مقالات رایانش ابری

بررسی معماری و چالش های رایانش ابری خودرویی (بخش اول)

1398/9/25 دوشنبه

رایانش ابری خودرویی یک راه حل امیدوار کننده برای بهره برداری از منابع کم استفاده خودروها از جمله قدرت پردازشی، فضای ذخیره سازی ابری، اتصال اینترنت و غیره است.
این منابع می تواند مانند خوروها به اشتراک گذاشته شود یا توسط مالکین اجاره داده شود تا برای مصارف مختلفی مثل رفع نیاز سخت افزاری سرویس ها و اپلیکیشن های شبکه خودرویی مورد استفاده قرار گیرند.
در واقع می توان از این طریق به نیاز رو به افزایش برای منابع در شبکه خودرویی پاسخ داد، اگرچه به نظر می رسد طرح امکان پذیر است اما پیاده سازی آن با مشکلاتی مواجه است.
محققان زیادی بر روی طراحی معماری تمرکز کرده اند تا بر مشکلات مختلف غلبع کنند و در نتیجه نیاز کاربران را با ارائه سرویس قابل اعتماد برآورده کنند.
در این مقاله به بررسی طرح ابر خودرویی شده و روی ویژگی ها و معماری آن تمرکز خواهد شد. در ابتدا به طور اجمالی انگیزه ایجاد ابر خودرویی مطرح و در ادامه چالش های مربوط به طراحی کاوش خواهد شد. علاوه بر این، ویژگی های معماری های موجود مشخص و یک طبقه بندی از ابر خودرویی ارائه خواهد شد، سپس شاخص های دسته بندی معماری ها معرفی می شود.

مقدمه

در دو دهه اخیر شبکه خودرویی موضوع تحقیقات بسیاری بوده است. پیدایش چندین فناوری دسترسی بیسیم و تعداد زیاد اپلیکیشن هایی که برای شبکه خودرویی ارائه شده دلیلی بر توجه چشمگیر به این عرصه است.
مقدور ساختن ارتباط بین خودرو ها و تجهیزات زیرساخت امکان ارائه اطلاعات مربوط به ترافیک و حوادق رانندگی و سازمان های مربوط به ترافیک می دهد.
داده های جمع آوری شده به رانندگان کمک می کند تا از جاده ای پر ازدحام و پر حادثه حوادث دوری کنند. سازمان های ترافیکی قادر خواهند بود ترافیک را به صورت پویا و براساس شرایط مدیریت کنند (از جمله برنامه ریزی پویا، چراغ راهنمایی). ادغام تعداد بیشماری از دستگاه ها از جمله GPS، حسگرها و دستگاه پرداش مرکزیف خودروها را هوشمند ساخته.
در واقع قابلیت های خودرویی مسافران را قادر می سازد تا از سرویس های مختلفی استفاده کنند.
به رغم این مزایا، چالش های بسیاری می تواند کیفیت سرویس اپلیکیشن ها را تحت تاثیر قرار دهد از جمله نحرک گره ها، موانع، محدودیت پهنای باند و قطع مکرر اتصال. علاوه بر این، اپلیکیشن ها نیاز یکسانی به منابع (پردازش، پهنای باند و غیره) و کیفیت سرویس (تاخیر، نرخ از دست رفتن بسته و غیره) ندارند.
برخی اپلیکیشن ها از جمله اپلیکیشن های چند رسانه ای به پهنای باند بالا نیاز دارد تا عملکرد روانی داشته باشند، برخی دیگر خواستار تاخیر پایین هستند مثل اپلیکیشن های بلادرنگ. در بسیاری از موارد یک خودرو نمی تواند منابع مورد نیاز را دارد باشد.
رایانش ابری که راه حلی برای ارائه منابع مورد نیاز کاربران به آن ها است، راه حل مناسبی برای غلبه بر کاستی های شبکه خودرویی به نظر می رسد.
در این زمینه ابر خودرویی که توسعه ای از رایانش ابری سیار است، پیدایش یافته که شامل بهره برداری بهینه از منابع کم کار خودروها و زیر ساخت است. خودروها می توانند همکاری کنند تا منابعشان را به اشتراگ بگذارند یا به مشتریان اجازه دهند که میتواند مزایای چشم گیری برای عوامل مختلف درگیر در شبکه خودرویی (رانندگان، مسافران، سازمان های ترافیکی، پلیس و غیره) به همراه داشته باشد.
بسیاری از محققان بر روی این طرح متمرکز شده اند و سعی کردهند تا راه حل هایی برای مشکلات مختلفی که می تواند توسعه این مفهوم را تحت تاثیر قرار دهند، بیابند.
به طور خاص، جنبه معماری به دلیل مشخصه های شبکه خودرویی در بسیاری از مطالعات مورد تاکیر قرار گرفته است. در ادبیات این موضوع، بررسی هایی بر روی ابر خودرویی صورت پذیرفته برای مثال (Gu, Zeng and Guo, 2013) مولفان بر ویژگی ها و اپلیکیشن های ابر خودرویی متمرکز شده اند.
در (Whaiduzzaman 2014) یک طبقه بندی ایر خودرویی پیشنهاد شده و در کنار آن یک مطالعه وسیع بر روی ویژگی ها، اپلیکیشن ها و مشکلات امنیتی صورت گرفته. در این مقاله یک مطالعه دقیق و جزئی بر روی چالش های ابر خودرویی ارائه می شود.
به طور مشخص دسته بندی هایی از مشکلات مدیریت منابع پیشنهاد خواهد شد، همچنین یک دسته بندی از ابر خودرویی طرح شده. این مقاله بر روی جنبه معماری متمرکز شده، از این رو شاخص های جدیدی برای دسته بندی معماری های مختلف پیشنهاد خواهد شد.
در ساختار این مقاله در بخش دوم به پیشینه این فنآوری پرداخته می شود در بخش سوم طرح ابر خوردویی معرفی خواهد شد. در بخش چهارم به بررسی چالش ها و مشکلات طراحی معماری اختصاص خواهد یافت و در بخش پنج معماری های موجود بررسی و بر اساس شاخص های پیشنهادی دسته بندی می شوند.
در بخش شش مسائل باز و مسیرهای پیشنهادی برای تحقیقات آینده مطرح می گردد و در بخش پایانی جمع بندی و نتیجه گیری ارائه می شود.

