img

طراحی معماری اینترنت اشیاء بر اساس محاسبات ابری

/
/
/

اهمیت و توسعه استفاده از اینترنت زنجیره صنعت اشیاء بحث شده است. ایده‌ها و روش‌های اساسی ترکیبی محاسبات ابری و اینترنت اشیاءتوصیف شده اند. همراه با محاسبات ابری، اینترنت یکپارچه چارچوب سیستم مدیریت عملیات اشیاء ایجاد شده است. چارچوب لایه میان افزار پلت فرم جدید از تکنولوژی محاسبات ابری، که تا حد زیادی بهره وری عملیاتی اینترنت اشیاء را بهبود می‌بخشد، استفاده می‌کند. بر اساس چارچوب تجارت اینترنت اشیاء، طرح عملیات ساخت و ساز پلت فرم ارائه شده است، می‌تواند به عنوان مرجع ساخت و ساز طراحی پلت فرم اینترنت اشیاء استفاده شود.
کلمات کلیدی: اینترنت اشیاء، پردازش ابری، طراحی پلت‌فرم

 

۱- معرفی
با توسعه سریع فناوری کامپیوتر، فناوری سطح بالا برای بسیاری از زمینه‌ها در زندگی مردم [۱،۲] استفاده شده است. فن آوری اینترنت اشیاء ایجاد مجموعه ای از شبکه هایی که در آن هر شی متصل است را نشانه گرفته است. در اینترنت اشیاء، همه ی تجهیزات مکانیکی، حافظه ذخیره سازی و قدرت محاسبات دارند [۳]. این تا حد زیادی راحتی را بهبود می‌دهد و نیازهایی که مردم نمی‌توانستند قبل از آن [۴،۵] تصور کنند را می‌یابد. فن آوری محاسبات ابری محاسبات موازی، محاسبات توزیع شده و محاسبات شبکه را ترکیب می‌کند. توسعه اینترنت اشیاء بستگی به ذخیره سازی کارآمد بالا و قدرت محاسباتی دارد، که از فن آوری محاسبات ابری استفاده می‌کند. به همین دلیل است که فن آوری محاسبات ابری پایه اینترنت اشیاء [۶] است. فن آوری اینترنت اشیاء که محاسبات ابری را ترکیب می‌کند، با استفاده از سنسور بی سیم و شناسایی فرکانس رادیویی، داده‌ها و اطلاعات را جمع آوری و سازماندهی می‌کند، سپس آن را به لایه کاربرد از پلت فرم محاسبات ابری [۷-۹] انتقال می‌دهد. در این لایه، داده می‌توانید به اشتراک گذاری و تبادل بپردازد، کاربران می‌توانند کل سیستم را کنترل و مدیریت کنند.
اینترنت اشیاء شامل بسیاری از فن آوری‌ها و سازمان‌های استاندارد است، زنجیره صنعتی آن بزرگ و گسترده است، توسعه آن نیاز به حمایت دولت از سیاست دارد، همکاری متقابل و تبادل بین سرمایه گذاران، تلاش‌های مشترک سازمان است. ما توسعه اینترنت اشیاء را در کشور خودمان تجزیه و تحلیل کردیم، اپراتورهای مخابراتی در زنجیره صنعت خود، زنجیره ی صنعتی یکپارچه بالادست و پایین دست و نقش تسهیل در توسعه اینترنت اشیاء را به دوش گرفته اند. منابع شبکه کامل آنها و مشتری بزرگ برای ساختن بدنه متحمل انتقال اطلاعات اینترنت استفاده شده است و فراخوانی صنعتی برای هل دادن تکنولوژی شبکه و نوآوری کسب و کار استفاده شده است. برای ایفای نقش بالا، اپراتور نیاز به ایجاد یک پلت فرم باز برای مدیریت عملیات IOT برای تحقق بخشیدن به عملیات هوشمند پلت فرم لوله دارد. از یک طرف، آن می‌تواند فضای خود را برای درآمد گسترش دهد، جذب تعداد زیادی از توسعه دهندگان به منظور توسعه کسب و کار در این پلت فرم. همچنین می‌تواند تجمع انواع برنامه‌های کاربردی، ارائه خدمات متمرکز، بهبود بیشتر تصویر نام تجاری اپراتور را فراهم کند.
محاسبات ابری، اتصال به اینترنت با سرعت بالا دارد و مزیت استفاده از ذخیره سازی تقریبا نامحدود و قدرت محاسباتی در مقایسه با مدل محاسبات سنتی دارد [۱۱-۱۴]. محاسبات ابری چند ماهیت کامپیوتری را برای تبدیل شدن به یک سیستم محاسبات قدرتمند از طریق استفاده از فن آوری محاسبات شبکه ادغام می‌کنند و قدرت محاسباتی فوق العاده از طریق فن آوری‌های مربوطه به کاربر نهایی اختصاص داده می‌شود. بزرگترین مزیت محاسبات ابری مانند پردازش موازی سوپر رایانه‌ها برای نرم‌افزارهاست و هزینه آن بسیار کم است.

