Management and Internet of Things / Управление и Интернет вещей: Management and Internet of Things

Резюме

Urmia 17.07.17 в 14:57

В тренде находятся исследование и разработка приложений Интернета вещей (Internet of Things, IoT), а также для веб и смартфонов. Приложений, работающих с данными, полученными из различных областей, таких как перевозки, умные дома, здравоохранение, социальные услуги, промышленность и многие другие. Предыдущие исследования сосредотачивались на управлении полученными данными. Однако управление разнородными ресурсами, которые получают те данные, является областью, которая требует большего внимания. Эта статья обращается к управлению ресурсами в Интернете вещей. Это достигается предложением слоя виртуального ресурса Edge, который разрешает доступ и конфигурацию к физическим ресурсам встроенных устройств. Архитектура представляет центры использования виртуальных ресурсов как концепцию управления и определяет разные подходы к оценке результатов эффективности вычислительных устройств. Используя протокол IoT CoAP, виртуальные ресурсы показывают границы сети edge. Представлена оценка Go CoAP виртуального ресурса.

Urmia 17.07.17 в 15:33

Ключевые слова: Интернет вещей; Менеджмент IoT; Виртуальные ресурсы; CoAP

Urmia 17.07.17 в 15:34

1. Введение.

Urmia 17.07.17 в 15:34

В Интернете Вещей коммуникация и управление ресурсами реализуются на основе технологии, в которой создана сеть встроенных устройств. Каждый вендор убеждается в разработке его собственных инкапсулировано-совместимых и проприетарных коммуникационных стандартов. Приложения были поддержаны теми проприетарными стандартами, чтобы получить достоверную информацию эффективным и безопасным способом от среды встроенных устройств до облака. Это заставило пользователей, принять определенную технологию во всех реализациях, для упрощения режимов работы управления (ITU-T M.3400). Были некоторые исследования физических устройств IoT, но их основная цель состояла в том, чтобы упростить работу разработчиков.

Urmia 17.07.17 в 15:56

В настоящее время не существует решения по предоставлению доступа к разнообразным сетевым ресурсам IoT, чтобы получить от них информацию. Это вызывает ограничения в реализации представления Интернета вещей. Эта статья расширяет это представление, не только соединяющее неоднородные "вещи", но также и получающие информацию в режиме реального времени о тех "вещах”, которые работают в среде. Выдвинутая архитектура фокусируется на абстракции сложности доступа и конфигурации неоднородных ограниченных ресурсов сетей к понятию виртуальных ресурсов, предлагая упрощенный вариант управления.

Urmia 17.07.17 в 17:09

Эта статья предлагает создание виртуальных ресурсов, выполняющихся на вычислительных устройствах Edge. Кроме того, это исследование предлагает Constrained Application Protocol (CoAP) для коммуникации виртуальных ресурсов и языка программирования Go, используемого для их построения. Это представление разрешает встроенным компонентам получать легкий доступ от третьих лиц. Непосредственная связь с физическими ресурсами разбита, введением слоев виртуальных ресурсов.

Urmia 17.07.17 в 19:19

Далее статья структурирована следующим образом. Раздел 2 представляет определение наших ресурсов IoT. Раздел 3 объясняет экспериментальную установку. Раздел 4 представляет оценку результатов деятельности нашего прототипа, и завершается статья резюме в разделе 5.

Urmia 17.07.17 в 19:26

2. Дизайн архитектуры виртуальных ресурсов IoT.

Urmia 17.07.17 в 19:27

Мы определяем виртуальные ресурсы IoT как абстракцию других ресурсов, виртуальных или нет. Архитектурный проект виртуальных ресурсов IoT графически изображён на Рис. 1. Используя REST-функции CoAP (RFC7252), виртуальный ресурс представляет свое собственное состояние и методы, которые взаимодействуют с состояниями и могут разрешить взаимодействия между его составными ресурсами. Вся архитектура включает три главных уровня а именно: уровень абстракции представления (VAL), уровень аппаратной абстракции (HAL) и физический уровень. Физический уровень представляет датчики, работающие в среде. Эти два уровня, аппаратной абстракции и абстракции представления, являются приложением промежуточного программного обеспечения, размещенного на виртуальном edge-сервере и нацеленным на инкапсуляцию сложностей доступа и конфигурацию физических ресурсов. HAL представляет ассоциацию самого низкого уровня между физическим ресурсом и виртуальным ресурсом, приводящим к непосредственному отношению, см. Рис. 2.

Urmia 17.07.17 в 19:44

Виртуальные ресурсы, размещенные в этом уровне, используют команды CoAP для приема заказов по выполнению операций обращения к физическим ресурсам. VAL действует как мост между конечными пользователями и датчиками. Это представляет объединение между одним или несколькими виртуальными ресурсами HAL и одним или несколькими виртуальными ресурсами VAL, приводящих к отношению "многие-ко-многим" (см. Рис. 3). Цель виртуальных ресурсов, помещенных в этот уровень, состоит в том, чтобы обеспечить динамические представления для разнородных пользователей с различными правами доступа.

