Mobile Clouds

Bevor das mobile Cloud Computing beschrieben wird, soll zunächst das über-greifende Konzept mobiler Clouds beschrieben werden. Sie sind allgemein als der Zusammenschluss mobiler Geräte zu verstehen.

2.3. Mobile Clouds 39

2.3.1. Einführung und Begriffsklärung

Eine weitergehende Definition mobiler Clouds, die sich nicht nur auf techni-sche Aspekte beschränkt, ist die folgende von Fitzek et al. [FK13]:

„[. . . ] a mobile cloud is a cooperative arrangement of dynamically connected nodes sharing opportunistically resources. Both mobile and wireless network technologies are opportunistically combined to achie-ve a number of possible goals. Mobile clouds can be considered as an evolutive step towards bringing cloud–based services closer to the user themselves. “

Im Zusammenhang mit dem Konzept der mobilen Clouds sind mobile Geräte in einem weiteren Kontext zu betrachten als nur als mobile Terminals einer zentralen Infrastruktur. Als Beispiel ist hier exemplarisch die immer größer werdende Zahl verschiedener Sensoren zu nennen. In diesem Zusammenhang werden mobile Clouds als Abstraktion für ein System, bestehend aus verteilten und miteinander verbundenen Ressourcen, bezeichnet [FK13]. Mobile Clouds sind in diesem Zusammenhang von [FK13] wie folgt charakterisiert:

Durch die Ambition, eine Kooperation zwischen Geräten und ihren Nut-zern herzustellen.

Durch die Dynamik mobiler Datenverbindungen, die einer ständig wech-selnden Verbindungsqualität unterliegen und die dazu führt, dass eine hohe Fluktuation der beteiligten Geräte in mobilen Clouds herrscht.

Durch die Art der Verbindung der Geräte untereinander, die üblicherwei-se direkt miteinander verbunden sind.

Durch die opportunistische Kooperation der verbundenen Geräte unter-einander.

Ein wichtiger Aspekt im Zusammenhang dieser Charakterisierung ist es, die Ressourcen auf ein definiertes Ziel hin zu teilen. Dieses Ziel kann für ein ein-zelnes Gerät, mehrere Geräte oder für die gesamte mobile Cloud gelten. Dieser Aspekt ist entscheidend, wenn es um die Ausdehnung einer mobilen Cloud geht, wobei sich Mobile Clouds üblicherweise durch die von ihnen verwen-deten Standards für Mobilkommunikation in ihrer Ausdehnung auf WPANs (Bluetooth) und WLANs (802.11) beschränken [FK13]. Entsprechend lassen sich nach [FK13] die folgenden drei Ebenen mobiler Clouds unterscheiden, die aufeinander aufbauen:

Kooperierende Clouds (cooperative Clouds) Eine mobile Cloud ist eine ko-operative Beziehung von räumlich konzentrierten mobilen Geräten, bei denen jedes zusätzlich durch Zugangspunkte oder Basisstationen zu an-deren Netzwerken verbunden sein kann. Die Ziele dieser Art der Koope-ration können beispielsweise eine gesteigerte Dienstverfügbarkeit, eine

insgesamt höhere Leistung oder eine verbesserte Konnektivität im Sin-ne eiSin-nes höheren Durchsatzes sein [FK13]. Diese Art der mobilen Clouds erlaubt beispielsweise die flexible und effiziente Nutzung üblicherweise beschränkter Ressourcen wie drahtlose Kommunikationsverbindungen, wie Abbildung 2.10 zeigt.

Abbildung 2.10.:Kooperierende mobile Clouds, nach [FK13]

Ressourcen-Clouds (resource clouds) Die Interaktion zwischen beteiligten Ressourcen muss sich dabei nicht auf die zuvor genannten Kombinati-on vKombinati-on KommunikatiKombinati-onsverbindungen beschränken. Eine mobile Cloud kann hierbei als Pool für eine Vielzahl von Ressourcen dienen.

Soziale Clouds (social clouds) Als dritte Ebene oberhalb der Ressourcenbe-reitstellung wird die Interaktion zwischen verschiedenen mobilen Clouds betrachtet. Diese ermöglicht die Interaktion zwischen Nutzern, die sich nicht in direkter Nähe zueinander befinden, sondern in unterschiedlichen mobilen Clouds. Diese Form der Interaktion erfordert entsprechend eine Einbindung der Infrastruktur, wie in Abbildung 2.11 gezeigt wird.

Core-Netzwerk

Abbildung 2.11.:Soziale mobile Clouds, nach [FK13]

Nachdem die Charakteristika, die Ziele und die verschiedenen Arten mobiler Clouds vorgestellt wurden, sollen im folgenden Abschnitt die Anwendungsbe-reiche der verschiedenen mobilen Clouds näher vorgestellt werden.

2.3. Mobile Clouds 41

2.3.2. Anwendungsbereiche mobiler Clouds

Mobile Clouds bieten eine breite Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten, die im Folgenden kurz umrissen werden sollen, um sie im Laufe dieser Arbeit kon-kreten Klassen mobiler Anwendungen zuordnen zu können.