 

طراحی معماری اینترنت اشیاء بر اساس محاسبات ابری

۲- تلفیقی از محاسبات ابری و اینترنت اشیاء در طبقات
ترکیبی از اینترنت اشیاء و محاسبات ابری به ناچار به توسعه اقتصادی منجر خواهد شد. اگر ترکیبی از اینترنت اشیاء و محاسبات ابری به صورت دوره ای شرح داده شود، تقریبا به سه مرحله زیر می‌توان تقسیم شود. در مرحله اول، اطلاعات و داده‌ها به عنوان عوامل مورد استفاده ماخوذ هستند، که باعث بهبود بهره وری از کار می‌گردند. فاز دوم روش‌های سنتی از تولید و مدیریت را تغییر می‌دهد، ساختار سیستم را به تدریج بهینه سازی می‌کند. مرحله سوم اطلاعات و بهینه سازی ساختار صنعت را به عنوان یک کل به فعالیت وا میدارد. پلت فرم عمومی محاسبات ابری همراه با اینترنت اشیاء در شکل ۱ نشان داده شده است.
پس از محاسبات ابری همراه با فن آوری اینترنت اشیاء، آن می‌تواند داده‌های تماس و اطلاعات بیشتر دریافت کند. قدرت محاسبات عظیم و ظرفیت ذخیره سازی محاسبات ابری به خوبی می‌تواند منعکس کننده وضعیت فرایند تولید و رفع به موقع نیازهای مختلف باشد. علاوه بر این، اطلاعات و داده‌ها را می‌توان بصورت متمرکز مدیریت کرد. تجزیه و تحلیل دقیق اطلاعات برای نتیجه گیری و خلاصه و راه اندازی و بهینه سازی مداوم کل سیستم باعث تولید راندمان بالا و هزینه کم می‌شود.
در مرحله دوم، تمرکز برای بهینه سازی شیوه تولید بر اساس مدیریت و استفاده از اطلاعات است. اینترنت هوشمند فن آوری اشیاء، نظارت خودکار و زمان بندی از راه دور در بخشی از فرایند تولید پیاده سازی می‌کند، ساخت محصول به صورت اتوماتیک و متمرکز بدست می‌آید. و از طریق پلت فرم اطلاعات هوشمند محاسبات ابری ، آن به طور قابل توجهی خطای انسانی را کاهش می‌دهد، و به کنترل دقیق و الگوی مدیریت می‌رسد.
مرحله نهایی مرحله ادغام کامل است و این مرحله ترکیب اطلاعات، کل بازسازی و ارتقاء کارها را ترویج می‌دهد. و اینترنت اشیاء به نوآوری مستمر در مدل خدمات دست می‌یابد و فن آوری محاسبات ابری یک حالت تولید کمکی پلت فرم مشترک ایجاد می‌کند. مرحله جدیدی از ترکیب اطلاعات یک نوع متقابل صنعت ترکیب اطلاعات است، که به طور مداوم فن آوری‌های جدید و ارزش‌های جدید ایجاد می‌کند.

