Working Smarter by IoT & Digital Transformation

Software Defined IoT và những lợi ích của SDN khi triển khai hệ thống IoT

0 22

Internet vạn vật (IoT) hiện tại đang là một hot trend và tương lai của Internet, Một số lượng lớn của sự vật (đối tượng), được kết nối với Internet, sản xuất một số lượng lớn các dữ liệu cần thiết rất nhiều hoạt động nỗ lực và chuyển hoá thành thông tin hữu ích. Hơn nữa, các tổ chức và kiểm soát khối lượng lớn dữ liệu này đòi hỏi phải có những ý tưởng mới lạ trong thiết kế và quản lý mạng IOT nhằm thúc đẩy và nâng cao hiệu quả của nó. Tuy nhiên do tính phức tạp về giao thức kết nối, khoảng cách kết nối, thông tin dữ liệu hàm chứa trong kết nối ở hàng tỉ tỉ thiết bị IoT sẽ tăng lên đáng kể trong tương lai, điều này làm cho các nhà quản trị hê thống không khỏi băn khoăn làm sao có thể quản trị những thiết bị này tốt hơn, bảo mật hơn ?

Software Defined System – Các hệ thống được xác định bằng phần mềm là một mô hình mới xuất hiện gần đây để che giấu tất cả sự phức tạp trong kiến ​​trúc hệ thống truyền thống bằng cách trừu tượng hóa tất cả các điều khiển và hoạt động quản lý từ các thiết bị dưới quyền (những thứ trong IoT) và đặt chúng bên trong lớp phần mềm trung gian Middleware, lớp phần mềm. Bài viết này chúng tôi xin chia sẻ một số thông tin hữu ích về Hệ thống Software-Defined IoT, một hệ thống quản lý các thiết bị IoT phi tập trung, tập trung dựa trên nền tảng SDN (Software defined network).

SDN (Software Defined Networking) và những lợi ích của SDN

Software Defined Network (SDN) là một cấu trúc quản lý mạng mới, được thiết kế cho phép hệ thống mạng trở nên linh động và có hiệu quả chi phí hơn. SDN là một khái niệm mang tính lý thuyết, về mặt bản chất, SDN tách riêng các control plane phân tán (distributed) từ các forwarding plane và đưa (offload) các chức năng của control plane vào trong control plane tập trung (centralized). Control plane và forwarding plane là 2 dạng tiến trình mà các thiết bị mạng đều thực hiện.

Ví dụ, tại cấu trúc mạng truyền thống, nếu ta truy cập vào router, trực hiện các tác vụ như cấu hình các giao thức gateway, etc. thì các hoạt động này đều được thực hiện trên cùng một thiết bị (trên control plane và forwarding plane của router), do đó các nút (node) trong network hoạt động một cách độc lập dựa trên các cấu hình nội bộ tại chính các nút đó. Điều đó có nghĩa, cho dù cấu trúc mạng có linh động, hiệu quả như thế nào thì kết quả của các tác vụ hoạt động trong mạng phải phụ thuộc vào cấu hình của từng nút. Nếu như số lượng nút nhiều (1000, 10000 nodes) thì đồng nghĩa các nhà vận hành mạng phải quản lý toàn bộ (1000, 10000) control plane ( process quản lý hầu như toàn bộ hoạt động của thiết bị mạng).

SDN vs Mạng truyền thống

Chính vì những khó khăn trên, SDN ra đời nhằm mục đích “chuyển” cấu trúc control plane từ phân tán sang tập trung. Control plane tập trung (SDN controller) cho phép chuyển tiếp các quyết định về flow thông qua SDN domain thay vì phải qua từng hop.

Các tập đoàn lớn như Cisco, HP, IBM, VMware đều tự phát triển các SDN controller riêng của họ. Ngoài ra, còn có một số dự án mã nguồn mở về SDN controller như Floodlight hay OpenDayLight.

Trong SDN, controller được ví như “bộ não”, nó thống kế tất cả thông tin từ các flow switch ở trong mạng, cung cấp cái nhìn tổng thể bên trong của network (e.g. trong mạng truyền thống, một switch đơn lẻ sẽ không thể nhận biết toàn cảnh network , sự kết nối giữa các switch với nhau). SDN controller có open northbound (programmatic) và southbound (implementation). SDN controller có thể chạy trên máy ảo được host trên x86 server hoặc có thể chạy trên bare metal (x86 hoặc là một thiết bị nào đó).

Three layer. Application layer. Application part of control layer. Implement logic for flow control. Control layer. Kernel part of control layer. Run applications to control network flows. Infrastructure layer. Data plane. Network switch or router. SDN architecture from ONF.

Lợi ích của SDN :

  • Phân tách control và forward plane.
  • Quản lý tập trung (centralized control).
  • Sử dụng các protocol điều khiển và chuyển tiếp (control and forwarding protocols, e.g. Openflow).

