.

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

پیشرفت های بزرگ در صنعت خودرو سازی باعث افزایش چشمگیر قابلیت های خودروها شده، در واقع خودروهای مدرن به منابع مختلفی (مثل محاسباتی، ذخیره سازی ابری و غیره) مجهر شده اند که به آن ها اجازه می دهد از سرویس های مختلفی بهره مند شوند، با این حال از این منابع به صورت بهینه بهره برداری نمی شود

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

رایانش ابری خودرویی

پیشرفت های بزرگ در صنعت خودرو سازی باعث افزایش چشمگیر قابلیت های خودروها شده، در واقع خودروهای مدرن به منابع مختلفی (مثل محاسباتی، ذخیره سازی ابری و غیره) مجهر شده اند که به آن ها اجازه می دهد از سرویس های مختلفی بهره مند شوند، با این حال از این منابع به صورت بهینه بهره برداری نمی شود. 
از یک طرف بسیاری از منابع خودرویی برای مدت زمان های طولانی بی کار خواهند بود (برای مثال زمان هایی که خودروها در پارکینگ هستند)، از طرف دیگر برخی از خودروها گاهی اوقات منابع کافی برای اجرای برخی اپلیکیشن ها را ندارند در حالی که خودروهای دیگر منابع در دسترسی دارند. 
در این زمینه طرح ابر خودرویی معرفی شد تا از منابع خودروها به صورت بهینه استفاده شود. ابر خودرویی بر اساس تلفیق شبکه موقت خودرویی و رایانش ابری شکل گرفته است. خودروها می توانند هم کاربر و هم ارائه دهنده سرویس باشند. 
مشابه رایانش ابری سیار خودروها زمانی که می خواهند از منابع خارجی بهره ببرند به عنوان دستگاه های سیار در نظر گرفته می شوند. خودروهایی که قبول می کنند منابع خود را اجاره دهند به عنوان ارائه دهنده منابع در نظر گرفته می شوند. 
برای نمونه خودروهای پارک شده می توانند به عنوان یک مرکز داده تلقی شوند و منابع آن ها بر اساس تقاضا اختصاص داده شوند. همچنین خودروهای در حال حرکت می توانند ترافیک همکاری کنند. تجهیزات زیرساخت مثل RSU ها می توانند بخشی از ابر خودرویی باشند و منابع خود را اجاره دهند یا میزبان اپلیکیشن های خودرویی باشند. 
لازم به ذکر است که ابر خودرویی می تواند گسترش یابد، خودروها می توانند با ابرهای متداول در تعامل باشند برای مثال اطلاعات ترافیکی را به مراکز داده سازمان های مسئول انتقال دهند. به علاوه برای بهره بردای بهینه از منابع خودرویی دیگر زمینه ها باید برای شکل گیری ابر خودرویی هدایت شوند، برای مثال می توان به انتشار بهینه اطلاعات اشاره کرد. 

چالش ها و مشکلات طراحی

پیاده سازی طرح ابر در شبکه های خودرویی به دلایل زیادی آسان نیست و چالش های جدیدی در مقایسه با شبکه خودرویی پدید خواهد آمد. در این بخش به معرفی مشکلات مختلف و فعالیت هایی که در ارتباط با آن ها صورت گرفته پرداخته می شود. در ابتدا مسائل مربوط به تشکیل و مدیریت ابر بررسی می شود، سپس مشکلات مدیریت منابع را مطرح و در ادامه به مسئله پردازش داده خواهیم پرداخت.  

