cloud ofthings

اشیاء مبتنی بر کلودیکپارچه سازی اینترنت اشیاء و رایانش ابری

امین صالح زادهدانشجوی کارشناسی ارشد فناوری اطالعات و ارتباطات - تجارت الکترونیکی

دانشگاه صنعتی امیر کبیر

مقدمه

به اتص2ال قاب2ل تجهیزات انواع تعداد ب2ه همواره زمان گذش2ت ب2ا اینترن2ت اضاف2ه م2ی شود و هوشمندی تجهیزات روز ب2ه روز به عنوان یک2ی از نیازمندیهای بش2ر پ2ر رن2گ ت2ر از قب2ل م2ی شود . ای2ن تجهیزات با فراه2م شدن امکان اتص2ال ب2ه اینترن2ت م2ی توانن2د اطالعات دقی2ق و به دریافت ب2ا انس2انی کاربر و دهن2د قرار انس2ان اختیار در را روزی اطالعات از تجهیرات و ب2ا ص2دور فرمانهای2ی تح2ت بس2تر اینترن2ت می انجام اینترنت ب2ه متص2ل تجهیزات واس2طه ب2ه را فع2الیتهای2ی توان2د اینترنت ب2ه متص2ل تجهیزات افزون روز گس2تردگی دلی2ل دهد.ب2ه ضروری است در خصوص چالشها ی پیش روی آن تمهیداتی اندیشیده

شود .

اشیاءاینترنت

کوی2ن اشتون پی2ش بین2ی کرد ک2ه آینده رایان2ش بی2ش از آنکه 1999در س2ال وابس2ته ب2ه اطالعات و داده های تولیدی ی2ا ارائ2ه شده توس2ط انس2ان باش2د به اطالعات تولی2د شده توس2ط اشیاء ب2ا قابلی2ت پردازش بستگی دارد .بنابراین ارائ2ه کرد ک2ه در آ2ن اشیاء شناسایی اینترن2ت اشیاء را ایده ای ب2ه نام وی شده و قادرن2د اطالعات2ی از پیرامون خود دریاف2ت ی2ا برداش2ت نماین2د . این اشیاء قادرند به یکدیگر متصل شده و در تعامل با سرور ها ، اطالعاتی را با آنه2ا ردو بدل کنند.اشیاء در ای2ن مفهوم ب2ا پرس و ج2و از یکدیگ2ر قادر خواهند بود ضم2ن دریاف2ت اطالعات درس2ت از یکدیگ2ر در ه2م تاثیر گذار بوده و در وضعی2ت خود و ی2ا حت2ی در برنام2ه های خود تغییرات2ی را ایجاد نماین2د .اشیاء به واس2طه س2نسورهایی ک2ه دارن2د اطالعات را دریاف2ت م2ی کنن2د و در صورت تعبی2ه عام2ل های نرم افزاری هوشمن2د در آنه2ا انس2انها قادر خواهن2د بود هر

رخداد یا وضعیتی را در محیط پیرامونی خود کنترل و رهگیری نمایند .

تاریخ2چه

اینترنت اشیاء

آینده تجهیزات پردازشی و اینترنت تلقی می شود .

اشیاء که همان تجهیزات می باش2ند به واس2طه شبک2ه اینترنت یا اینترانت به هممتصل می باشند . وبه واسطه پروتکل های به تبادل اطالعات2 می پردازند .

عبار2ت شی هر تجهیز ارتباطی یا غیر ارتباطی را می تواند2 شامل شود . ازتجهیزات هوشمند در الیه های باالیی گرفته تا سنسورها و تجهیزات دریافت

اطالعات محیط در الیه های پایینی .