Kiến trúc Software-Defined IoT (SDIoT)

Các mạng được xác định bằng phần mềm, còn được gọi là mạng lập trình, là một phần của cách mạng phát triển công nghệ cho IoT Đây không phải là một quá trình mới để cô lập các mạng ở tầng cơ sở hạ tầng. Ý tưởng này rất giống với mạng LAN ảo (Vlan) mà các công ty thuộc mọi quy mô đã sử dụng trong nhiều năm. Mạng LAN ảo phân chia các mạng lớn hơn thành các mạng nhỏ hơn có thể có quyền truy cập tùy chỉnh và chất lượng điều khiển dịch vụ, đồng thời cho phép các mạng ảo trải rộng trên nhiều vị trí và thiết bị vật lý. Quản trị viên hệ thống có thể phân chia tài nguyên mạng và thực hiện các yêu cầu bảo mật, dự phòng và hoạt động độc đáo trên mỗi phân khúc.

Các mạng IoT được xác định bằng phần mềm (SDIoT) là lần lặp logic tiếp theo trên tổ tiên Vlan và QoS cứng nhắc hơn của chúng. Các mạng được xác định bằng phần mềm thêm các tùy chỉnh bổ sung so với các Vlan truyền thống nhưng cũng có thể lập trình được và có thể được điều chỉnh.

Với độ chính xác cao hơn trong cài đặt của họ, quản trị viên hệ thống có thể sử dụng các tài nguyên kỹ thuật hiệu quả hơn bằng cách cung cấp thêm cách ly, giám sát và cấu hình. Bản thân mạng cũng có thể thêm một lớp thông minh để thực thi chính sách và phát hiện các vấn đề. Ngoài ra, các mạng được xác định bằng phần mềm có thể điều chỉnh các thiết bị không thay đổi để phát triển các yêu cầu triển khai và tích hợp, tức là tính co giãn, scalable tốt hơn.

Kiến trúc SD-IoT được đề xuất bởi Liu et al. (2015) bao gồm lớp cơ sở hạ tầng vật lý, lớp điều khiển và lớp ứng dụng, được thể hiện như hình dưới

Kiến trúc SDIoT
  • Lớp cơ sở hạ tầng vật lý bao gồm các thiết bị vật lý khác nhau, nghĩa là cảm biến, bộ truyền động, cổng, điểm truy cập, bộ định tuyến và máy chủ. Các thiết bị vật lý truyền dữ liệu từ nút này sang nút khác và xử lý chúng để trích xuất thông tin cần thiết. Chúng tương tác với lớp điều khiển thông qua các giao diện tiêu chuẩn, nghĩa là giao diện hướng nam (Southbound Interface).
  • Lớp điều khiển hoạt động giữa lớp cơ sở hạ tầng và lớp ứng dụng, quản lý các thiết bị vật lý với các chức năng khác nhau thông qua các giao diện phía nam khác nhau. Ngoài ra, lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp ứng dụng thông qua các API được gọi là giao diện phía bắc.
  • Lớp điều khiển cung cấp dịch vụ thu thập, truyền tải và xử lý dữ liệu. Dịch vụ thu thập dữ liệu cung cấp API cho các ứng dụng để xác định các yêu cầu dữ liệu của chúng. Bộ điều khiển thu được dữ liệu cần thiết từ nền tảng cảm biến. Đặc tả dữ liệu chứa các thuộc tính chung: loại dữ liệu, khu vực địa lý được nhắm mục tiêu và thời lượng.
  • Trong SD-IoT, nền tảng cảm biến được trang bị nhiều hơn một cảm biến được chia sẻ bởi nhiều ứng dụng. Bộ điều khiển cảm biến có tổng quan toàn cầu về nền tảng cảm biến cơ bản. Mạng được sử dụng để truyền dữ liệu từ các nền tảng cảm biến đến các máy chủ trong đám mây.
  • Để thực hiện truyền dữ liệu, mạng sử dụng kiến ​​trúc SDN. Bộ điều khiển điều khiển các gói đến các đích khác nhau và lên lịch lưu lượng để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cho chất lượng mạng và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng. API xử lý dữ liệu cho phép các ứng dụng chỉ định các tài nguyên cần thiết bao gồm chạy các chương trình đã gửi trên nền tảng cụ thể và triển khai các thực thể phần mềm tương ứng.
  • Cuối cùng, trong lớp ứng dụng, các nhà phát triển xây dựng các ứng dụng cảm biến bằng cách sử dụng các API được cung cấp. Họ có thể tùy chỉnh thu thập dữ liệu, truyền và xử lý. Khi cơ sở hạ tầng được chia sẻ bởi nhiều ứng dụng, chi phí chung sẽ giảm.
  • Trong thiết kế hệ thống SD-IoT, một số vấn đề mở liên quan đến giao diện hướng nam, lớp giao tiếp, v.v. thường phát sinh. Bằng cách cung cấp quy trình xử lý và truyền trong nền tảng cảm biến, bộ điều khiển cảm biến được tách rời khỏi nền tảng cảm biến.

