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

Đảm bảo tính thống nhất  Tính thống nhất mạnh của phần tử luôn luôn được đảm bảo  Tính thống nhất yếu ứng dụng client và server truy cập vào các phần tử dữ liệu có giá trị khác nhau

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

1 Giới thiệu chung

I Tổng quan

 Ứng dụng cung cấp thông tin

chuyến bay

nhà hàng, thời tiết, hiệu thuốc, dịch vụ, danh bạ,

 Nhiều loại thông tin có thể được cung cấp qua MC

Nhiệm vụ/chức năng

 Yêu cầu: chính xác, nhanh chóng

 Nhiệm vụ

Thực hiện

 Mô hình vật lý

 Mô hình trao đổi thông tin

 Tăng hiệu năng=>Bộ nhớ đệm

Mô hình Publisher-Subscriber

 Thuận lợi

hưởng nhiều đến hiệu năng của server)

lượng cho client

 Vấn đề

Caching

 On demand: chi phí truy cập cao

 Dự trữ

 Vấn đề cần giải quyết

thống nhất

thống nhất

II Ảnh hưởng của tính toán di động

 Hệ thống di động có thể là có kiến trúc/không có kiến trúc

 Đảm bảo dữ liệu sẵn sàng cho các ứng dụng khi kết nối bị/không bị ngắt

 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

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

2 Phổ biến dữ liệu

I Giới thiệu

II Phân phối băng thông cho các kênh logic

III Lập lịch cho kênh quảng bá

I Giới thiệu

 On demand

 Mô hình Push

 Chỉ có 1 thông báo lên

 Độ trễ trung bình nhận một phần tử dữ liệu tăng

Các kênh truyền logics

 Sử dụng hỗn hợp cả 2 mô hình

 Kênh ondemand: đòi hỏi băng thông Uplink và Downlink

 Kênh quảng bá: chủ yếu là băng thông Downlink

 Bài toán:

II Phân phối băng thông cho kênh logic

 Giả định

 Số lượng nút là M

 tổng băng thông là B

 băng thông quảng bá là 𝐵𝑏

 băng thông on demand là 𝐵𝑜

 Có n phần tử dữ liệu 𝐷1 , 𝐷𝑛, kích thước S

 Các thông báo yêu cầu thông tin kích thước R

 Các phần tử xuất hiện với xác suất 𝑝1, 𝑝2 … 𝑝𝑛 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

Nếu kênh truyền là on demand

 Thời gian để truy cập một đơn vị dữ liệu theo ondemand

 Không đảm bảo tính co giãn

Nếu kênh truyền là broadcast

 Thời gian chờ trung bình của mỗi nút 𝑛/2 đơn vị

(𝑛/2) ∗ ( 𝑆

𝐵𝑏)

 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

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

III Lập lịch cho quảng bá

 Nhiệm vụ

 Trừu tượng hóa kênh logic với chương trình

nhau

 Kiến trúc

nhất

Giải thuật AAFZ

 Lập lịch cho các đĩa để đạt được tốc độ quay tương đối

 Đầu vào

 Đầu ra: Lịch quảng bá các phần tử dữ liệu

 Giải thuật

dữ liệu tương ứng

Giải thuật AFFZ

For i = 0 to max_chunk do:

For j=1 to n-1

End For

End For

Broadcast schedule

3 Caching

I. Caching trong hệ thống phân tán cố định

II. Caching trong các hệ thống di động

III. Mobile web caching

I Caching trong các hệ thống cố định

 Bài toán

 Tại client, proxy, server

Đảm bảo tính thống nhất

 Tính thống nhất mạnh

của phần tử luôn luôn được đảm bảo

 Tính thống nhất yếu

ứng dụng client và server truy cập vào các phần tử dữ liệu có giá trị khác nhau

 Cơ chế

 Chưa giải quyết được các vấn đề trong hệ thống di động

Mất thông báo vô hiệu hóa

Các yếu tố cần quan tâm

 Cách thức/qui luật truy cập dữ liệu

 Tần suất cập nhật dữ liệu

 Chi phí truyền thông/truy cập

 Cách thức/qui luật di chuyển

 Đặc điểm của kết nối

 Nhu cầu về tính cập nhật của dữ liệu

 Thông tin phụ thuộc bối cảnh

Các vấn đề cần giải quyết

 Giảm độ trễ (client)

 Đảm bảo tính thống nhất của dữ liệu

 Đảm bảo tính sẵn sàng cao của dữ liệu

 Đảm bảo hiệu quả cao về nguồn/băng thông

 Xác định chi phí của cache miss và sử dụng trong cơ chế cache

 Quản lý dữ liệu vị trí trong cache

 Đồng bộ các bộ nhớ đệm của nhiều bên

Các lựa chọn có thể

 Cache ở đâu

 Cache bao nhiêu lớp

 Cache cái gì

 Làm thế nào để hủy một phần tử cache

 Mức độ cập nhật của thông tin trong cache

 Hiệu quả đáp ứng yêu cầu

Các mô hình caching trong MC

Caching cho các hệ thống mô hình Push

 cache đơn vị dữ liệu được sử dụng nhiều nhất

 Chủ yếu để tăng hiệu năng

 Chi phí tải đơn vị dữ liệu không đáng kể

 Cần tính thêm chi phí tải đơn vị dữ liệu về client

 tần suất xuất hiện là 1% và 0,5%

 thời gian truyền là 1% và 0,1%

 Thời gian chờ đợi giữa 2 đơn vị dữ liệu của y gấp 10 lần x=>vấn đề

về độ trễ

 Ví dụ: Phần tử dữ liệu được coi là hot nếu tích giữa xác xuất xuất hiện và tần xuất quảng bá lớn hơn

