محاسبه مه: پارادایم میان افزار cloud-IoT / IoE | Fog computing: The cloud-IoT/IoE middleware paradigm جدول مقالات آزادابزار تفکیک و ترجمه متون علمیمقالات اینترنت اشیاء
تماس با ما
 
بدان
 
امروز شنبه ، ۱۴۰۰/۰۷/۰۳
 
کلیه مقالات

محاسبه مه: پارادایم میان افزار cloud-IoT / IoE

Fog computing: The cloud-IoT/IoE middleware paradigm

محاسبه مه: پارادایم میان افزار cloud-IoT / IoE؛

اینترنت اشیاء (IoT) یک انقلاب فناوری است که بیانگر آینده اتصال و دستیابی است.

در IoT ، همه چیز به هر شیء در روی زمین اشاره می شود ، خواه وسیله ارتباطی باشد یا یک شیء "گنگ" غیر ارتباط دهنده.

از یک دستگاه هوشمند گرفته تا برگ درخت یا بطری نوشیدنی ، هر چیزی می تواند بخشی از اینترنت باشد.

اشیاء از طریق وسایل ارتباط داده با گره های ارتباطی از طریق اینترنت ، در درجه اول از طریق برچسب های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) تبدیل می شوند.

IoT شامل اشیاء هوشمند نیز هست.

اشیاء هوشمند موجودات فیزیکی دیجیتالی هستند که وظایفی را برای انسان و یا محیط زیست انجام می دهند.

به همین دلیل IoT نه تنها یک الگوی سخت افزاری و نرم افزاری بلکه شامل تعامل و جنبه های اجتماعی نیز می شود.

IoT بر اساس ارتباطات ماشین به ماشین (M2M) کار می کند اما محدود به آن نیست.

M2M به برقراری ارتباط بین دو دستگاه و بدون مداخله انسانی اطلاق می شود.

در IoT ، حتی اشخاص غیر متصل نیز می توانند بخشی از آن شوند و یک وسیله ارتباط دهنده داده مانند بارکد یا برچسب RFID از طریق یک دستگاه حساس شود (حتی ممکن است یک گوشی هوشمند آن را حس کند) که در نهایت به اینترنت وصل می شود. .

در IoT ، اشیاء غیرشفاف (اشیا) به گره های ارتباط دهنده تبدیل می شوند.

هنگامی که مردم به بخشی از آن تبدیل می شوند و اطلاعات بیشتری را اضافه می کنند ، IoT به اینترنت اینترنت همه چیز (IoE) تبدیل می شود.

IoE شبکه ای است که تریلیون اتصالات فرصت های خارق العاده ای را ایجاد می کنند.

IoE افراد ، داده ها ، فرایندها و چیزها را گرد هم می آورد و اتصالات شبکه ای را با اهمیت تر و با ارزش تر می کند.

در این روش ، اطلاعات به اقدامات تبدیل شده و قابلیت های جدید ، تجربیات غنی تر و فرصت های اقتصادی بی نظیر برای مشاغل ، مردم و کشورها ایجاد می شود.

امروزه افراد از طریق ابزارهایی مانند تلفن های هوشمند ، رایانه های شخصی ، تبلت ها و رسانه های اجتماعی به اینترنت متصل می شوند.

با پیشرفت در IoE ، این ارتباط مردم به طرق بی شماری ، به ویژه از طریق انواع حسگرها اتفاق می افتد.

به عنوان مثال ، حسگرهای مختلف مربوط به مراقبت های بهداشتی می توانند داده های مهمی را در مورد علائم حیاتی فرد ارائه دهند.

این داده ها می توانند برای ایجاد خدمات بیشتر استفاده شوند.

به عبارت دیگر ، خود مردم گره های اینترنت می شوند.

چیزهای متصل می توانند اطلاعات سطح بالاتری را به افراد ، ماشین ها و سایر موارد ارسال کنند ، این امکان را فراهم می کند تا خدمات هوشمندانه تری با استفاده از آگاهی از زمینه ایجاد کند.

این امر امکان کنترل بیشتر بر محیط را فراهم می کند.

شکل 1 بلوک های ساختاری اساسی IoE را نشان می دهد.

خدمات مبتنی بر IoT به سرعت اهمیت می یابند.

از سال 2011 ، تعداد دستگاه های متصل قبلاً از تعداد افراد روی زمین فراتر رفته است.

دستگاه های متصل در حال حاضر به 9 میلیارد رسیده اند و پیش بینی می شود با سرعت بیشتری رشد کنند و تا سال 2020 به 24 میلیارد برسند.

با افزایش تعداد دستگاه های ناهمگن متصل به IoT و تولید داده ، این یک چالش بزرگ برای IoT مستقل برای انجام کارهای قدرت و پهنای باند بصورت کارآمد خواهد بود.