راه اندازی و مدیریت ابر خودرویی

پویایی ویژگی مهم شبکه ابر خودرویی است، در واقع هویت و تعداد سرویس دهنده ها (به طور عمده خودروها) که در طول زمان در حال تغییر است. موارد زیر این موضوع را توضیح می دهد:
  1. زمانی که خودروها پارک شده اند و مالکان آنها می پذیرند که منابع خود را اجاره دهند، ابر خودرویی مشابه ابرهای متداول خواهد شد زیرا مخزن منابع که توسط خودروها ارائه شده، به صورت موقت بی حرکت است. این خودروها باید به یک منبع انرژی متصل شوند تا منابع آن ها قابل بهره برداری شود. با این حال این ابر دائمی نخواهد بود. یک خودرو می تواند هنگامی که منابع اش در حال استفاده توسط تعدادی اپلیکیشن است پارکینگ را ترک کند، در واقع منابع در دسترس با توجه به خودروهای ورودی و خروجی در حال تغییر است.
  2. زمانی که خودروها در حال حرکت هستند، یک کاربر می تواند از خودروهای اطراف درخواست منابع کند. تجهیزات اطراف جاده از جمله RSU ها و حسگرهای جاده نیز می توانند عضو ابر باشند. عواملی چون ارتباطات متناوب V2V و V2I به خاطر تداخلات و موانع، سرعت خودروها و غیر قابل پیش بینی بودن مسیر آن ها پایداری ابر را تحت تاثیر قرار می دهند. بنابراین تعیین سیاست های کنترل کننده برای حفظ اطلاعات به روز از اعضای ابر و جلوگیری از مشکلات ناشی از نوسان منابع، حیاتی است. به طور خاص زمانی که خودرو ها در حرکت هستند، ابر باید تا زمانی که ماموریت درخواست شده به پایان رسد، حفظ شود. پس اطمینان از پایداری ابر ضروری است و می توان با مشخص کردن انتخاب اعضا و ضوابط انتخاب کنترل کننده این امر را تضمین کرد. همان طور که در بالا اشاره شد یک خودرو می تواند هر لحظه ابر را ترک کند بنابراین پیاده سازی یک استراتژی بازیابی لازم خواهد بود تا از کارکرد بی وقفه ابر اطمینان حاصل شود. مولفان روش های مختلفی برای انتخاب کنترل کننده ابر یا مجموعه ای از سر دسته ها مطرح کرده اند، ولی شاخص های انتخاب اعضای ابر و فرمت پیام های تبادل شده مشخص نشده است. 

مدیریت منابع

چالش های مدیریت منابع را از دیدگاه لایه ای می توان در 3 گروه دسته بندی کرد. 

لایه کنترل دسترسی به رسانه (MAC)

مشابه شبکه خودرویی، ابر خودرویی می تواند به عنوان سکویی از اجزای متصل به هم در نظر گرفته شود. در واقع خودروها به دستگاه های مختلفی مجهز شده اند که به جمع آوری و تبادل داده در حالت تک منظوره می پردازند. همچنین دستگاه های خودروها با دستگاه های خارجی (RSU) نیز ارتباط برقرار می کنند.
این تعداد بالای ارتباطات منجر به افزایش استفاده از کانال های رادیویی می شود. بنابراین اختصاص دادن طیف های رادیویی یک چالش خواهد بود. در این لایه دو نگرانی اصلی مطرح شده، اختصاص منابع (مثل برنامه ریزی دسترسی به کانال) و مدیریت چند کانال. 

اختصاص منابع: الگوریتم های برنامه ریزی

در شبکه خودرویی روش های بهینه اختصاص منابع رادیویی مورد نیاز است. در واقع نرخ بالای از دست رفتن بسته ها (و کیفیت سرویس پایین) می توانند به علت های مختلفی از جمله تصادم در اثر دسترسی چندگانه به رسانه انتقال، کیفیت اتصال بیسیم، مقدار زیاد تحرک و ضعف سیگنال انتقال بیافتد. 
مکانیزم های بهینه دسترسی به کانال رادیویی (مثل پروتکل های MAC) امکان کاهش تصادم و در نتیجه بهره برداری بهتره از طیف رادیویی را می دهد . 
اگرچه این مسئله در شبکه های خودرویی نیز مطرح شده بود اما تعداد زیاد دستگاه ها که در ابر خودرویی در تعامل هستند، دسترسی به کانال را چالش برانگیز تر می کنند، به طور خاص در مورد ارتباطات خودرو با ابر. در مولفان یک پروتکل MAC را مطرح کردند که امکان دسترسی قابل اطمینان به اینترنت را می دهد . 

مدیریت چندین کانال

دسترسی به چندین کانال مزایای زیادی از جمله افزایش گذردهی و کاهش انسداد کانال ها را به همراه دارد. در نتیجه تاخیر انتقال کاهش یافته و استفاده از منابع رادیویی منطقی خواهد شد. 
روش های بسیاری برای اطمینان از انتخاب کانال مناسب مطرح شدند به طور عمده انتخاب بر اساس کیفیت کانال و اشغال بوده آن است. 
در ابر خودرویی خودروها می توانند علاوه بر اپلیکیشن های خودشان، وظایفی از سایر اعضای ابر را نیز اجرا کنند. پس بعد از انتخاب کانال های مناسب بر اساس شاخص هایی که اشاره شد، برنامه ریزی وظایف بر اساس اهمیتشان (برای مثال دادن اولویت بالاتر به پیام های هشدار) باید انجام شود. 

