامه های سیار یا موبایل می شود. محدودیت های ذاتی دستکاه های موبایل و فناوری های دسترسی بی سیم از عوامل رایجی هستند که موجب اختلال در اجرای برنامه های موبایل شده و مانع از اجرای یکپارچه برنامه در MCC می شود( احمد و همکاران 2013 الف). اجرای برنامه یکپارچه اشاره به وضعیت اجرای برنامه با حداقل مشارکت برنامه، تعامل برای ارایه عملکرد بهتر و بهبود پاسخگویی به تجربه کاربر غنی تر دارد. اجرای یکپارچه برای رفع نیاز های برنامه برای برنامه های موبایل نظیر سلامت سیار ( برویس و همکاران 2013) و واقعیت بزرگ نمایی شده( تسای و همکاران 2012) لازم است. با این حال، تحقق اجرای در MCC به دلیل مسائل مختلف نظیر محیط های پویای اجرای MCC، توابع تصمیم گیری چند منظوره، فناوری های بی سیم ناهمگن ناسازکار( احمد و همکاران 2013 ب، 2014، 2015 الف)، محدودیت های ذاتی در محیط بی سیم، احراز هویت و فرایند های حسابداری از اهمیت زیادی برخوردار است.
اگرچه چندین نظر سنجی نظیر فرناندو و همکاران 2013، دین و همکاران 2013، کومار و همکاران 2013، خان و هممکاران 2014، ابولفضلی و همکاران2014) به بررسی ابعاد مختلف اهرم بندی خدمات ابرای برای تقویت قابلیت های رایانشی خدمات موبایل با منابع محدود پرداخته اند، اجرای یکپارچه برنامه های موبایل در MCC هنوز بررسی نشده است. بر عکس تلاش های قبلی، این مطالعه اولین بار به بررسی اجرای برنامه یکپارچه در چارچوب MCC پرداخته است. به این ترتیب اجرای برنامه در MCC و بررسی کامل چارچوب های اجرای برنامه موبایل مبتنی بر ابر پیشرفته برای بررسی مناسبت و شایستگی چارچوب ها در نظر گرفته شده است. به علاوه، ما اقدام به شناسایی و توصیف اصول مهم و چالش های حل نشده در تحقق دیدگاه اجرای برنامه یکپارچه می کنیم.
این مطالعه اهمیت بسیاری دارد. اولا ما به طور جامع به بررسی CMAEF پیشرفته برای ارزیابی ویژکی های اجرا شده برای دست یابی به یکپارچگی در اجرای برنامه های موبایل می پردازیم. دوما،ما اقدام به طبقه بندی رویکرد های اجرای برنامه یکپارچه مورد استفاده برای جارجوب های فعلی برای طراحی یک رده بندی می کنیم.سوما، ما اجرای برنامه یکپارچه را برای شناسایی مزیت ها و معایب تجزیه تحلیل و ترکیب می کنیم. پنجما، ما اصول طراحی CMAEF یگپارچه را در MCC شناسایی می کنیم. در نهایت، ما جالش های باز را در تحقق اجرای برنامه یکپارچه در MCC بررسی می کنیم. این مقاله مهندسان برنامه ابری موبایل و نیز عرضه کننده های سرویس های ابری را قادر به اهرم بندی ویژکی های مناسب در راستای کاهش تاخیر محاسبه و ارتباطی در زمان توسعه برنامه ها و ارایه خدمات MCC به منظور افزایش Qos برای کاربران ابر موبایل می کند. این اصول شناسایی شده طراحان برنامه را قادر به استفاده از ویژگی های خاص برای تحقق اجرای برنامه یکپارچه می گند. به طور مشابه، چالش های تحقیقاتی باز نشان دهنده تحقیقات آینده می باشد. برای سهولت خواندن، ما فهرستی از اختصارات را در جدول 1 ارایه می کنیم.
ادامه این مقاله به صورت زیر سازمان دهی شده است. بخش 2 به معرفی فناوری MCC پرداخته و تعریف اجرای برنامه یکپارچه را نشان می دهد. بخش سوم در مورد اهمیت و هدف دست یابی به اجرای برنامه یکپارچه در MCC صحبت می کند. روش تحقیق در بخش چهارم برای مخاطبان ارایه شده است تا اطلاعاتی در مورد شیوه جمع اوری مقالات برای نظر سنجی کسب کنند. بخش 5 نظر سنجی جامعی در مورد CANAEF پیشرفته ارایه کی کند و از این روی پیامد های اصلی چارچوب ها را با توچه به اجرای برنامه در MCC بررسی می کند. رده بندی رویکرد های اجرای برنامه یکپارچه در بخش شش بررسی شده و توصیف می شود. این بخش در مورد مزیت ها و معایب روش های اجرای برنامه یکپارچه همراه با مقایسه CAMEF بر اساس رده بندی است. بخش 7 اصول شناسایی شده را برای طراحی CAMEF در MCC ارایه می کند. بخش هستم به بحث در حصوص چالش های تحقیقاتی در تحقق اجرای برنامه های یکپارچه در NCC می پردازد. در نهایت بخش 9، نتایج و دستور العمل های تخقیقات اینده را ارایه می کند.