برخی ار این اشیاء متصل به یکدیگر تنها جنبه اس2تاتیک و فیزیکی دارند و صرفابه دریافت و یا ار2سال2 اطالعات می پرداز2ند.دسته دیگر از این دسته تجهیزات هوشمند می باشند که قادرند به واسطه منابع سخت افزاری ، ارتباطی و نرم

افزاری که در2 اختیار دارند برخی از فعالیتهای انسانی را به جای انسان2 و به صورت خودکار انجام دهند

مفاهیم


دریافت اطالعات از محیط پیرامونی تبدیل داده ها به اطالعات مفید تولید دانش بهره برداری از دانش و اتخاذ تصمیمات خودکار جهت انجام

فعالیتهای انسانی کمک به انسان در کنترل محیط و شرایط

اهداف


مولفه های اینترنت اشیاء :

تجهیزات

سنسورهای متصل به تجهیزات

ارتباطات شبکه ای و یا بی سیم

پروتکل های ارتباطی

منابع ذخیره سازی و پردارشی حداقلی در تجهیزات

برنامه های کاربردی

اجزاء


. اطالعات توسط سنسورها جمع آوری می شود

پردارش اولیه در تجهیزات انجام می شود

در شبکه ارسال می شود

توسط برنامه های کاربردی ، نمایی کاربردی از اطالعات ارائه میشود

با مدل سازی اطالعات و داده کاوی دانش ارزشمند از اطالعاتاستخراج می شود .

دانش استخراج شده مبنای کسب درآمد و ارائه خدمات با ارزشمی باشد .

جریان اطالعات

اینترنت اشیاءمعماری


الیه دریافت / ادراکاطالعات به واسطه سنسورهای مس2تقل متصل به شبکه و یا سنسورهای

متصل به تجهیزات دریافت می شود . الیه شبکه

اطالعات دریافتی در الیه شبکه منتقل می شود الیه میان افزار

ضمن پردازش اولیه اطالعات خام را بر اساس مدل طراحی شده در قالب اطالعات قابل فهم توسط برنامه کاربردی تبدیل می کند .

الیه کاربردمدل های اطالعاتی ممناسب از اطالعات حاصل می شود و ضمن ذخیره

سازی آنها در قالب جدید ، به شکل قابل فهم و سودمند به کاربر اراده می شود .

الیه کسب و کار با مدل سازی حجم زیادی از اطالعات و داده کاوی خدمات جدیدی ارائه

می شود که منجر به کس2ب درآمد برای ارائه دهندگان خدمات می شود.

تشریح الیه های معماری


کثرت زیاد تجهیزات و سنسور ها و مشکل مدیریت آنها

اینترن2ت و ب2ه ویژه ب2ه ب2ا توج2ه ب2ه رش2د س2ریع تجهیزات قاب2ل اتص2ال از استفاده ب2ا ب2ه ص2ورت مس2تقل قادرن2د ب2ه ک2ه تولی2د س2نسورهایی

قبی2ل از ارتباط2ی تکنولوژیهای ی2ا 3Gبرخ2ی 4G متصل اینترن2ت ب2ه شون2د ، تعداد تجهیزات بس2یار بیشت2ر از تعداد کاربران انس2انی خواهد بود . یک2ی از مشکالت اص2لی در ای2ن بی2ن نام گ2ذاری و شناس2ایی این تعداد ش2ئ در اینترن2ت م2ی باشد. از طرف2ی تجهیزات ب2ا پروتک2ل ها و قابلی2ت های ناهمگون2ی ب2ا یکدیگ2ر تولی2د م2ی شون2د ک2ه ه2ر ی2ک از آنها

نیازمندیهای خاصی را برای استفاده الزم دارند.

چالشها


هزینه سرویس و نگهداری

ب2ا توج2ه ب2ه تعداد زیاد س2نسورها موضوع نگهداری و پشتیبان2ی آنه2ا از اهمی2ت باالیی برخوردار م2ی باش2د . . تکنولوژیه2ا و دان2ش ب2ه کار رفت2ه در تولی2د آنه2ا بای2د ب2ه گونه ای باش2د ک2ه قابلی2ت نص2ب س2ریع و آس2ان آنه2ا حت2ی توس2ط کاربران عادی میس2ر و سهل و سنسورهای تجهیزات انرژ2ی نبودن مص2رف بهین2ه در ص2ورت از طرف2ی . باش2د متص2ل ب2ه آنه2ا ، همزمان ب2ا افزای2ش تعداد تجهیزات و س2نسورها ، انرژ2ی مص2رفی آنها افزای2ش م2ی یابد. لذا یک2ی از چالشهای مه2م دیگ2ر مص2رف انرژ2ی ای2ن تجهیزات می باش2د ک2ه ایجاب م2ی کن2د از س2نسورهای ب2ا مص2رف انرژ2ی بس2یار ک2م در اینترنت اشیاء اس2تفاده شود .در بس2یاری از مواق2ع ضروری اس2ت از باتری برای تامی2ن برق مصرفی تجهیزات اس2تفاده شود . ب2ا توج2ه ب2ه عم2ر محدود باتری ه2ا و به منظور اطمینان از کاه2ش هزین2ه های نگهداری ، ضروری اس2ت تکنولوژ2ی ب2ه کار رفت2ه در ساخت باتری

ها به گونه ای باشد که به مدت بسیار طوالنی نیاز به تعویض نداشته باشند .