 

۳- طبقه‌بندی الگو
محاسبات ابری و اینترنت اشیاء مزایای بسیاری دارند. اگر آنها ترکیب شوند، می‌توانند یک نقش خوب بازی کنند. یک مثال ساده انجام دهید، در اینترنت اشیاء که همراه با محاسبات ابری است، محاسبات ابری مرکز کنترل اینترنت اشیاء ابری است ، آن معادل با مغز مرکز است و اینترنت اشیاء متوجه اثر برنامه از طریق کنترل ابر است. اینترنت اشیاء شبیه به اندام‌ها و ویژگی‌های صورت است. چنین کار هماهنگی باعث می‌شود ابر اینترنت نقش مناسب را بازی کند. تکنولوژی اینترنت اشیاء همراه با محاسبات ابری را می‌توان به الگوی زیر تقسیم شود.
اول تک مرکز و حالت نهایی متعدد است. محدوده توزیع این حالت کوچک است و حالت نهایی اینترنت اشیاء مرکز ابر را به عنوان یک مرکز پردازش داده‌ها فرض می‌کند. اطلاعات نهایی و داده‌ها توسط مرکز ابر پرداخته شده و ذخیره شده است. مرکز ابر یک رابط واحد و یکپارچه برای عملیات کاربر و نمایش فراهم می‌کند. این نوع از مرکز ابر می‌تواند ذخیره سازی انبوه، رابط واحد و مدیریت سلسله مراتبی و توابع دیگر فراهم کند، که تسهیل زندگی روزمره انسان را فراهم می‌کند. این مدل به طور عمده در نظارت بر جامعه و خانواده، برخی از جنبه‌ها مانند زیرساخت‌های عمومی استفاده می‌شود.
حالت دوم از مراکز متعدد و حالت‌های نهایی متعدد است. این حالت به طور عمده برای شرکت‌ها و واحدهای مناطق با طول بزرگ مناسب است. فرض استفاده از این حالت این است که مرکز ابر باید شامل دو شکل ابری از ابر عمومی و خصوصی باشد و اتصال شبکه بین آنها هیچ مانعی ندارد. برای نیازمندی‌های امنیتی بالای اطلاعات و داده ها، یافتن الزامات ایمنی بدون تاثیر داده‌های دیگر و انتقال اطلاعات می‌تواند بهتر باشد.
پردازش سلسله مراتبی اطلاعات و برنامه، ترمینال‌های جمعی است. برای مقدار زیادی از انتقال داده ها، اما نیاز امنیتی بالا نیست، مانند داده‌های ویدیویی، بازی‌ها و غیره، ما می‌توانیم مرکز محلی برای مقابله با ذخیره سازی داشته باشیم. برای محاسبه تقاضا بالاست، مقدار داده بزرگ نیست، می‌توان آن را در یک مرکز ابر خاص که مسئول عملیات با سرعت بالاست ذخیره کرد. برای داده‌ها و اطلاعات نیازمند تقاضای امنیت بسیار بالا، می‌توان در مرکز ابر با مرکز امنیتی ذخیره شود.

 

طراحی معماری اینترنت اشیاء بر اساس محاسبات ابری

 