Abstract

Seamless application execution is vital for the usability of various delay-sensitive mobile cloud applications. However, the resource-intensive migration process and intrinsic limitations of the wireless medium impede the realization of seamless execution in mobile cloud computing (MCC) environment. This work is the first comprehensive survey that studies the state-of-the-art cloud-based mobile application execution frameworks (CMAEFs) in perspective of seamless application execution in MCC and investigates the frameworks suitability for the seamless execution. The seamless execution enabling approaches for the CMAEFs are identified and classified based on the implementation locations. We also investigate the seamless application execution enabling approaches to identify advantages and disadvantages of employing such approaches for attaining the seamless application execution in MCC. The existing frameworks are compared based on the significant parameters derived from the taxonomy of the seamless application execution enabling approaches. The principles for enabling the seamless application execution within the MCC are also highlighted. Finally, open research challenges in realizing the seamless application execution are discussed.

1. Introduction

The incomparable advantages of mobile cloud computing (MCC) and a diverse range of potential mobile cloud applications are provoking mobile users to leverage on the benefits of emerging mobile applications, such as m-learning (Chen et al., 2011), m-gaming (Cai et al., 2013), and m-health (Bourouis et al., 2013). In the MCC, computational migration has been introduced as a software level solution of utilizing remote cloud-based resources for augmenting application processing capabilities of the smart mobile devices. To execute the mobile applications, application execution frameworks usually migrate either part of an application (Cuervo et al., 2010; Giurgiu et al., 2009) or the entire application to the cloud (Huerta-Canepa and Lee, 2010; Satyanarayanan et al., 2009). On the successful execution, the results are sent back to the mobile device for integration with the rest of the application inside the mobile device. The run-time migration of an application to the cloud improves the application responsiveness and energy consumption (Goyal and Carter, 2004). However, the application migration process in the MCC usually involves human interaction; thereby, impeding the smooth execution of the mobile applications. The intrinsic limitations of the mobile devices and wireless access technologies are other common factors that originate disruption in the execution of the mobile applications and inhibit seamless execution of the application in MCC (Ahmed et al., 2013a). The seamless application execution refers to the state of unobtrusive application execution with the least possible user involvement, interaction, and distraction aiming to deliver enhanced functionality, higher performance, and improved responsiveness towards a richer user experience. The seamless execution is imperative to meet the application requirements for mobile applications, particularly for delay sensitive applications, such as m-health (Bourouis et al., 2013) and augmented reality (Tsai et al., 2012). However, the realization of seamless application execution in MCC is non-trivial due to several issues, such as dynamic MCC execution environments, complex multiobjective offloading decision functions, incompatible heterogeneous wireless technologies (Ahmed et al., 2013b, 2014, 2015a), intrinsic limitations in the wireless medium, intensive authentication, authorization, and accounting processes. Although several surveys (Fernando et al., 2013; Dinh et al., 2013; Kumar et al., 2013; Khan et al., 2014; Abolfazli et al., 2014) have studied various aspects of leveraging the cloud services to augment the computing capabilities of resource-constrained mobile devices, seamless execution of mobile applications within the MCC has not been surveyed. Contrary to our prior efforts, this study is the first effort that comprehensively surveys the seamless application execution within the MCC. It describes the seamless application execution in the MCC and comprehensively surveys the state-of-the-art cloud-based mobile application execution frameworks (CMAEFs) to investigate the suitability of the frameworks. Moreover, we identify and describe the important principles and open challenges in realizing the vision of the seamless application execution. The contributions of the survey are manifolds. Firstly, we comprehensively survey the state-of-the-art CMAEFs to evaluate their features implemented to achieve seamlessness in execution of the mobile applications. Secondly, we classify the seamless application execution enabling approaches employed by the current frameworks to devise a taxonomy. Thirdly, we analyze and synthesize seamless application execution enabling approaches to identify advantages and disadvantages. Fourthly, we compare the state-of-the-art CMAEFs by using the thematic taxonomy of seamless application execution enabling approaches. Fifthly, we identify the principles of designing seamless CMAEFs in the MCC. Finally, we detail open challenges in realizing the seamless application execution in the MCC. This paper also enables the mobile cloud application engineers and cloud service providers to leverage on the appropriate features that can mitigate communication and computation latencies when developing applications or providing MCC services to increase the QoS for mobile-cloud users. The identified principles guide the framework designers to incorporate the specific features to efficiently realize the seamless application execution. Similarly, the identified open research challenges highlight the future research directions. For the ease of reading, we list all of the commonly used acronyms in Table 1. The remainder of this paper is organized as follows. Section 2 introduces the MCC technology and explains the seamless application execution definition. Section 3 discusses the significance and motivation of attaining the seamless application execution in MCC. The research methodology is provided in Section 4 for the readers to give them information that how we have collected research articles for the survey and what is our selection criteria. Section 5 presents the comprehensive survey of the state-of-the-art CMAEFs and enquires the logical implications and critical aspects of the frameworks with respect to seamless application execution in the MCC. The taxonomy of seamless application execution enabling approaches is presented and described in Section 6. This section also discusses the advantages and disadvantages of seamless application execution enabling approaches along with the comparison of CMAEFs based on the taxonomy. Section 7 presents the identified principles for designing seamless CMAEFs in the MCC. Section 8 discusses open research challenges in realizing the vision of seamless application execution in the MCC. Finally, Section 9 draws the conclusions and identifies the directions for future research.