چالشها


شبکه ارتباطی وسیع سنسورها

اتص2ال تعداد زیادی از س2نسورها و تجهیزات ب2ه شبک2ه یک2ی از دغدغه هایمهم در اینترنت اشیاء می باشد .

به نیاز ب2ه نحوی ک2ه در مکانه2ا ی مختل2ف بدون انرژ2ی س2نسورها تامی2ن تعویض باتری کار کنند.

.امکان تبادل داده های حجیم در شبکه نیازمند پهنای باند زیاد می باشد

تنوع تجهیزات و س2نسورها موج2ب تنوع پروتک2ل های ارتباط2ی و پیچیدگیارتباط بین آنها می شود

ب2ه دلی2ل کثرت س2نسورها و تجهیزات ، تامی2ن امنی2ت و حری2م خصوصی دراین شبکه ها بسیار دشوار خواهد بود .

چالشها


تولید داده ها حجیم و متنوع

داده های تولیدی توسط تجهیزات در بسیاری از مواقع نیازمند پردازشبی وقفه و بالدرنگ2 می باشند.

داده های تولیدی توسط تعداد کثیری از سنسورها به طرز بسیار زیادیمشکل افزونگی اطالعات را.

حجم زیاد داده ها و افزونگی اطالعات تامین صحت ، جامعیت و قابلیتاطمینان داده ها را دشوار می کند .

. تفکیک2 اطالعات درست از نادرست کاری بسیار دشوار خواهد بود

امکان داده کاوی و استخراج دانش از اطالعات حجیم تولید شده نیازمندالگوریتم ها و مکانیزمهای پیچیده ای می باشد .

چالشها

رایانش ابریتعاریف و مفاهیم

رایانش ابری

رایانش ابری پدیده سالهای اخیر دنیای تکنولوژی فناوری اطالعات و ارتباطات می باشد که در سالهای اخیر رشد و توسع2ه بسیار سریعی داشته است . توسعه سریع سخت افزار و نرم افزار و افزایش روز افزون نیاز به منابع ذخیره سازی ، پردازشی ، ارتباطی و کاربردی ،

گران بودن هزینه تامین این منابع ، مشکالت نگهداری و پشتیبانی آنها ، همه و همه باعث شده اند که رایانش از ک2امپیوتر ها و تجهیزات

رومیزی به اینترنت و مراکز داده عظیم منتقل شوند . بدین ترتیب بسیاری از نگرانی ها و دغدغه ها از چندین میلیون کاربر به چند راده

دهنده خدمات ابری منتقل می شود و کاربران فارغ2 از مشکالت و نگرانیهای ذکر شده و تنها بر مبنای مبالغ پرداختی خود خدمات نهایی

را دریافت می کنند .

مفاهیم


Software as a service (SaaS)

در این مدل از رایانش ابری ، نرم افزار به عنوان سرویس یا خدمت نهایی به کاربر ارائه می شود . در این حالت کاربر نگرانی ای در خصوص نص2ب نرم افزار و یا منابع مورد نیاز آن نداشته و تنها بر

اساس مبلغ پرداختی خود از نرم افزار موضوع خدمت بهره خواهد برد . تنها نیازمندی کاربر در این حالت داشتن ارتباط اینترنتی و

ارتباط با مرکز داده ارائه دهنده خدمت خواهد بود .Platform as a service (PaaS)

در مدل س2کو ب2ه عنوان خدم2ت ، س2کوی توس2عه نرم افزار و برنامه ای2ن حال2ت تمام منابع و کاربردی در اختیار کاربر قرار م2ی گیرد .در ابزارهای مورد نیاز کاربر برای س2اخت برنامه های کاربردی در اختیار

آن قرار خواهد گرفت .