Để giảm mức tiêu thụ năng lượng ở nền tảng cảm biến, phần mềm trung gian có thể được thực hiện trong bộ điều khiển. Để giảm tần suất tương tác với các nền tảng cảm biến khi chúng không hoạt động, bộ điều khiển được sử dụng. Khả năng mở rộng cao, hiệu suất và mạnh mẽ có thể đạt được với thiết kế lớp điều khiển tập trung logic.  Để đạt được các mục tiêu này, việc triển khai nhiều bộ điều khiển (Controller) là một điều bắt buộc. Bộ điều khiển mạng trong SD-IoT cung cấp truyền dữ liệu được bảo đảm QoS từ đầu đến cuối.

Lợi ích của các giải pháp SDIoT (Software Defined IoT)

  1. Độ chính xác cao hơn – Khi chuyển sang giải pháp quản trị IoT điều khiển bằng phần mềm, khung mạng sẽ trở nên lập trình và tự động, do đó loại bỏ lỗi của con người (hoặc thậm chí cả máy). Dữ liệu sẽ được định tuyến thông minh, thông qua phần mềm thông minh hơn bộ chuyển mạch hoặc bộ định tuyến.
  2. Khả năng thích ứng tốt hơn – Không còn phụ thuộc vào các nhà cung cấp phần cứng đã khóa bạn, với chi phí vốn lớn cho việc nâng cấp mà bạn không thể chi trả. Mạng hoặc bộ lưu trữ dữ liệu của bạn giờ đây sẽ được kích hoạt bằng phần mềm hoặc ảo hóa để bạn có thể dễ dàng chuyển đổi từ môi trường này sang môi trường khác mà không gặp rắc rối với chương trình ứng dụng. Điều này cho phép công ty của bạn mở rộng quy mô ở mức rất thấp, giúp bạn tiết kiệm thời gian và tiền bạc (và tất nhiên, đau đầu.)
  3. Nhanh nhẹn – Nhanh nhẹn là sự dễ dàng trong đó tổ chức của bạn tính toán dữ liệu có thể điều hướng các môi trường phức tạp một cách nhanh chóng và theo nhu cầu cụ thể của doanh nghiệp của bạn. Với các hệ thống được xác định bằng phần mềm, bạn có thể di chuyển giữa hệ thống này với hệ thống khác, chuyển đổi môi trường bất cứ khi nào bạn chọn. Bạn có thể thiết lập các ứng dụng của mình ngay lập tức qua một hệ thống được xác định bằng phần mềm và bạn cũng có thể gỡ chúng xuống ngay lập tức. Môi trường nhanh nhẹn này tối ưu hóa trải nghiệm người dùng trong khi giảm đáng kể chi phí.
  4. Cân chỉnh tốt hơn- Tất cả các tài nguyên trong cơ sở hạ tầng của bạn sẽ được căn chỉnh hoàn toàn, thay vì phân biệt phần cứng và phần mềm đòi hỏi bảo trì IT/OT chuyên sâu (và tốn kém). Thay vì phải trả một khoản chi phí lớn cho đội ngũ nhân viên CNTT chuyên hỗ trợ cho sự không phù hợp của các nhà cung cấp, thiết bị và phần mềm, IT/OT sẽ được xem xét để đổi mới lợi nhuận của lái xe với cách tiếp cận chiến lược hơn. Vai trò của IT/OT sẽ được nâng lên để giám sát cơ sở hạ tầng được thúc đẩy bởi các chính sách và ưu tiên kinh doanh, thay vì được sử dụng để khắc phục các sự cố và dập tắt đám cháy. Các hệ thống được xác định bằng phần mềm cho phép ban quản lý IT/OT chủ động hơn là phản ứng.
  5. SLA Đảm bảo – Mọi tổ chức đều có các yêu cầu về chính sách và tuân thủ phải được áp dụng và giám sát. Với các hệ thống được xác định bằng phần mềm, tổ chức của bạn sẽ có độ tin cậy cao hơn nhiều rằng toàn bộ cơ sở hạ tầng của bạn tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định mà tổ chức của bạn phải tuân thủ.
Đăng ký để nhận ebook
Đăng ký để nhận ebook "Những điều cơ bản cần biết về Smart Factory và công nghệ IoT" từ chúng tôi.
Đăng ký để được nhận ebook "Những điều cơ bản cần biết về Smart Factory và công nghệ IoT".

Để lại bình luận

Địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố.