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

سرویس ها

علاوه بر سرویس هایی که توسط ابرهای متداول اراده می شوند (فضای ذخیره سازی ابری، نرم افزار، منابع پردازشی)، سرویس های دیگری با ابر خودرویی پیدایش یافتند. 

1. سرویس های برپایه شبکه: خودروهایی با قابلیت اتصال اینترنت، پهنای باند خود را با کاربرانی که نیاز با اینترنت دارند به اشتراک می گذارند.
2. سرویس های برپایه سنجش: اطلاعاتی که توسط خودروها از طریق حسگرهایشان جمع آوری می شود، نمی تواند اطلاعات کافی در مورد منطقه عبوری را به راننده ارائه کند. در ابر خودرویی، خودروها می توانند اطلاعات حس شده را به اشتراک بگذارند که باعث افزایش آگاهی رانندگان خواهد شد. 
3. سرویس های برپایه همکاری: خودروها وظایف را میان خود به اشتراک می گذارند تا سرویس ها را به رانندگان و مسافران ارائه دهند. 

دسته بندی های موجود

دسته بندی های مذکور براساس شاخص های اصلی هستند و به طور عمده بر روی جنبه های ساختاری (وجود داشتن یا نداشتن زیرساخت، نقش خودروها) و سرویس های ارائه شده متمرکز شده اند. برای دسته بندی شاخص های دیگری را نیز می توان به حساب آورد. به منظور ارائه یک دسته بندی دقیق تر، یک دسته بندی از ابر خودرویی و شاخص های آن در بخش بعدی پیشنهاد می شود. 

دسته بندی پیشنهادی

براساس طبقه بندی که برای ابر خودرویی مطرح شد، سه شاخص برای دسته بندی برگزیده شد: 1-حالت ابر بر اساس ساختار آن 2-سطح متمرکز سازی برای انجام یک وظیفه (ذخیره سازی، پردازش، کنترل) 3-رویکردهای پیاده سازی شده برای مقابله با چالش های مختلف
در این دسته بندی، جنبه های مختلفی که بین معماری ها ایجاد تمایز می کند در نظر گرفته می شود. 

حالت ابر خودرویی

ابر خودرویی می تواند به صورت دائمی یا براساس تقاضا تشکیل شود. ابر بر اساس تقاضا برای مدتی شکل می گیرد و تنها برای اعضای مشترک یا کاربران نزدیم مجاز است. ابر دائمی (مشابه ابرهای متداول) از همه جا و توسط تمامی خودوروها از طریق زیرساخت (برای مثال دسترسی به یک RSU و سپس دسترسی به اینترنت) یا مستقیما اتصال 3G,4G در دسترس خواهد بود. براساس معیار حالت ابر، معماری های ابر خودرویی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: موقت، دائمی و ترکیبی.
-دسته بندی پیشنهادی
براساس طبقه بندی که برای ابر خودرویی مطرح شد، سه شاخص برای دسته بندی برگزیده شد:

1. حالت ابر بر اساس ساختار آن
2. سطح متمرکز سازی برای انجام یک وظیفه (ذخیره سازی، پردازش، کنترل)
3. رویکردهای پیاده سازی شده برای مقابله با چالش های مختلف. در این دسته بندی، جنبه های مختلفی که بین معماری ها ایجاد تمایز می کند در نظر گرفته می شود. 

حالت ابر خودرویی

ابر خودرویی می تواند به صورت دائمی یا بر اساس تقاضا تشکیل شود. ابر بر اساس تقاضا برای مدتی شکل می گیرد و تنها برای اعضای مشترک یا کاربران نزدیک مجاز است.
ابر دائمی (مشابه ابرهای متداول) از همه جا و توسط تمامی خودروها از طریق زیرساخت (برای مثال دسترسی به یک RSU و سپس دسترسی به اینترنت) یا مستقیما از طریق اتصال 3G,4G در دسترس خواهد بود. براساس معیار حالت ابر، معماری های ابر خودرویی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: موقت، دائمی و ترکیبی.

معماری بر پایه ابر موقت

در این مورد خودروها به طور موقت به عنوان یک زیرساخت خدمت می کنند تا یک وظیفه را ذخیره یا انجام دهند. خودروها همچنین می تواند از طریق به اشتراک گذاری منابع وظایف را با همکاری انجام دهند مثل دانلود یک فایل در طول سفرشان. وجود زیرساخت همیشه اجباری نخواهد بود و بستگی به اپلیکیشن ها و وضعیت محیط (تعداد همسایگان، منطقه: روستایی، شهری، اتوبان) دارد. 
برای مثال زمانی که یک فاجعه رخ می دهد، می تواند به زیرساخت آسیب بزند. در این صورت خودروها وابسته به ظرفیت های خودشان هستند و یک ابر موقت را شکل می دهند تا اطلاعاتی درباره منطقه به دست آورند. 
داده های به اشتراک گذاری شده تا زمانی که دسترسی به اینترنت موجود نباشد محدود به داده های جمع آوری شده توسط حسگر خودروها است. 