۴- پلت فرم مدیریت عملیات
همراه با محاسبات ابری، ما چارچوب سیستم یکپارچه مدیریت عملیات IOT را رو به جلو قرار می‌دهیم و چارچوب لایه جدید پلت فرم میانی از تکنولوژی محاسبات ابری استفاده می‌کند. این تا حد زیادی بهره وری عملیاتی اینترنت اشیاء را بهبود می‌دهد. و بر اساس چارچوب، ما عملیات تجاری طرح ساخت و ساز پلت فرم IOT ساختار سیستم را پیشنهاد دادیم، آن می‌تواند به عنوان مرجع ساخت و ساز در طراحی پلت فرم اینترنت اشیاء استفاده شود.
در این مقاله، همراه با تکنولوژی محاسبات ابری، با استفاده از القا و تجزیه و تحلیل، یک معماری سیستم یکپارچه مدیریت عملیات IOT بر اساس محاسبات ابری ارائه شده است، از جمله ادراک، لایه دسترسی متحمل، پلت فرم لایه میان افزار و لایه کاربرد.
(۱) لایه آگاه را می‌توان به دو زیر لایه، جمع آوری اطلاعات و ارتباطات زیر شبکه تقسیم کرد. لایه کسب اطلاعات شامل تکنولوژی سنسور و تکنولوژی تشخیص، از جمله M2M، بارکد، RFID، سنسور و دوربین است. زیر شبکه عمدتا از فن آوری ارتباطات فاصله کوتاه به شکل شبکه محیطی، مانند ZigBee، وای فای، UWB، بلوتوث، گسترش شبکه باند پهن و برخی از ماژول‌های ارتباط یکپارچه، و غیره استفاده می‌کند.
(۲) لایه دسترسی تحمل به دو زیر لایه از دسترسی به شبکه و شبکه‌های اصلی تقسیم شده است. لایه متحمل دسترسی را می‌توان تقریبا به دسترسی به کابل و دسترسی بی سیم تقسیم کرد. دسترسی بی سیم تلفن همراه، وای فای، مایکروویو و ماهواره ای، و غیره است، دسترسی به کابل می‌تواند از طریق اینترنت و PSTN باشد. هسته زیر لایه مربوط به شبکه‌های انتقال و شبکه‌های اصلی با در نظر گرفتن اپراتور، مانند فن آوری‌های انتقال جریان اصلی PTN، OTN و SDH، ۲G، ۳G، LTE و شبکه NGN است.
(۳) لایه بستر‌های نرم‌افزاری میان افزار شامل جمع آوری داده‌ها و پردازش دو زیر لایه هوشمند است که در سطح هسته اینترنت اشیاء سیستم مدیریت بهره برداری است و لایه هسته ی مدیریت ترمینال و مدیریت کسب و کار است. لایه شامل مرکز مدیریت پلت فرم ابر اینترنت، مرکز داده ها، زیرساخت‌ها و مرکز کنترل است. ویژگی‌های اساسی از محاسبه جِرم پردازش داده‌ها و قابلیت اطمینان بالا دارد، که مظهر مزایای استفاده از خدمات محاسبات ابری است. بنابراین، ساخت لایه پلت فرم میان افزار اینترنت اشیاء بر اساس محاسبات ابری می‌تواند با مقدار بسیار عظیمی از اطلاعات تولید شده توسط برنامه‌های اینترنت اشیاء روبرو شود، که یک راه حل بسیار خوب است. در ذیل لایه در جزئیات معرفی شده است.
(۴) لایه کاربرد شامل پشتیبانی نرم‌افزار و لایه APP می‌باشد. عملکرد لایه پشتیبانی کاربرد این است که توسعه دهندگان احراز هویت و صدور گواهینامه آرم تجزیه و مدیریت تجهیزات برای کاربر نهایی انجام می‌دهند. اگر توسعه نرم‌افزار و عملیات کسب و کار از شرکت یکسان بیاید، عملکرد این لایه را می‌توان در پلت فرم عملیات کسب و کار قرار داد.
لایه میان افزار بر اساس محاسبات ابری شامل معماری سخت افزار ابر، معماری نرم‌افزار ابر، معماری مدیریت ابر و معماری نرم‌افزار ابر است. ساختار لایه و عملکرد به شرح زیر است.