 => cải tiến các hệ thống caching đã có sẵn, đưa vào các thông số liên quan đến chi phí tải dữ liệu

Quảng bá các thông báo vô hiệu hóa dữ liệu

 BT: quảng bá thời gian

các dữ liệu trong khoảng thời gian [𝑡 − 𝑤, 𝑡]

 Id: số thứ tự của đơn vị dữ liệu

 Ts: thời gian thay đổi cuối cùng của dữ liệu

 Với mỗi phần tử id, kiểm tra nếu ts cục bộ của id nhỏ hơn trong thông báo => xóa dữ liệu khỏi bộ đệm

thường) Quá thời gian đó, tất cả các dữ liệu trong bộ nhớ đệm

Mobile Host (MH)

Wireless Access Point Data Server

Invalidation Report

Queries are batched and answered after cache validation following the next invalidation report

Cache validation

is performed

Một vài cải tiến

báo vô hiệu hóa để tối ưu băng thông

thiết bị vào mô hình cache

kết nối (Hue and Lee 1998)

 Không trạng thái

 Không hướng tới các ứng dụng di động

 Chưa giải quyết vấn đề nếu MS ngắt kết nối quá w=>tải lại dữ liệu

 Nguyên lý: “dự trữ thông tin”

thực hiện

Dự trữ thông tin

 Dự trữ các phần tử thông tin nào?

 Dự trữ thế nào (tần suất thay đổi của các thông tin

 Xử lý khi có cache miss

 Đồng bộ dữ liệu client-server

Cơ chế không đồng bộ có trạng thái

(Kahol-2001)

 Nguyên lý

tử dữ liệu trong cache

Thành phần hệ thống

 Server: chứa dữ liệu

 HA: chứa các HLC, mỗi MS có một HLC là một danh sách (x,T,invFlag)

 MS: chứa cache với các đơn vị dữ liệu, có time stamp

 Ứng dụng: gửi các yêu cầu dữ liệu đến MS

 Kết nối: MS chứa ứng dụng Server kết nối với HA bằng

mạng có dây

Điều kiện ràng buộc

 Khi đơn vị dữ liệu được cập nhật, thông báo vô hiệu hóa nội dung cache được gửi tới tất cả các HA bằng mạng có dây

 HA chuyển tiếp thông báo đến cho MS

 Không có thông báo bị mất khi chuyển trong mạng có dây

 MS có thể phát hiện được tình trạng kết nối Khi ở trạng thái không kết nối, không đáp ứng các yêu cầu từ ứng

dụng

 MS thông báo cho HA trước khi cập nhật bất cứ một phần

tử dữ liệu nào trong bộ nhớ đệm

Cơ chế thực hiện

 HA theo dõi các dữ liệu được lưu ở bộ nhớ đệm của các MS bằng

 x là định danh của phần tử dữ liệu

 T là thời gian vô hiệu hóa lần cuối của dữ liệu

 invFlag=True nếu HA đã gửi yêu cầu vô hiệu hóa đến MS mà chưa nhận được trả lời

 MS có thể gửi các thông báo chứa yêu cầu với dấu thời gian có thể coi là báo nhận thông báo vô hiệu hóa

 MS lưu trữ các phần tử dữ liệu được truy cập thường

Cập nhật dữ liệu

 Khi HA nhận được yêu cầu vô hiệu hóa cache từ phía

server, HA xác định các MS đang sử dụng dữ liệu bằng cách tìm kiếm trong các HLC

 HA gửi các thông báo vô hiệu hóa tới các MS

 Khi các MS nhận được thông báo, loại bỏ phần tử dữ liệu

 Khi nhận được yêu cầu từ phía application, MS đọc trong cache

 Nếu có, MS trả lời application

 Nếu không có, gửi yêu cầu cập nhật phần tử đến HA

 HA yêu cầu server cung cấp dữ liệu,

 gửi đến cho client,

 cập nhật HLC

Vấn đề:

 nếu MS ở trong trạng thái ngủ một thời gian=>

 tất cả các yêu cầu vô hiệu hóa đều phải truyền lại?

 Yêu cầu nào phải truyền lại?

 Cơ chế

 Sau khi thiết lập lại kết nối với HA, MS gửi một thông báo probe (nếu

có nhu cầu gửi thông báo khác thì không cần gửi thông báo probe) đến cho HA, chứa dấu thời gian của MS

 HA căn cứ vào dấu thời gian của MS để xác định những phần tử dữ liệu nào trong cache của MS không còn giá trị và gửi yêu cầu vô hiệu hóa đến cho MS

 MS có thể xác định được là dữ liệu nào đã bị thay đổi trong quá trình

Ví dụ

Mobile Host

Wireless Access Point Data Server

Time Query

(y,t1)

Invalidation (x,t1)

x changed

X Z

*

*

F F

X Z

Query + Probe (*,t2)

Z *

T T

First query after wakeup

x z

t2

* t5

Cache Data

Chính sách sử dụng cache

 Dữ liệu không thay đổi: luôn luôn dùng phiên bản cục bộ

 Dữ liệu có thay đổi=> lựa chọn cache

 Hiệu quả?

 Biết trước lịch thay đổi=> tối ưu hóa cache

 Không biết trước=> thuật toán trực tuyến

Huang 1998: cơ chế cửa sổ trượt

 Các thao tác trên đơn vị dữ liệu

 Lịch cập nhật dữ liệu s=> cost C(s)

 Theo dõi một cửa sổ kích thước k

 Cần quan tâm tới các yếu tố khác

Tóm tắt

 Tổng quan

 Quảng bá và phổ biến dữ liệu

 Mobile Caching