معماری های بر پایه ابر دائمی

خودروهایی که یک شبکه خودرویی را شکل میدهند به مرکز داده ابری (یا ابرهایی که توسط RSU میزبانی می شوند) از طریق انواع ارتباطات (شبکه موبایل یا بیسیم) دسترسی دارند. آن ها اطلاعات را با یکدیگر و با ابر به اشتراک می گذارند، اما منابعشان را به اشتراک نمی گذارند و تنها در نقش کاربر ظاهر می شوند. 

معماری های ترکیبی

این نوع از معماری به ترکیب دو نوعی که در بالا ذکر شده است اشاره دارد. خودروها به ابر دائمی دسترسی دارند و می توانند به صورت انعطاف پذیر کار کنند و تشکیل یک ابر موقت دهند تا یک وظیفه خاص را انجام دهند.  تفاوت این دسته ها در اعضای ابر و ارتباطات بین آن هاست. 

سطح متمرکز سازی

در ابر خودرویی، وظیفه ها از جمله پردازش، ذخیره سازی و کنترل ابر می تواند توسط یک موجودیت صورت پذیرد یا بین تعدادی از اعضا توزیع شود. با در نظر گرفتن این معیار، هر دسته از معماری های ابر خودرویی می تواند بر اساس سطح متمرکز سازی به سه دسته زیر تقسیم شود:

1. متمرکز
2. نیمه متمرکز
3. کاملا توزیع شده

معماری های متمرکز

یک موجودیت مسئولیت وظیفه های مختلف را بر عهده دارد. برای مثال، ابرهای متداول یا RSU، داده هایی که از خودروها جمع آوری شده ذخیره می کند، آن ها را پردازش کرده، سرویس ها را میزبانی می کند و نتایج را به خودروها ارسال می کند. 

معماری های نیمه متمرکز

حالتی است که یک عضو ابر مسئول وظایف و اعمال مشخصی است. برای مثال زمانی که گروهی از خودروها یک ابر موقت را ایجاد می کنند، یک خودرو که کنترل کننده نامیده می شود مسئولیت کنترل ابر و مدیریت منابع را بر عهده دارد در حالی که هر خودرو داده ها پردازش می کند و به صورت محلی ذخیره می کند و بر اساس درخواست ارسال می نماید. 

معماری های کاملا توزیع شده

حالتی است که وظایف مختلف بین اعضای ابر تقسیم می شوند. ابر خودرویی می تواند توسط تمامی اعضا کنترل شود (هر عضو آگاهی کامل از ابر دارد)، و با همکاری هم کار می کنند. ابرهای متداول و ابرهای موقت با یکدیگر تعامل می کنند تا به کاربران ارائه سرویس کنند. (برای مثال داده ها در خودروها جمع آوری و فیلتر شده سپس برای نتیجه گیری به سرورها ارسال می شوند)
-رویکردهای پیاده سازی شده
معماری های ابر خودرویی رویکردهای مختلفی را جهت مقابله با چالش ها پیاده سازی می کنند. این رویکردها را می توان در سه گروه دسته بندی کرد:

1. برپایه سیستم
2. برپایه شبکه
3. برپایه سرویس

رویکردهای برپایه سیستم

به علت طبیعت پویای ابر خودرویی و اعضای مختلفی که می توانند جز آن باشند طراحی معماری چالش برانگیز است. ساختار ابر خودرویی و نقش اعضای موضوع تعدادی از مطالعات بوده است. این رویکردها را می توان به دو زیر مجموعه تقسیم کرد:

• به رویکردهایی اشاره دارد که بر روی بهره برداری از خودروها به عنوان یک موجودیت مستقل تمرکز دارند. بهره برداری از ظرفیت های خودرویی می تواند مزایایی به همراه داشته باشد و خودرو اجازه تصمیم گیری دهد. از طریق دستگاه های هوشمند و حسگرهایی که به راننده متصل شده اند، یک خودرو می تواند درباره وضعیت و محیط اطرافش و همچنین رفتار راننده، داده جمع آوری کند. برخی از رویکردها پیشنهاد داده اند تا به خودرو اجازه داده شود اقدامات مناسب انجام دهد. در یک (شبکه حسگر حوزه بدن) که از لایه های مختلف تشکیل شده برای پایش وضعیت سلامت راننده پیشنهاد شده. در دو ماژول برای کنترل وضعیت خودرو و سلامت راننده معرفی شده. در 74 یک ابر خصوصی در هر خودرو ساخته شده که برای ذخیره و میزبانی سرویس های داخل خودرو و پاسخ به پرس و جوهای 17 خودروهای همسایه، استفاده می شود. در یک ماژول برنامه ریز داخل خودرو پیاده سازی شده تا اطلاعات مناسب را به ابر ارسال کند.
• رویکردهای برپایه ابعاد بزرگ: مقالات مختلفی برای ساختار کلی ابر خودرویی پیشنهاد ارائه کرده اند (از جمله تعریف لایه های ابر خودرویی، نقش موجودیت ها، روشهای کنترل). در زمینه ابر خودرویی موقت، مدیریت مولفان بر روی توضیح نقش لایه های ابر و فعل و انفعالات بین اعضا تمرکز کرده اند. 