لایه شبکه

حجم قابل توجهی از داده در شبکه خودرویی و ابر خودرویی تولید و انتشار می یابد. به اشتراک گذاری اطلاعات ترافیک بین خودروها و  پخش پیام های ایمنی، مثال هایی از ترافیم در حال تبادل هستند.
در ابر خودرویی ترافیک اضافه ای تولید خواهد شد، از یک طرف خودروها نیاز دارند قبل از اجرای اپلیکیشن ها برای منابع درخواست دهند. از طرف دیگر مدیریت ابر نیازمند تبادل پیام های کنتارلی بین اعضای ابر برای نگهداری و به روز نگاه داشتن اطلاعات و در صورت لزوم، دخالت کردن اس. در این سطح دو چالش مطرح است:
  • انتشار داده: داده مربوط به اپلیکیشن های مختلف از طریق ارتباطات چند پرشی در شبکه خودرویی انتقال می یابند. رویکردهای مختلف انتشار داده بر اساس تفاوت ها در اپلیکیشن های مختلف (ایمنی، غیرایمنی، سرگرمی و غیره) پیشنهاد شده اند. در ابر خودرویی دو چالش جدید بروز کرده است، اکتشاف منابع و سرویس ها (خودروها و تجهیزات زیرساخت در نقش ارائه دهنده سرویس ها (خودروها و تجهیزات زیرساخت در نقش ارائه دهنده سرویس و منابع عمل می کنند) و انتشار قابل اطمینان داده از/به ابرهای متداول بر اساس نوع اپلیکیشن ها. برخی از محققات بر روی موارد خاصی از انتشار اطلاعات در ابر خودرویی متمرکز شده اند هیچ یک از این راه حل ها به تمامی چالش های مطرح شده پاسخ نداده. علاه بر رویکردهای انتشار داده، پروتکل های انتشار داده، پروتکل های مسیریابی مناسب برای غلبه بر مشکل قطع مکرر لینک ارتباطی و تحرک خودروها، لازم خواهد بود. در این زمینه ایده (شبکه داده محور) خودرویی مورد استفاده قرار گرفته این الگو شامل استفاده از نام گذاری محتوا به جای آی پی آدرس است. در ابر خودرویی، خودروها نیاز دارند برای منابع درخواست دهند. برخی از محققان سعی در پیدا کردن راه حل هایی داشتند که با ابر خودرو سازگار باشند تا محتا را اکتشاف و به کاربر برسانند. بر اساس طرح ICS، یک پروتکل مسیریابی برای ابر خودرویی پیشنهاد شده است. نام گذاری محتوا و سرباز ناشی از درخواست های مصرف کنندگان (به صورت داده پراکنی در شبکه) از جمله اشکالات این طرح هستند. یک فرمت جدید از IPV6 در (Wang, 2015) به عنوان راه حلی برای نقص ایده ICN پیشنهاد شده. 
  • متعادل سازی بار: اطمینان از قابل اعتماد بودن ارسال داده تنها محدود به استفاده از رویکرد مناسب برای مسیریابی و انتقال داده نیست. انتخاب مسیر نیز فاکتور مهمی جهت جلوگیری از انسداد راه ها و کاهش نرخ از دست رفتن بسته ها است. رویکردهای متعادل سازی بار امکان تقسیم منصفانه ترافیک در مسیرهای مختلف و جلوگیری از سربار شدن را می دهند. برای شبکه خودرویی رویکردهایی پیشنهاد شده. در ابر خودرویی انتخاب مسیرها چالش برانگیز است. یک عضو ابر خودرویی، بعد از انجام دادن یک وظیفه باید داده را به خودروهای مرتبط انتقال دهد، به صورت همزمان می تواند به عنوان یک گره بازپخش (انتقال داده دریافتی از یک خودرو به خودروی دیگر) نیز عمل کند. در صورتی که تمامی داده از طریق یک مسیر ارسال شود می تواند باعث انسداد شود. پس ضروری است که مسیر مناسب با توجه به نوع داده انتخاب شود. برای مثال یک داده حیاتی از کانالی که کمترین ازدحام را دارد ارسال شود. 