در این راستا ، ادغام IoT و cloud computing پیش بینی شده است.

شرایطی به وجود می آید که ابر با IoT که داده های چندرسانه ای را تولید می کند متصل می شود.

شبکه حسگر بصری یا تلویزیون مدار بسته متصل به ابر می تواند نمونه هایی از چنین سناریویی باشد.

از آنجایی که محتوای چندرسانه ای از قدرت پردازش بیشتری ، فضای ذخیره سازی و منابع برنامه ریزی بیشتری استفاده می کند ، مدیریت موثر آنها و انجام مدیریت منابع کارآمد در ابر بسیار مهم خواهد بود.

به غیر از این ، سرویس های IoT که بسیار مهم و حساس به زمان تأخیر هستند ، نیاز به پاسخ و پردازش بسیار سریع دارند.

در این حالت ، برقراری ارتباط از طریق ابر دور ، از طریق اینترنت امکان پذیر نیست.

محاسبات مه در این زمینه نقش بسیار اساسی دارد.

محاسبات مه به معنای نزدیک کردن منابع شبکه به شبکه های زیرین است.

این شبکه بین شبکه (های) زیربنایی و ابر (ها) است.

محاسبات مه ، پارادایم سنتی رایانش ابری را تا لبه شبکه گسترش می دهد و امکان ایجاد برنامه ها یا خدمات تصفیه شده و بهتر را فراهم می کند.

مه یک الگوی محاسباتی و مرکز داده های میکرو (MDC) برای IoT و شبکه های حسگر بی سیم (WSN) است.

تحقیقات در مورد محاسبات مه در مراحل اولیه خود قرار دارد. بنابراین ، هیچ معماری استاندارد در مورد مدیریت منابع موجود در مه وجود ندارد.

ادبیات بسیار محدودی در مورد محاسبات مه و ابر چیزها (CoT) وجود دارد.

فلاویو بونومی و همکاران. معماری اساسی محاسبات مه را ارائه دهید ، که شامل پیامدهای عملی و مدیریت منابع آن برای IoT نیست.

به همین ترتیب ، سالواتوره J. استلفو و همكاران. حفاظت از داده ها را از طریق محاسبه مه مهیا کنید اما به مدیریت منابع و امور مربوط نمی رود.

در این مقاله ، توضیحی در مورد نحوه کار مه و نحوه کمک به مدیریت کارآمد ، مؤثر و عادلانه منابع برای IoT و سایر دستگاههای زیرین ارائه می دهیم.

CoT آینده وب 3.0 ، وب محاسبات همه جا است.

از سال 2011 ، تعداد افراد موجود در کره زمین از تعداد دستگاه های متصل پیشی گرفته است.

با افزایش زیاد دستگاه های متصل ، در آینده داده های زیادی وجود خواهد داشت.

مدیریت و ذخیره آن داده ها بصورت محلی و موقت دیگر امکان پذیر نخواهد بود.

فضای ذخیره اجاره مورد نیاز است.

علاوه بر این ، این حجم عظیمی از داده ها نیز باید با راه مؤثرتری و با ایجاد خدمات بیشتر ، از آنها استفاده کنند.

داده ها نه تنها باید به اطلاعات و علاوه بر دانش شکل بگیرند ، بلکه باید وسیله ای برای خرد و خرد برای کاربر باشد.

چنین نوع پردازش در انتهای IoT امکان پذیر نیست ، جایی که دستگاه ها سبک هستند و از نظر منابع غنی نیستند.

این بدان معنی است که پردازش و محاسبه نیز باید بر اساس اجاره در دسترس باشد.

همه اینها با محاسبات ابری امکان پذیر است.

IoT و رایانش ابری که در یکپارچه سازی کار می کنند یک الگوی جدید به نام CoT می سازند.

CoT در مدیریت منابع IoT کمک می کند و راه های مقرون به صرفه تر و کارآمدتری برای تولید خدمات ارائه می دهد.

سبد خدمات با ادغام ابر-IoT به طور قابل توجهی گسترش یافته است.

با CoT ، خدماتی که ارائه می شوند در فضای ابری قرار دارند ، دسترسی همه جا را به کاربران می دهند ، دامنه خدمات را گسترش می دهند و دسترسی به خدمات را بسیار ساده تر و کارآمد می کنند.

برای ارائه دهنده خدمات نیز به ایجاد خدمات مقرون به صرفه کمک می کند و سود مالی بیشتری نیز به همراه دارد.

CoT زیرساخت ها و برنامه های لازم را که می تواند توسط ذینفعان مختلف ، مانند کاربران نهایی ، سازمان های دولتی ، ادارات بهداشت ، بخش های اضطراری ، ادارات شهری و مجتمع های کاربردی مورد استفاده مجدد قرار گیرد ، در ایجاد خدمات کاربر محور و بهره مندی از IoT به عنوان استفاده می کند. و همچنین ابر

با CoT ، منابع ناهمگن می توانند مطابق با معناشناسی "چیزها" انتزاع و جمع شوند و بدین ترتیب پارادایم Things as a Service (TaaS) به عنوان یک چیزها امکان پذیر می شوند.