هسته معماری سخت افزار، ساخت زیر ساخت‌ها از طریق استفاده از تکنولوژی مجازی سازی، شبکه، ذخیره سازی، سرور، و منابع ورودی و خروجی به عنوان خوشه مجازی است، که برای معماری نرم‌افزار ابر بالایی استفاده شده است. با استفاده از تکنولوژی مجازی سازی واحدهای فیزیکی فن آوری‌های مختلف هسته ای از فروشندگان مختلف مدیریت خواهد شد. سپس آن خدمات را به جهان ارائه می‌کند. از طریق محیط موازی توزیع شده، می‌تواند عملکرد سیستم، پیکربندی و آلارم داده را نظارت کرد، و تشخیص و تعمیر و نگهداری واحد‌های فیزیکی بصورت اتوماتیک و تشکیل یک خوشه مجازی قابل انعطاف را تحقق بخشید. این نوع از معماری سیستم، به طور همزمان در واحد‌های فیزیکی متعدد در حال اجراست، برای جایگزینی و یا اضافه کردن واحد فیزیکی جدید به عنوان یک گره خدمات می‌تواند بسیار مناسب باشد، آن دارای ظرفیت بسیار قوی از محاسبات موازی و توانایی تحمل خطاست، که می‌تواند پاسخ سریع و تضمین قابلیت اطمینان بالای خدمات دهد.
ابر معماری نرم‌افزار از سه بخش اطلاعات، خدمات و مرکز دسترسی ساخته شده است. مرکز داده، هسته اصلی طیف معماری است، با توجه به انواع مختلف، آنها به چهار دسته از پایگاه داده در زمان واقعی، پایگاه داده، پایگاه دانش و مدل پایه تقسیم شده است. مرکز تمام داده‌ها از شرکت‌ها و داده‌ها از یک شخص ثالث را ذخیره می‌کند. مرکز داده نیاز به حل سه مشکل کلیدی در فایل سیستم توزیع شده، پایگاه داده توزیع شده و مدل توزیع شده دارد. برای مرکز خدمات، داده‌ها و اطلاعات با توجه به نیازهای نرم‌افزار در قالب خدمات کپسوله سازی است، که نرم‌افزار، پلت فرم، خدمات ذخیره سازی و محاسبات و سایر خدمات فراهم می‌کند. در حال حاضر بیشتر مرکز خدمات بالغ (معماری سرویس گرا) معماری SOA تصویب می‌کند، که یک، معماری ضعیف سرویس دانه درشت است. ساده است، تعریف دقیق از رابط‌های ارتباطی بین سرویس وجود دارد و آن رابط برنامه نویسی‌های زمینه ای و مدل ارتباطی را شامل نمی‌شود. مزایای آن این است که برای کمک به شرکت برای راه اندازی معماری سیستم سریع و قابل اعتماد تر است. نقش مرکز دسترسی، کنترل دسترسی کاربران برای اطمینان از امنیت سیستم است، که آداپتور نرم‌افزار، کنترل دسترسی، مدیریت دسترسی، نمایش و مدیریت جاسازی شده برنامه‌های شخص ثالث را فراهم می‌کند.
نرم‌افزار ابری، فرآیند کسب و کار صنعت نرم‌افزار را که می‌تواند به عنوان بخشی از پلت فرم ابر استفاده شود متوجه شده است، و همچنین می‌تواند برنامه‌های کاربردی صنعت شخص ثالث، از جمله تدارکات ترافیک، نظارت بر سلامت و نظارت بر کشاورزی را در اختیار بگیرد. مورد نیاز است که چند کاربر منابع و اطلاعات جدا شده را برای اطمینان از امنیت داده‌ها در همان زمان از طریق نرم‌افزار مدیریت سلسله مراتبی به اشتراک بگذارند. مدیریت ابری، با توجه به حجم استفاده و همچنین نیاز به پیاده سازی مدیریت امنیت و مدیریت اطلاعات کاربران ابری می‌تواند تابع قیمت گذاری بر روی تقاضا فراهم کند.