Urmia 17.07.17 в 19:56

Кроме того, этот уровень работает центром edge-обработки, в котором строки данных обрабатываются, не заходя в облако. На этом уровне виртуальные ресурсы разделены на две группы: виртуальные ресурсы, не имеющие состояния, и сохраняющие состояние. Виртуальные ресурсы, не сохраняющие состояние, представленные на рис. 4, применяют REST-паттерн CoAP, извлекающий состояние каждый раз, когда запрос получен. Виртуальные ресурсы, сохраняющие состояние, представленные на рис. 5, поддерживают состояние их составных ресурсов в базе данных и применяют паттерн проектирования CoAP для получения обновлений ресурсов, которые они наблюдают.

Urmia 17.07.17 в 20:17

Эта архитектура предназначена для пересечения барьера, существующего только у одного уровня коммуникации - физического, при работе с датчиками.

Urmia 17.07.17 в 20:20

3. Экспериментальная установка

Urmia 17.07.17 в 20:20

Этот эксперимент был выполнен с ресурсом VAL. Прототип включает сетевую инфраструктуру встроенных устройств, виртуальные ресурсы и эмулированные клиенты. Как только ресурс VAL получает CoAP-запрос от CoAP-клиента, он получает состояние своих ресурсов встроенных устройств и отправляет обработанную информацию в CoAP-сообщении. Одноплатный компьютер Raspberry Pi с языком Go и CoAP-протоколом использовался в качестве edge-вычислительного уровня для запуска виртуального ресурса, см. рис. 6. Нами создан виртуальный ресурс и клиенты, использующие каналы и подпрограммные функции на Go, см. рис. 7. Мы установили предложенную архитектуру на устройствами со следующими спецификациями: Raspberry PI 2 Model B с. процессор ARMv7, ЦП: Cortex-A7 quad core - 900 MHz, RAM: 1 Гбайт, Операционная система: Raspbian ОС. IMac с процессором: Core i7 Intel - 3.5 ГГц. RAM: 16 Гбайт, 64-битная операционная система. Клиенты соединялись с виртуальным ресурсом по специальному соединению WiFi.

Urmia 18.07.17 в 15:22

4. Оценка

Urmia 17.07.17 в 20:21

Для оценки полезной функциональности нашего виртуального ресурса, мы измеряли его пропускную способность и время отклика. Мы оценили поведение нашего виртуального ресурса, тестирующего два процесса Core Link Format (RFC6690), отыскивая службы посредством хорошо - известный интерфейса и получения текущего состояния. Эти оценки были выполнены с клиентской точки зрения. Кроме того, мы оценили время соединения с базой данных в сохраняющем состояние ресурсе VAL. Службы, предоставленные нашему виртуальному ресурсу, были размещены как службы CoAP REST. Сценарий заключался в запуске Go CoAP Virtual Resource на Raspberry Pi и одной тысяче из Go CoAP виртуальных клиентов, работающих на компьютере IMac. Этот эксперимент представлял время задержки клиентских запросов от 0 до 100 миллисекунд, с интервалами 50 миллисекунд, эмулируя разные уровни параллелизма.

Urmia 18.07.17 в 15:39

Результаты для всей тысячи запросов в каждом сценарии задержки объясняются следующим образом. Среднее значение время на передачу и подтверждение для открытия службы (RTT) для трех случаев задержки, 0, 50 и 100 мс, составляет 2.24 мс, 2.40 мс и 2.33 мс соответственно, см. рис. 8.

Urmia 18.07.17 в 15:44

В этом тесте рабочая нагрузка виртуального ресурса и его время отклика остается стабильной для трех случаев задержки. Среднее время RTT для получения текущего состояния виртуального ресурса для трех случаев задержки составляет 12.01 мс, 14.47 мс и 12.98 мс. В этом процессе увеличилось среднее время отклика, поскольку это - сохраняющий состояние виртуальный ресурс, который должен перейти к базе данных, чтобы получить текущее состояние ее ресурсов встроенных устройств, см. рис. 9. Среднее время, когда виртуальный ресурс обращается к базе данных для поиска состояния определенного ресурса встроенного устройства при трех задержках, составляет 7.53 мс, 8.29 мс и 8.07 мс, см. рис. 10. Во всех трех оценках были пики, которые могут быть объяснены сетевым трафиком и процессами резервного копирования, которые представляет общие аномалии. База данных работала в разделенной машине.

Urmia 18.07.17 в 15:56

5. Выводы.

Urmia 18.07.17 в 15:56

Эта статья отвлеченно рассматривает сложность доступа ресурса IoT и конфигурации edge- вычислительного уровня, которым управляют по протоколу CoAP. Наш виртуальный ресурс выступал ожидаемым способом, отвечая на все запросы, неважно с каким уровенем параллелизма они сталкивались. Виртуальный уровень ресурса мог взаимодействовать между каждыми составными компонентами, столь же просто как использование REST-служб, в этом случае служба CoAP REST-сохраняющая. Предложенная архитектура составляет экономическое решение, поскольку оценка данных сделана в edge-сети IoT, и только полезная информация будет передана облаку. Это - первый шаг в конструкции полной edge-вычислительной среды, в которой виртуальные ресурсы представлены как рекомендуемая опция для управления в разнообразных сетях IoT. Таким образом мы можем выполнить видение Интернета Вещей.

Urmia 18.07.17 в 16:03

Будущее статьи - в проведении исследования по тестированию с большим количеством датчиков и приводов головок, для измерения общих приложений. Кроме того, статья будет включать распределенные виртуальные ресурсы.

Urmia 18.07.17 в 16:07