پیشینه

ابر خودرویی الگویی جدید است که رایانش ابری و شبکه های خودرویی را ادغام می کند. برای شناخت عللی که منجر به پیدایش این مفهوم شده، در این بخش به مفاهیم (شبکه موقت خودرویی)، (رایانش ابری) و (رایانش ابری سیار) می پردازیم.

شبکه موقت خودرویی

با پیشرفت های حاصل شده در فناوری اطلاعات و ارتباطات، طرح خودرویی شبکه شده توجهات بسیاری را در سطح دنیا به خود جلب کرده است، گرایش جمعی رایج، ارائه خودروها و جاده ها با قابلیت هایی جهت ایمن تر، بهینه تر و لذت بخش تر کردن زیرساخت های حمل و نقل است.
در این بحث منظور از ایمن تر کردن زیرساخت های حمل و نقل، ارائه اطلاعات درباره راه بندان های ترافیکی، تصادفات، وضعیت خطرناک جاده، وضعیت آب و هوا و محل امکاناتی مثل پمپ بنزین، رستوران و غیره است، همچنین منظور از بهینه تر کردن زیرساخت های حمل و نقل، افزایش ظرفیت شبکه جاده ای، کاهش ازدحام و آلودگی، کوتاهتر و قابل پیش بینی تر شدن زمان سفرها، کاهش هزینه نگهداری خودروها، تدارکات بهتر، بهبود کنترل و مدیریت شبکه جاده ای و افزایش بهره وری حمل و مقل عمومی است.
همچنین می توان از خودروها جهت جمع آوری و پردازش اطلاعات از مناطق مورد نظر برای کاربردهایی از قبیل نظارت، کنترل آلودگی، برنامه ریزی ترافیکی و جاده ای استفاده نمود.
و در آخر منظور از لذت بخش تر کردم ترافیکی و جاده ای استفاده نمود. و در آخر منظور از لذت بخش تر کردن زیرساخت های حمل و نقل، ارائه ذسترسی به اینترنت، اطلاعات توریستی و تبلیغاتی، رسانه های اجتماعی، بازی ها و غیره است.
تمامی کاربردهای مذکور نمونه هایی از (سیستم حمل و نقل هوشمند) هستند. این کاربردها زمانی تبدیل به واقعیت خواهد شد که شبکه های خودرویی در شکل های (درون خودرویی)، (بین خودرویی) و (خودرو به زیرساخت) به صورت گسترده در دسترس باشند.
(شبکه موقت خودرویی) که از این پس به اختصار آن را شبکه خودرویی می نامیم بخش مهمی از سیستم حمل و نقل هوشمند است که تبادل اطلاعات بین خودروها را ممکن می سازد. شبکه خودرویی نوعی از (شبکه های موقت سیار) است که در آن خودروها به قابلیت های ارتباط بیسیم و پردازش اطلاعات مجهز شده اند و قادرند شبکه هایی را به صورت خودکار، در حال حرکت در جاده ها ایجاد کنند.
ارتباط بیسیم مستقیم خودرو به خودرو، تبادل اطلاعات را حتی زمانی که زیرساخت های ارتباطی در در دسترس نیست، ممکن می سازد.