تجزیه و تحلیل داده ها همچنین با CoT عملی تر می شود.

با این حال ، برخی از حالات وجود دارد که CoT همچنین به یک واسطه نیاز دارد تا پردازش گسترده را به صورت محلی انجام دهد و داده ها را قبل از پردازش پردازش کند ، قبل از اینکه اجازه دهید در ابر باشد.

با تکامل IoT به IoE ، خطرات زیادی درگیر است.

موقعیت مکانی و حریم خصوصی داده های شخصی یک نگرانی اصلی است.

برای همه چنین شرایطی ، یک لایه امنیتی اضافی و فیلتراسیون داده ها در لایه میان افزار ضروری است.

همان وسط همانطور که در قسمت بعدی مورد بحث قرار می گیرد "مه" خوانده می شود.

الگوی ارتباطی کلی CoT در شکل 2 ارائه شده است.

محاسبه مه شکن محاسبات مه ، یک الگوی MDC ، یک بستر بسیار مجازی است که خدمات محاسباتی ، ذخیره سازی و شبکه ای را بین گره های انتهایی در IoT و ابرهای سنتی ارائه می دهد.

در مقابل ابر ، که متمرکزتر است ، محاسبات مه شکن سرویس ها و برنامه های کاربردی را با استقرار گسترده توزیع می کند.

همانطور که در معماری کلی در شکل 3 نشان داده شده است ، مه می تواند از طریق پراکسی ها و نقاط دسترسی که مطابق با آن موقعیت مکانی مانند بزرگراه ها و پیست ها قرار دارند ، گره هایی با کیفیت بالا مانند گره های وسایل نقلیه را از طریق پراکسی ها و نقاط دسترسی که مطابق آن قرار دارند ، انتقال دهد.

مه از جمله برنامه های با نیازهای تاخیر کم ، خدمات اضطراری و مراقبت های بهداشتی ، پخش فیلم ، بازی و واقعیت افزوده است.

برای ارتباطات هوشمند ، مه ها نقش مهمی را ایفا می کنند.

محاسبات آگاه از زمینه نیز با MDC مه ممکن است.

دروازه دستگاهی است که داده ها را از گره های زیرین جمع می کند.

شرایط خاصی وجود دارد که دروازه مورد نیاز برای انجام برخی از کارهای مربوط به پردازش یا تعامل با قابلیت کار باشد ، که اگر مستقل باشد ، نمی تواند انجام دهد.

در این حالت ، مه لازم است.

بنابراین ، باید این دروازه با قابلیت مه شفاف تر شود.

ما چنین نوع دروازه ای را دروازه هوشمند مه (FSG) می نامیم.

یک FSG متناسب تر است و براساس بازخورد برنامه کاربردی کار می کند.

در این روش ، با برقراری ارتباط با داده فقط در صورت نیاز ، هوشمندانه عمل می کند.

قابلیت های اضافی بازیگری هوشمندانه با کمک یک شبکه مه شکن مستقر می شود.

گره ها و شبکه های اصلی همیشه فیزیکی نیستند.

گره های حسگر مجازی و شبکه های حسگر مجازی نیز برای خدمات مختلف مورد نیاز هستند.

به همین ترتیب ، ذخیره سازی موقت ، پیش پردازش ، امنیت داده ها و حفظ حریم خصوصی و سایر کارهایی از این دست با وجود مه ممکن است به راحتی و کارآمدتر انجام شود.

براساس بازخورد یک برنامه ، دروازه باید زمان و نوع داده های ارسال شده را تصمیم بگیرد.

این نوع دروازه به استفاده بهتر از منابع شبکه و ابر کمک می کند.

داده های جمع آوری شده از WSN و IoT از طریق دروازه به ابر منتقل می شوند.

داده های دریافت شده سپس در ابر ذخیره می شوند و از آنجا به عنوان سرویس به کاربران ارائه می شود.

ما دروازه هوشمند را با جزئیات و همراه با معماری آن در (Aazam، 2014) ارائه کرده ایم.

از آنجا که مه موضعی است ، ارتباط کم زمان و آگاهی بیشتر در زمینه زمینه را فراهم می کند.

محاسبات مه امکان دستیابی به داده های واقعی را فراهم می کند ، مخصوصاً برای تأخیر در خدمات حساس و مربوط به مراقبت های بهداشتی.

قبل از اینکه ابر بتواند این داده ها را در سرویسهای پیشرفته تطبیق دهد ، می تواند پردازش و ابلاغ ابر را انجام دهد.