مدلهای ارائه خدمات


Network as a service(NaaS)

مدل شبک2ه به عنوان خدمت ، یک یا چن2د شبک2ه مجازی تمام قابلی2ت ها ی2ا سازمان کاربر اختیار در واقع2ی در شبک2ه های امکانات موجود و و پیکربندیها تمام توان2د م2ی کاربر حال2ت ای2ن در . گیرد م2ی قرار تنظیمات الزم را ب2ه همراه نود ه2ا و شناس2ه های آ2ی پ2ی در ای2ن شبکه

تعریف کند.Infrastructure as a service (IaaS)

در مدل زیرس2اخت ب2ه عنوان س2رویس ، نیازمندیهای ذخیری2ه سازی و پردازش2ی کاربر در اختیار وی قرار داده م2ی شود و کاربر م2ی تواند در قبال پرداخ2ت مبل2غ اجاره ای ، ب2ه مدت زمان مشخص2ی منابع ذخیره سازی و پردازشی خود را بدون نیاز به خرید تجهیزات در اختیار داشته

باشد .

مدلهای ارائه خدمات


استقالل مکانیکاربر می تواند در هر زمان و در هر مکانی که قرار دارد از خدمات ارئه

شده استفاده نماید . مقیاس پذیری

کاربر می تواند متناسب با وسعت نیاز خود از منابع موجود در اینترنت اشیاء استفاده نماید . به عبارتی در صورت نیاز به منابع بیشتر ، منابع

متناسب با آن در اختیار خواهد بود و امکان سنجش منابع تخصیص داده شده وجود دارد .

هزینهکاربر نیازی به تامین منابع سخت افزاری زیاد برای رفع نیازهای محدود خود نخواهد داشت و تامین نیازمندیها با حداقل هزینه میسر خواهد بود .

منابع اشتراکیدر رایانش ابری منابع و زیرساخت می توانند بین مجموعه بزرگی از

کاربران به صورت اشتراکی مورد استفاده قرار گیرد که این امر منجر به استفاده بهینه از آنها و در نهایت کاهش هزینه ها خواهد شد .

مزایا و فرصتها

ابریرایانش

سهولت نگهداری پشتیبانیدر رایانش ابری نیازی به نصب و راه اندازی منابع سخت افزاری و برنامه های کاربردی برای کاربران نیست و این امر موجب سهولت

در نپهداری و پشتیبانی خواهد شد و کاربران فارغ از مشکالت و مسائل نصب و راه اندازی تنها با استفاده از مرورگر و اینترنت به

خدمات مورد نیاز خود دسترسی خواهند داشت امنیت

امنیت در رایانش ابری به مراتب بیشتر از تکنولوژیهای سنتی و قدیمی خواهد بود زیرا در این تکنولوژی ارائه دهندگان سرویس

وظیفه تخصیص منابع و هزینه ها برای رفع مشکالت امنیتی تعداد زیادی از کاربران خواهند بود . با این وجود بر خی مسائل و مشکالت امنیتی و به ویژه مشکالت مربوط به حفظ حریم خصوصی ک2ماکان در رایانش ابری حائز اهمیت می باشد .

مزایا و فرصتها

اینترنت اشیاء و رایانش

ابری

به کاربران مندی عالقه میزاناخیر سالهای در زمینه دو هر

یکپارچه سازی اینترنت اشیاء و


در اینترنت اشیاء :