شبکه خودرویی گامی بزرگ در جهت تحقق سیستم حمل و نقل هوشمند است، این روزها تعداد زیادی از خودرو سازان به منظور آماده شدن برای اجرای شبکه خودرویی در ابعاد بزرگ، خودرو هایی با دستگاه های محاسباتی، ارتباط بی سیم، سنسورها و سیستم مسیریابی (مثل GPS) تولید می کنند.
با استفاده از سنسورهای مختلف (مثل آب و هوا، شرایط جاده، رادار و غیره)، دوربین ها و قابلیت های محاسباتی و ارتباطی، خودروها می توانند اطلاعات را با هدف کمک به راننده در تصمیم گیری یا به شکل خاص در سیستم اهی دستیار راننده، جمع آوری و تفسیر کنند.

رایانش ابری و رایانش ابری سیار

رایانش ابری سیار طرح نوظهور در حوزه فناوری اطلاعات است. برای درک بهتر این فناوری لازم است به عریف رایانش ابری و رایانش ابری سیار بپردازیم.
موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) یک تعریف رسمی برای رایانش ابری ارائه کرده است: (رایانش ابری یک مدل برای مقدور ساختن دسترسی راحت و بر اساس نیاز به یک مخزن به اشتراک گذاشته شده از منابع محاسباتی قابل پیکربندی (مثل شبکه ها، سرورها، منابع ذخیره سازی، اپلیکیشن ها و سرویس ها) است که با حداقل تلاش یا دخالت سرویس دهنده بتوان به سرعت اختصاص داده یا آزاد شود.)
انجمن رایانش ابری سیار تعریف رایانش ابری سیار را به این صورت بیان کرده: رایانش ابری سیار در ساده ترین حالت به زیرساختی اشاره دارد که ذخیره سازی و پردازش داده خارج از دستگاه سیار رخ می دهد. اپلیکیشن های رایانش سیار، قدرت محاسباتی و فضای ذخیره سازی ابری داده را از تلفن های همراه به ابر منتقل می کنند.
برخی از ویژگی ها در زمینه تامین سخت افزار و سرویس در رایانش ابری سیار منحصر به فرد هستند:

ارائه امکانات دسترسی به قدرت محاسباتی نامحدود به کاربران بر اساس تقاضا
نیازی به برنامه ریزی اولیه برای تامین منابع ندارد
کاربران رایانش ابری می توانند از پرداخت هزینه های اولیه برای تهیه سخت افزار اجتناب کنند، که به شرکت ها امکان می دهد تا کسب و کارهای کوچک را آغاز کنند و هر زمان که نیاز داشتند منابع سخت افزاری خود را گسترش دهند.
قابلیت پرداخت برای منابع محاسباتی در زمان مورد نیاز به صورت کوتاه مدت و آزاد سازی منابع زمانی که دیگر نیازی به آن نیست.
قابلیت دسترسی به سرویس ها از هر جای دنیا
قابلیت دسترسی به منابع در هر زمان
با استفاده از مجازی سازی یک سرور قادر به میزبانی کاربران مختلف و عمل کردن به عنوان سرورهای مجزا است
با جمع آوری منابع، یک مرکز داده متصل به شبکه می تواند میزان مشتریان بسیاری باشد