20世纪80年代以来,通信技术与通信产业发展迅速,无线移动通信系统的出现及发展深刻地改变了人们的生活方式。到了90年代,随着因特网的迅速普及,无线通信系统的发展开始转向新的方向,移动互联网已经成为通信行业未来发展的风向标之一。随着组网技术的发展以及硬件设备的逐渐跟进,服务器和网络带宽等成本均呈现逐年下降的趋势,因而产生了大量的云计算应用。移动互联网和云计算是非常天然和必然的整合,没有云计算的支撑,就无法描述移动互联网,尤其是移动互联网。从广义上讲,所有的移动互联网服务都是一种云服务。“云”成为了未来移动互联网业务的重要特点及发展方向。云服务中的计算卸载(Offloading)机制决定了云服务的两个显著特征：1)交互性：终端将任务描述信息上传至云端,云端执行完毕后将结果返回；2)置换性：终端通过无线网络的通信资源来置换云端的计算/存储资源,以达到自身能力拓展的目的。从这两点可以看出,针对移动云服务的资源优化工作主要集中在两个方面——传输资源和计算资源,以及二者之间的协同合作。本论文首先对移动云服务赖以支撑的网络架构进行了整体的设计与假设,然后对服务过程中涉及到的各类资源进行了具体的优化工作,论文的主要创新性工作如下：1.移动云服务整体网络架构设计本文将云计算网络与移动通信网络结合起来进行系统架构设计,将微云(Cloudlet)作为云端的载体与无线接入网的节点融合,从而将云端由主干网拉近到了接入网,终端设备也作为云端的一部分加入其中。从移动用户的视角来说,整个网络中可用的云资源分为三层：1)远端云：位于三层云资源架构最上层,部署在主干网背后,通过有线连接与无线连接对终端用户进行服务交付；2)本地云：三层云资源架构的中间层,部署于终端用户所在的本地服务区内,此部分云资源可以通过无线连接直接接入,消除了主干网时延的影响；3)终端云：位于三层云资源架构最底层,由散落的终端设备所具有的资源组成,以实现移动数据共享、终端协同计算等服务模式。此网络架构消除了终端与云端的界限,将整个网络拥有的能力(通信能力、计算/存储能力等)都当做一种服务交付给用户,体现了当下“网络即服务”、“一切即服务”的先进理念。2.本地云服务交互传输优化研究云服务的交互性会在网络中产生上下行双向的数据传输,且上行与下行数据流间具有明显的相关性。在三层云资源架构中,中间层的本地云占据着重要地位,由本地云进行服务交付可以避开主干网的传输,提高响应时延性能,尤其对于密集交互型的业务来说,可以显著提高用户体验质量。因此此部分优化工作主要针对无线网络中的传输资源进行,服务交互时延是优化的主要目标之一。我们采用排队论等数学工具对上行及下行云服务数据流进行联合建模分析,针对不同的用户请求到达特性设计了不同的上下行联合传输资源分配方案。理论分析以及仿真结果表明,将网络上下行传输资源进行联合分配及调度,可以有效提高移动云服务的响应灵敏度和网络资源整体利用率,同时节约终端能耗。3.终端云服务负载调度分配研究终端云位于三层云资源架构最底层,由分散在移动终端设备中的计算／存储等资源组成。借助丰富的传感设备,智能终端平台是用户表达思想、共享信息的得天独厚的媒介。终端云计算是一种新兴的计算模式,相关概念有移动网格计算(Mobile Grid Computing)、移动社会计算(Mobile Social Computing)等,涉及到终端直通(Device-to-Device, D2D)等先进传输模式。本文中我们考虑终端协同计算的场景,即一组移动终端将自身资源贡献出来进行并行计算,以提高总任务的执行效率。基于具有普遍意义的两种服务场景,我们设计了先进的计算负载调度机制,以充分利用各终端的闲置资源,缩短总任务完成时间。仿真结果表明,文中提出的基于博弈论的计算负载调度算法可以有效提高系统的时间增益,且具有良好的收敛特性。4.跨层云服务资源协同优化研究我们在分布式的云系统中引入了服务迁移机制,即对用户提供服务交付的实体可在各分布式资源池中进行转移,以确保用户在移动过程中始终享受到最为灵敏的服务交付。这样就涉及到了不止一层的云资源之间的协作,我们站在整个网络的视角,针对由于用户移动性所导致的云资源跨层协作的情况设计了资源控制算法,以提高网络的整体效用。我们采用六方向的随机移动模型对用户的移动特性做出描述,进而提出了基于半马尔科夫决策的服务迁移及资源分配策略,以帮助各服务区控制器对来自用户的服务请求(新用户请求、服务转移请求)进行接入控制,并为准许接入的用户分配适当的资源。理论分析结果表明,提出的算法可以很好地提高网络的整体效用,平衡各分布式资源池之间的负载以及提高用户的体验质量。