 

۵- نتیجه گیری
اینترنت اشیاء شبکه ای بر اساس محصول الکترونیکی کد جهانی، تکنولوژی RFID، نسل بعدی شبکه، شبکه تلفن همراه، اینترنت و فن آوری‌های ارتباطی بی سیم است که شبکه شیئ به شیئ را توسعه داده است. اینترنت اشیاء به عمق تمام جنبه‌های جهان فیزیکی خواهد رفت، اطلاعاتی اجتماعی را بیشتر تقویت می‌کند، آن را تا حد زیادی تحت تاثیر قرار می‌دهد و باعث بهبود سبک زندگی مردم می‌شود، بهره وری کار را بهبود می‌بخشد.
بنابراین، ظهور اینترنت اشیاء که منجر به صنعت جهانی ارتباطات و توجه دولت شده است، روند پررونقی را نشان داده است.
به عنوان یک صنعت در حال ظهور، اینترنت اشیاء پتانسیل توسعه بزرگ و چشم انداز جذاب برای توسعه، رفاه توسعه صنعت اطلاعات جهانی را ترویج خواهد داد، موجب رشد منابع جدید در تمام جنبه‌های زندگی می‌گردد. این فن آوری اینترنت اشیاء و محاسبات ابری معرفی شده، از مفهوم و تعریف، ویژگی ها، معماری سیستم و فن آوری‌های کلیدی در جزئیات، با تمرکز بر زنجیره صنعت اینترنت اشیاء و مدل‌های کسب و کار مربوط به اپراتورها، و برخی از پیشنهادات منطقی داده شده است. همراه با محاسبات ابری، چارچوب سیستم مدیریت عملیات اینترنت اشیاء یکپارچه، رو به جلو می‌باشد.

 

مراجع

[۱] Miguel Castro,Antonio J. Jara, Antonio F. Skarmeta. Ananalysis of M2M platforms: challenges and opportunities for the Internet of Things. 2012 Sixth International Conference on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing,2012:757-762.
[۲] G C.Fox, Supun Kamburugamuve, Architecture and Measured Characteristics of a Cloud Based Internet of Things API. 2012 international conference on Collaboration Technologies and Systems(CTS),2012:6-12.
[۳] Daojing He, Chun Chen, Chan, S., Jiajun Bu, Vasilakos, A.V.A Distributed Trust Evaluation Model and Its Application
Scenarios for Medical Sensor Networks. Information Technology in Biomedicine, IEEE Transactions on, 2012(16): 1164-1175.
[۴] Kai-Di Chang, Jiann-Liang Chen, Chi-Yuan Chen, Han-Chieh Chao. IoT operations management and traffic analysis for Future Internet.Communications and Applications Conference, 2012: 138-142.
[۵] Welbourne E, Battle L, Cole G, Gould K, Rector K, Raymer S, et al. Building the internet of things using RFID: the RFID ecosystem experience. IEEE Internet Computing 2009,13(3):48-55.
[۶] Marozzo F, Talia D,Trunfio P. P2P-MapReduce: Parallel data processing in dynamic Cloud environments. Journal of Computer and System Sciences, 2012,78(5): 1382-1402.
[۷] Zhu H B, Yang L X, Yu Q. Investigation of technical thought and application strategy for the internet of things. Journal of China Institute of Communications, 2010,31(11): 2-9.
[۸] De Leusse P,Periorellis P5 Dimitrakos T, et al. Self Managed Security Cell, a security model for the Internet of Things and Services. Advances in Future Internet, 2009 First International Conference on. IEEE,2009:47-52.
[۹] Hamad F,Smalov L,James A. Energy-aware Security in MCommerce and the Internet of Things, IETE Technical review,
۲۰۰۹,۲۶(۵): ۳۵۷-۳۶۲٫
[۱۰] Atzori L, Iera A, Morabito G. From smart objects to social objects: The next evolutionary step of the internet of things. Communications Magazine, IEEE,2014,52(1): 97-105.
[۱۱] Chih-Hua Chang, Hung-Yun Hsieh. Not every bit counts: A resource allocation problem for data gathering in machine-tomachine communications. Global Communications Conference (GLOBECOM), 2012:5537-5543.
[۱۲] Zorzi M, Gluhak A, Lange S, Bassi A. From today’s INTRAnet of things to a future INTERnet of things: a wireless and mobility-related view. IEEE Wireless Communications 2010,17(6):44-51.
[۱۳] Leusse P, Periorellis P, et al. Self managed security cell, a security model for the Internet of Things and Services. Proceedings of the 2009 First International Conference on Advances in Future Internet.
Piscataway: IEEE, pp:47-52.
[۱۴] M. Yuriyama and T. Kushida, Sensor-Cloud Infrastructure Physical Sensor Management with Virtualized Sensors on Cloud Computing, Sept. 2010, pp. 1-8.

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

It is main inner container footer text