Der initialen Definition einer mobilen Cloud folgend, in der Ressourcen zwi-schen mobilen Geräten geteilt werden, bietet es sich an, die einzelnen Anwen-dungsmöglichkeiten anhand der zu teilenden oder teilbaren Ressourcen dieser Geräte zu beschreiben. Nach [FK13] lassen sich die zu teilenden Ressourcen zunächst grob anhand der folgenden Kategorien definieren: Sensoren, Aktoren, Kommunikationsschnittstellen, Anwendungen, Rechen- und Speicherressour-cen und Energie. Stellvertretend für diese Kategorien sollen nun im Folgen-den Anwendungsmöglichkeiten für die kooperierende Nutzung dieser jeweili-gen Ressourcen, angelehnt an [FK13], exemplarisch aufgezeigt werden:

Sensoren Die Mikrofone verschiedener Smartphones können bei einer Kon-zertaufzeichnung dazu genutzt werden, unerwünschte Nebengeräusche zu ermitteln und den Rauschabstand zu reduzieren, um hierdurch die Qualität der Aufnahme zu erhöhen. Dieses Beispiel ist ebenso auf das sogenannteCocktailparty-Problemübertragbar, bei dem sich ein Zuhörer versucht, auf eine einzelne Unterhaltung in der Gruppe zu konzentrieren, während sich die anderen Teilnehmer der Runde parallel unterhalten [GDB⁺13]. Die kooperative Nutzung von Sensoren wie Mikrofonen bietet damit die Möglichkeit, die Fokussierung innerhalb sozialer Interaktionen zu erhöhen und kann damit der Art der Kooperationsstrategie nach auch alsRessourcenverschmelzung(resource amalgamation) beschrieben wer-den.

Ebenso erreichen die in vielen Smartphones verbauten Kameras zwar eine für ihre Größe vergleichsweise hohe Qualität in Bezug auf die Ab-bildungsleistung, aber auch in diesem Fall kann die kooperative Nut-zung dieser Sensoren neue Anwendungsbereiche ermöglichen. Beispiele hierfür sind der in Abbildung 2.12 gezeigte Abgleich identischer Bildaus-schnitte zur Erhöhung des Dynamikumfangs der Bilder (High Dynamic Range) oder die Kombination mehrerer Bildausschnitte zu einem hoch-auflösenden Panorama.

Auch Sensoren wie GPS-Empfänger können innerhalb mobiler Clouds ge-teilt werden. Beispielsweise verfügt nicht jedes Gerät über diesen Sensor, oder es befindet sich nicht in einer Position mit offener Sicht zum Him-mel. In diesem Fall kann diese Information von einem Gerät in der di-rekten Umgebung bezogen werden. Weitere Sensoren, die von dieser Art der Kooperation profitieren können, sind der Temperatur- oder der Luft-drucksensor, welche im Rahmen einer Erfassung von Umweltdaten im Sinne einesCrowdsensingsausgewertet werden können.

Speicher Eine andere Kategorie von teilbaren Ressourcen stellt der Speicher mobiler Geräte dar. Wie in [SKK⁺90] gezeigt wird, lassen sich die oft

High dynamic range image

Take Pictures

Combine

Abbildung 2.12.:Erzeugung von Bildern mit hohem Dynamikumfang

begrenzten Speicherressourcen mobiler Geräte nutzen, um einen großen Teil der wahrscheinlich zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigten Da-ten auf oder in der Nähe eines mobilen Gerätes vorzuhalDa-ten. Ein weiterer Aspekt dieser Verteilung betrifft die Ausfallsicherheit. Wird berücksich-tigt, dass mobile Geräte verloren oder beschädigt werden können, wie im Zusammenhang mit dem mobilen Dilemma aufgezeigt wurde, kann eine Replikation im Sinne einer gewünschten Redundanz die Verfügbarkeit dieser Daten erhöhen.

Prozessor Ressourcenintensive mobile Anwendungen belasten oft primär den Prozessor eines mobilen Geräts. Eine Auslagerung dieser Berechnungen auf andere Geräte einer mobilen Cloud kann es ermöglichen, mit diesen rechenintensiven Teilen derGeschäftslogik(business logic) einer mobilen Anwendung nicht nur ein einzelnes mobiles Gerät zu belasten, sondern diese Belastung zu verteilen. Diese Kooperationsform wird oft auch als mobiles Cloud Computing beschrieben.

Energie Obwohl keine der existierenden drei Arten mobiler Clouds direkte Übertragung von Energie ermöglicht, besteht insbesondere durch die Ko-operationsformen der aufgezeigten verteilten Sensornutzung, der verteil-ten Speicherung von Daverteil-ten und der Auslagerung von Berechnungen die Möglichkeit, potenziell energieintensive Aufgaben auf andere Teilnehmer einer mobilen Cloud zu verlagern. Hierdurch kann indirekt der begrenzte Energievorrat eines bestimmten mobilen Geräts geschont werden.

Die aufgezeigten Beispiele zeigen die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten mobiler Clouds. Der für diese Arbeit relevante Teilbereich des mobilen Cloud Computings soll im folgenden Abschnitt detailliert werden.