رویکردهای برپایه شبکه

پرداختن به مسائل مربوط به شبکه (قواعد انتشار داده، مدیریت منابع، معیارهای کیفیت سرویس) باعث اطمینان از رضایت کاربران خواهد شد. راه حل های سازگار شده برای ابر خودرویی در مقالات پیشنهاد شده، در واقع در برخی از معماری های ابر خودرویی، مجموعه ای از رویکردها برای مقابله با انتشار داده، مسئله مسیریابی پویا و مدیریت انعطاف پذیر ماشین های مجازی، پیاده سازی شده. 

رویکردهای برپایه سرویس

این دسته شامل رویکردها و فناوری هایی است که برای ارائه سرویس های جدید به کاربران فناوری هایی است که برای ارائه سرویس های جدید به کاربران و پرداختن به چالش های سرویس دهی، پیاده سازی شده اند.
برخی از معماری های ابر خودرویی بر روی جنبه سرویس متمرکز شده اند. 

مسائل باز و مسیرهای پیشنهادی برای تحقیقات آینده

بسیاری از مطالعات به چالش های مطرح شده در بخش 4 رسیدگی کرده اند با این حال باید به برخی از مشکلات پرداخته شود. در این بخش مسائل باز و مسیرهای ممکن مطرح می شود. 

تحلیل و بررسی و ادغام داده ها

در شبکه خودرویی داده هایی که از طریق ارتباطات V2V و V2I در یک بازه خاص و در یک منطقه مشخص تبادل می شوند، مرتبط هستند. به علت حرکت خودروها، مکان و اطلاعات در مورد محیط اطراف به صورت های دوره ای به روز می شوند تا از خطرات ممکن و راه بندان ترافیکی جلوگیری شود. 
در واقع بعد از اتمام زمان و تغییر مکان خودرو، داده های مربوط به مناطق قبلی دیگر مرتبط نخواهند بود. در واقع انتقال داده به مناطق در دست از نظر ابزار و منابع پر هزینه خواهد بود. 
پس دوره عمر و منطقه ارسال برای اپلیکیشن های مختلف باید به درستی تعیین شود تا از سربار شدن شبکه با داده های بی استفاده جلوگیری شود و به رانندگان کمک شود تا در کمترین زمان تصمیم مناسب بگیرند. برای مثال همانطور که در اشاره شده، هشدار منطقه کارگاهی هنگام تعمیرات جاده در شعاع یک کیلومتری انتشار می یابد در حالی که پیام راه بندان برای مدت 30 دقیقه و شعاع 5 کیلومتری معتبر خواهد بود. 
در ابر خودرویی که باید منابع به صورت بهینه مورد استفاده قرار گیرند، این مسئله یک نگرانی خواهد بود. خودروها از طریق حسگرهایشان داده ها را جمع آوری می کنند و به صورت محلی ذخیره می کنند که مقادیر زیادی از منابع را مصرف می کند که می توانند پس از اتمام اعتبار داده ها، آزاد می شوند. 
وقتی که اطلاعات ترافیکی تنها برای مسئولان حمل و نقل مورد نیاز است، ارسال تمامی داده ها همیشه مفید نخواهند بود. پس به روز رسانی داده ها و پاک کردن قدیمی ها به افزایش بهره وری منابع و دقت اطلاعات ارسال شده کمک می کند. 
استراتژی های اعلام و ارسال داده ها باید پیاده سازی شود تا اطلاعات مورد نیاز و مفید برای کاربران بر اساس درخواست، ارائه شود. 

همزیستی فناوری ها

کمبود منابع شبکه

تنوعی از فناوری های موبایل و بیسیم ارتباطات در شبکه خودرویی و در نتیجه ابر خودرویی را ممکن می سازند. اما مشکل کمبود پهنای باند و ارتباط بد هنوز یک نگرانی اساسی است. ابر خودرویی که امکان جمع آوری منابع و استفاده مشترک را می دهد، منابع اضافی از جمله پهنای باند را به کاربران ارائه می کند. 
فناوری 5G می تواند راه حل امیدوار کننده ای باشد که این مشکل را کاهش می دهد. در واقع بسیاری از محققان بر روی استفاده از فناوری های امواج میلیمتری برای 5G به منظور داشتن پهنای بایند بیشتر (1-2GH) متمرکز شده اند. همچنین در فناوری 5G برای ارائه نرخ بالاتر و اتصال بهتر نسبت به LTE برنامه ریزی شده.
 
بررسی معماری و چالش های رایانش ابری خودرویی
https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?ID=۴۸۵۶۰۹