رشد سریع اطالعات و نیاز به فضای دخیره سازی که در تجهیزاتوجود ندارد

افزایش نیازمندیهای پردازشی که در اینترنت اشیاء موجود نیست

افزایش ارتباطات بین موجودیت ها

نیاز به منابع سخت افزاری و نرم افزاری داده کاوی و تولید دانش

لزوم یکپارچگی



: تامین منابع ذخیره سازی

ها داده تولی2د حال در همواره تجهیزات از زیادی تعداد اشیاء اینترن2ت در س2اخت یافت2ه و ی2ا غی2ر س2اخت یافت2ه ب2ا حج2م و نوع مختل2ف م2ی باشن2د . این نمایش بایگان2ی، ، نمای2ش ، بندی ب2ه جم2ع اس2ت نهای2ت ممک2ن در ه2ا داده دلی2ل فراهم ب2ه ابری رایان2ش . باشن2د داشت2ه نیاز ... و ، دس2ترسی بص2ری نمودن فضای ذخیره س2ازی ارزان و متناس2ب ب2ا نیاز ، مناس2ب تری2ن و بهینه تری2ن راهکار برای ای2ن کاربرد ه2ا م2ی باش2د . از طرف2ی ب2ه دلی2ل تامی2ن سطح از دیگر یک2ی ابری، رایان2ش در خص2وصی حری2م تامی2ن و امنی2ت از باالی2ی بهره ب2ه واسطه اشیاء اینترن2ت در اطالعات ب2ه مهمتری2ن مشکالت مربوط . شود م22222222ی مرتف22222222ع آ22222222ن از گیری

فرصت های موجود در رایانش ابری



تامین منابع پردازشی

و دارند بس2یار محدودی پردازش2ی منای2ع اشیاء اینترن2ت در تجهیزات ضروری اس2ت اطالعات را ب2ه منظور پردازش ب2ه نود های س2ریعتر با قابلی2ت هات2ی پردازش2ی بیشت2ر ارس2ال کنند. در ص2ورتی ک2ه تناس2بی بین اطالعات تولیدی و زیرس2اخت محاس2باتی وجود نداشت2ه باشد پردازش ب2ا مشک2ل مواج2ه م2ی شود . رایان2ش ابری ب2ه دلی2ل فراهم اطالعات راهکار تواند م2ی نیاز ب2ا متناس2ب و س2ریع پردازش2ی مناب2ع نمودن

مناسبی برای رفع مشکل باشد .




منابع ارتباطیدر اینترنت اشیاء ، به دلیل لزوم ارتباط تجهیزات با اینترنت و با

یکدیگر ، هر دستگاه از شناسه مستقلی در شبکه برخوردار خواهد بود و برای تبادل اطالعات به سخت افزار های ارتباطی نیاز خواهد داشت . هزینه تامین و نگهداری هر یک از این تجهیزات زیاد بوده و ممکن است مقرون به صرفه نباشد . رایانش ابری به دلیل امکان

فراهم نمودن شبکه یا شبکه های مستقل ، کاربران را از تامین تجهیزات سخت افزاری ازتباطی و هزینه های نگهداری و مدیریت

آنها بی نیاز می کند . جدول زیر تناسب رایانش ابری به منظور بهره گیری و استفاده در اینترنت اشیاء را از ابعاد مختلف نمایان می

کند .



رایانش ابریفرصت های موجود در رایانش ابری

خدمات ابری اینترنت اشیاءدسترس پذیری بدون محدودیت

مکانی)امکان دریافت خدمات در هر نقطه مکانی(

فراگیر)وجود اشیاء در همه جا به صورت گسترده(

منابع مجازی )غیر سخت افزاری( نیازمند اشیاء در دنیای واقعیقابلیت های محاسباتی نامحدود به

صورت مجازی قابلیت های محاسباتی محدود

قابلیت ها و امکانات ذخیره سازی مجازی نامحدود

فاقد امکانات ذخیره سازی یا دارای امکانات ذخیره سازی محدود

استفاده از اینترنت برای ارائه خدمات

استفاده از اینترنت به منظور اتصال یک نقطه به شبکه اشیاء

به منظور مدیریت داده های حجیم منبع تولید داده های حجیم

CloudIoT ظهور مفاهیم جدید

نیازمندیهای اینترنت اشیاء در توسع2ه های مبتنی بر رایانش ابری ، منجر به ایجاد مفاهیم جدیدی در رایانش ابری می شود و انواع جدیدی به خدمات قابل ارائه در رایانش ابری اضافه می شود .

ظهور مفاهیم جدید

CloudIoT

SaaS(sensing as a service)فراهم نمودن دسترسی های مستقل از مکان به اطالعات سنسورها

)SAaaS (Sensing and Actuation as a Serviceفراهم نمودن امکان فعالسازی منطق های کنترلی پیاده سازی شده

برای سنسور ها در فضای رایانش ابری)SEaaS (Sensor Event as a Service

امکان توزیع و ارسال پیامهای مبتنی بر سنسور ها در زیرساخت های مبتنی بر رایانش ابری