با گره های ناهمگن ، انواع ناهمگن داده ها جمع آوری می شوند.

قابلیت همکاری و کدگذاری سپس به مسئله تبدیل می شود.

مه در این زمینه نقش اساسی دارد.

به همین ترتیب ، فدراسیون IoT و WSN ، که در آن می توان دو یا چند IoT یا WSN را در یک نقطه فدراسیون کرد ، از طریق مه امکان پذیر است.

این امر باعث ایجاد خدمات غنی خواهد شد.

تفاوت بین مه و ابر هر دو مه و محاسبات ابری محاسبه ، ذخیره سازی ، کاربرد ، زیرساخت ها و منابع داده را فراهم می کنند.

با این حال ، آنها هنوز هم متفاوت از یکدیگر هستند.

تفاوت اصلی در نزدیکی مه با گره های دسترسی اصلی است.

مه موضعی است ، در حالی که ابر عمومیت دارد.

مه ، ابر دوردست را تا لبه شبکه ، نزدیکتر به دستگاههای دسترسی ، IoTs و WSN می کند.

به عبارت دیگر ، مه یک ابر نزول است.

مه یک لایه امنیتی اضافی به داده های حساس از جمله مراقبت های بهداشتی ، موقعیت مکانی ، امنیت کلانشهر و سایر خدمات مرتبط اضافه می کند.

کیفیت خدمات ابری ، به ویژه چندرسانه ای ، به کیفیت شبکه اصلی بستگی دارد.

از طرف دیگر ، مه بسیار غنی تر است زیرا در محلی موجود است.

به طور مشابه ، هنگامی که دستگاههای دارای محدودیت منابع باید بارگیری شوند ، مه به جای ابر (یا فقط ابر) مناسب ترین راه حل است ، زیرا دسترسی راحت تر و آسان تر است.

با توجه به وظایف اصلی مه که می تواند ارائه دهد ، معماری لایه باز آن در شکل 4 ارائه شده است.

در لایه فیزیکی و مجازی سازی ، گره های فیزیکی ، WSN ، گره های مجازی و شبکه های حسگر مجازی (VSN) مطابق با الزامات مدیریت و نگهداری می شوند.

لایه مانیتور فعالیت گره ها و شبکه های زیرین را مشاهده می کند.

کدام گره انجام چه وظیفه ای را در چه زمان و آنچه از بعدی مورد نیاز است در اینجا رصد می شود.

به غیر از این ، دستگاه ها یا گره های دارای قدرت بالا بر اساس میزان مصرف انرژی آنها نیز مورد نظارت قرار می گیرند ، به طوری که می توان اقدامات موثری را در زمان انجام داد.

لایه پیش پردازش وظایف مربوط به مدیریت داده را انجام می دهد.

داده های جمع آوری شده را تجزیه و تحلیل می کند ، فیلترینگ و پیرایش داده ها را انجام می دهد و در پایان داده های معنی دار و لازم تری تولید می شود.

سپس داده ها به طور موقت در منابع مه آلود می شوند.

پس از بارگذاری داده ها در ابر و دیگر نیازی به ذخیره محلی نیست ، سپس داده ها از رسانه ذخیره سازی خارج می شوند.

IoT و WSN ها ممکن است برخی از داده های خصوصی را نیز تولید کنند.

مراقبت های بهداشتی همه جا و خدمات بهداشتی و درمانی هوشمند داده های خصوصی بیماران را تولید می کنند.

به طور مشابه ، داده های مکان یابی نیز ممکن است در بعضی موارد حساس باشند ، که باید مطمئن شوند.

اینجاست که لایه امنیتی بازی می کند.

در پایان ، در لایه حمل و نقل ، داده های آماده آماده در ابر بارگذاری می شوند ، هسته را به حداقل می رساند و به ابر امکان ایجاد خدمات مفیدتری را می دهد.

نتیجه گیری با افزایش سریع خدمات IoT ، مدیریت خدمات ، کیفیت خدمات ، کارایی و رضایت کاربران بسیار مهم و حیاتی شده است.

آینده CoT است که IoT برای مدیریت بهتر منابع و ارائه خدمات با محاسبات ابری ترکیب می شوند.

در مورد محتوای چندرسانه ای ، منابع زیادی مورد نیاز است.

مراقبت های اضطراری ، مراقبت های بهداشتی و سایر خدمات حساس به تأخیر ، و همچنین خدمات حساس به امنیت / حریم خصوصی ، به عنوان یک MDC نیاز به مه دارند تا بین گره های زیرین و ابر دوردست حضور داشته باشد.

برنامه ریزی کارآمد و به موقع و مدیریت منابع به مراکز داده اجازه می دهد تا مطابق با شرایط عمل کنند و به رضایت مشتری کمک کنند.