لایه کاربر (اپلیکیشن)

یک سرویس نوآورانه که توسط ابر خودرویی ارائه می شود به اشترا گذری یا اجاره منابع خودرویی است. منابع تجمیع شده و ماشین های مجازی اپلیکیشن ها را میزبانی می کنند. سیار بودن خودروها اختصاص منابع و تخمین منابع در دسترس را چالش برانگیر می کند، خودروها می توانند در هر زمان ابر را ترک کنند در نتیجه یک نیاز برای منابع اضافه پدید می آید تا اجرای وظایف در حال اجرا ادامه یابد. 
  • تخصیص منابع: مخزن منابع خودروهای عضو ابر خودرویی، میان آن ها به اشتراک گذاشته شده. اپلیکیشن ها و سرویس ها به وظایف بسیاری تقسیم می شوند و هر عضو ابر یک یا تعدای از آن ها را انجام می دهد. تخصیص منابع باید به صورت منصفانه با توجه به کارهایی که به هر عضو اختصاص داده می شود و با در نظر گرفتن تغییراتی که ممکن است رخ دهد (از جمله تغییر منابع، اجرای اپلیکیشن های مختلف با نیازها و اولویت های مختلف، وقفه های غیر قابل پیش بینی در برخی وظایف) انجام شود. 
مشابه رایانش ابری و رایانش ابری سیار، اپلیکیشن های ابر خودرویی توسط ماشین های مجازی میزبانی می شوند. زمانی که یک خودرو را ابر را ترک می کند نیاز است تا عضو دیگری پیدا شود تا ماشین مجاز رها شده را میزبانی کند و اجرای وظایف ادامه یابد. با وجود این که به این مسئله در رایانش ابری سیار پرداخته شده ولی راه حل های مطرح شده با ابر خودرویی سازگار نشده است.
اتصال متناوب و مشکل بودن پیش بینی الگوی مهاجرت خودروها از چالش های موجود هستند. در این زمینه برخی سیاست ها برای مهاجرت ماشین های مجازی پیشنهاد شده است تا از سرویس دهی روان هنگام حرکت خودروها اطمینان حاصل شود. مهاجرت های متناوب و تاخیرهای پروسه مهاجرت که اتفاق می افتد می تواند تداوم سرویس دهی را تحت تاثیر قرار دهد. 
  • نوع سرویس ها و اپلیکیشن ها: سرویس ها و اپلیکیشن های شبکه خودرویی نیازمندی متفاوتی از نظر منابع و کیفیت سرویس دارند. بعضی از اپلیکیش ها نیاز به پهنای باند زیاد دارند (مثل پخش ویدئو)، برخی دیگر نیاز به ظریف پردازش بالا دارند (مثل پیش بینی ترافیک). پس یافتن ارائه دهندگان منابع (خودروها یا سرورهای ابری) با منابع کافی و کیفیت سرویس خوب، ضروری به نظر می رسد. همچنین برآورده شدن نیازمندی های مربوط به کیفیت تجربه، لازم خواهد بود تا همراه یک سرویس قابل اعتماد به کاربر ارائه شود. در مولفان به بررسی انتخاب RSU های مناسب به عنوان یک "تکه ابر" جهت برآورده کرده نیاز کاربر، پرداخته اند. 

بررسی معماری و چالش های رایانش ابری خودرویی
https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?ID=۴۸۵۶۰۹

 
كلمات كليدی: رایانش ابری، محاسبات ابری، سرور ابری، فضای ذخیره سازی ابری، ذخیره سازی ابری، رایانش ابری خودرویی

مقالات مرتبط

SIGMACloud

SIGMACloud

شرکت سیگما ITID در سال 1383 تاسیس شد. طی 15 سال فعالیت، سیگما عمدتا بر طراحی، توسعه و استقرار پورتال سازمانی، خدمات آنلاین و محصولات و خدمات محاسبات ابری تمرکز داشت. ما به 150+ سازمان و شرکت های بزرگ در ارتباطات مخابراتی، بانکی، پرداخت و صنایع دولتی برای دستیابی به اهداف خود کمک کردیم.