)SenaaS (Sensor as a Serviceخدمات مدیریت صورت مستقل از مکان سنسورهای راه دور

مفاهیم جدید

CloudIoT

DBaaS (DataBase as a Service)خدمات مدیریت اطالعات و پایگاه داده داده های جمع آوری شده به صورت

مستقل از مکان)DaaS (Data as a Service

ارائه خدمات دسترسی به اطالعات حاصل شده از داده های خام جمع آوری شده

)EaaS (Ethernet as a Serviceارائه خدمات اتصال به شبکه دو الیه ای سنسورها و تجهیزات

)IPMaaS (Identity and Policy Management as a Serviceفراهم آوردن امکان مدیریت سیاست ها شناسه ها به صورت مستقل از مکان

)VSaaS (Video Surveillance as a Serviceامکان دسترسی به ویدئو های ذخیره شده و تحلیل های پیچیده انجام شده در


مفاهیم جدید

نتیجه گیری

در ای2ن ارائ2ه س2عی ش2د ب2ا بهره گیری از مقاالت و تحقیقات مختلف انجام شده در لزوم و بیان شده هریک ای پای2ه مفاهی2م ، اشیاء اینترن2ت و ابری رایان2ش حوزه مفهوم ایجاد آن ماحص2ل ک2ه یکپارچگ2ی . شود تشری2ح زمین2ه دو ای2ن یکپارچگ2ی

نام ب2ه زمینه )cloud of thing)CoTجدیدی ه2ر اس2ت .بدیهی باش2د م2ی تکنولوژیک2ی در ابتدای کار ب2ا چالشه2ا و محدودی2ت های2ی در توسعه و کاربرد پذیری ب2ا آن اینترن2ت اشیاء ای2ن تحقی2ق مشکالت و مس2ائلی ک2ه باش2د . در روب2ه رو م2ی . شد ارائ2ه مشکالت ای2ن برای2 ابری رایان2ش راهکارهای و ش2د بیان بود روبرو علیرغ2م ای2ن ک2ه ای2ن راهکاره2ا بس2یاری2 از مشکالت را مرتف2ع م2ی س2ازد ول2ی ب2ا این های پورتکل س2ازی یکس2ان اس2ت. باق2ی خود قوت ب2ه مشکالت از بخش2ی حال ارتباط2ی تجهیزات ، ایجاد مدل های اطالعات2ی س2اخت یافت2ه ، ، توس2عه پروتکل های ارتباط2ی جدی2د و ی2ا توس2عه اس2تانداردهای جدی2د در س2اخت ، راه اندازی و استفاده از تجهیزات هم2ه و هم2ه از چالشهای2ی هس2تند ک2ه رف2ع هم2ه آنه2ا ب2ه گذش2ت زمان و به

تحقیقات بیشتر نیاز دارد .

منابع و مراجع

Cloud of Things Integrating Internet of Things and Cloud Computing and the Issues Involved

Mohammad Aazam Dept. of Comput. Eng., Kyung Hee Univ., Suwon, South Korea ; Imran Khan Dept. of Wireless Networks & Multimedia Services, Telecom SudParis, Evry, France ; Aymen Abdullah Alsaffar Dept. of Comput. Eng., Kyung Hee Univ., Suwon, South On the Integration of Cloud Computing and Internet of ThingsAlessio Botta Univ. of Napoli Federico II, Naples, Italy;Walter de Donato Univ. of Napoli Federico II, Naples, Italy ;Valerio PersicoU niv. of Napoli Federico II, Naples, Italy Challenges and Opportunities of Internet of Things Yen-Kuang Chen Intel Labs Intel Corporation Santa Clara, CA, USA Cloud Computing - Concepts, Architecture and Challenges Y. Jadeja Dept. of Comput. Eng. & IT, Ganpat Univ., Kherva, India;K. Modi Dept. of Comput. Eng. & IT, Ganpat niv., Kherva, India Future Internet The Internet of Things Architecture, Possible Applications

and Key Challenges Rafiullah Khan DITEN Dept., Univ. of Genova )UNIGE(, Genova, Italy;Sarmad Ullah Khan;Electron. Dept., Politec. Di Torino, Torino, Italy;Rifaqat Zaheer Electron. Dept., Politec. Di Milano, Milano, Italy The Survey and Research on Application of Cloud Computing Wenqing Ma School of Computer Science and Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an, China;Jing Zhang School of Computer Science and Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an, China