Công nghệ điện toán biên (MEC) và các nền tảng mã nguồn mở cho triển khai MEC

Bài viết Công nghệ điện toán biên (MEC) và các nền tảng mã nguồn mở cho triển khai MEC nghiên cứu kiến trúc tham chiếu MEC và trình bày các yêu cầu cần thiết đối với MEC để phục vụ cho việc triển khai MEC trong các nghiên cứu, ứng dụng tương lai.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỐN BIÊN (MEC) VÀ CÁC NỀN TẢNG MÃ NGUỒN MỞ CHO TRIỂN KHAI MEC Võ Tá Hoàng1, Tạ Quang Chiểu1 Trường Đại học Thủy lợi, email: hoangvota@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Trong kỷ nguyên cách mạng công nghiệp 4.0, số lượng thiết bị đầu cuối hệ thống Internet vạn vật (IoT) tăng lên nhanh chóng đạt đến số lượng hàng tỷ thiết bị với xuất nhiều ứng dụng mới, chẳng hạn xe kết nốithông minh, máy bay không người lái, phát trực tiếp kiện, trò chơi điện tử trực tuyến thời gian thực, thực tế tăng cường ứng dụng trí tuệ nhân tạo địi hỏi hệ thống có khả đáp ứng độ trễ cực thấp, lực xử lý, tính tốn lớn, hiệu áp dụng phân tích sử dụng liệu biên mạng thay gửi đám mây hay trung tâm liệu Năm 2014 ETSI (European Telecommunications Standards Institute) đưa khái niệm điện toán biên di động (Mobile Edge Computing - MEC) lý thuyết kiến trúc, tảng ý tưởng triển khai cơng nghệ Mục tiêu cơng nghệ MEC tối ưu hóa tài nguyên di động cách lưu trữ ứng dụng tính tốn chun sâu, tiền xử lý liệu lớn trước gửi lên đám mây, cho phép sử dụng dịch vụ đám mây phạm vi gần với thuê bao di động cung cấp dịch vụ nhận biết ngữ cảnh với hỗ trợ thông tin mạng truy cập vô tuyến [1] MEC công nghệ hứa hẹn tiềm đáp ứng ứng dụng đòi hỏi thời gian thực, u cầu tính tốn lớn, đó, nghiên cứu kiến trúc, tảng số yêu cầu cơng nghệ MEC tìm hiểu phần cứng tảng phần mềm MEC cần thiết để làm tiền đề cho việc triển khai thực tế công nghệ KHUNG VÀ KIẾN TRÚC MEC 2.1 Khung MEC Hình Khung MEC[2] Khung MEC bao gồm (Hình 1): - MEC máy chủ gồm: Nền tảng MEC; Ứng dụng MEC Nền tảng ảo hóa; - Quản lý mức hệ thống MEC; - Quản lý mức máy chủ MEC; - Các thực thể ngoại vi liên quan thực thể mức mạng [2] 2.2 Kiến trúc MEC Kiến trúc MEC mô tả thành phần chức bao gồm hệ thống biên đa truy cập điểm tham chiếu chúng Hình miêu tả kiến trúc tham chiếu hệ thống biên đa truy cập chung Có nhóm điểm tham chiếu định nghĩa thực thể hệ thống: 134 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 - Các điểm tham chiếu đến chức tảng MEC (Mp); - Các điểm tham chiếu quản lý (Mm); - Các điểm tham chiếu kết nối với thực thể bên ngồi (Mx) [2] Hình Kiến trúc MEC [2] 2.3 Yêu cầu tảng MEC - Lựa chọn máy chủ MEC: Bộ điều phối MEC nhận yêu cầu kích hoạt hệ thống hỗ trợ điều hành (OSS), bên thứ ba ứng dụng thiết bị để chạy ứng dụng MEC Thông tin ứng dụng cung cấp cho hệ thống vị trí mà ứng dụng cần hoạt động, yêu cầu luật ứng dụng khác, vị trí ứng dụng chưa cài đặt hệ thống MEC Dưới số hoàn cảnh cụ thể (ví dụ kiện di động thiết bị người dùng (UE) dẫn đến độ trễ tăng, định cân tải), điều phối MEC lựa chọn máy chủ khởi tạo nhiệm vụ truyền tải ứng dụng thông tin trạng thái liên quan đến ứng dụng từ máy chủ nguồn tới máy chủ đích - Hỗ trợ dịch vụ DNS: Nền tảng MEC cung cấp khả truy cập tới DNS bao gồm máy chủ tên miền chức cấp phép/lưu trữ Trình quản lý MEC gửi luật DNS tới tảng MEC dựa cấu hình yêu cầu từ ứng dụng MEC, tảng MEC cấu hình cho đồ đối sánh địa IP tên miền FQDN vào DNS dựa cấc quy luật - Lọc dẫn luồng lưu lượng ứng dụng: Nền tảng MEC cho phép thực thi, cập nhật vô hiệu hóa quy luật lưu lượng ứng dụng MEC, ứng dụng quy luật mặt phẳng liệu Điều cho phép định tuyến lưu lượng IP khai thác ứng dụng MEC mạng truy cập cục theo quy luật lưu lượng cấu hình - Duy trì kết nối UE ứng dụng MEC: Sau UE thay đổi vị trí mạng di động có số ứng dụng MEC chờ để tiếp tục phục vụ UE Vì vậy, kết nối ứng dụng thiết bị ứng dụng MEC cần trì để đảm bảo tính liên tục dịch vụ, đảm bảo khả đáp ứng kịp thời ứng dụng MEC - Di chuyển ứng dụng hệ thống MEC: Việc di chuyển ứng dụng từ máy chủ nguồn đến máy chủ đích thực điều phối MEC kích hoạt tính di chuyển ứng dụng Trong trường hợp đó, ứng dụng chạy máy chủ nguồn, lúc chép tới máy chủ đích Khi tiến trình hồn thành, sau chạy máy chủ đích tiếp nhận lưu lượng từ UE - Di chuyển ứng dụng hệ thống MEC môi trường đám mây bên ngồi: Một tính khác tảng MEC cho phép di chuyển ứng dụng khỏi hệ thống MEC đến mơi trường đám mây ngồi, từ đám mây vào hệ thống MEC theo yêu cầu UE [3] PHẦN CỨNG VÀ NỀN TẢNG PHẦN MỀM CHO TRIỂN KHAI MEC Để đảm bảo tối ưu lưu lượng mạng tránh tắc nghẽn mạng giảm độ trễ xử lý liệu cần lựa chọn phần cứng phần mềm phù hợp với Usecase để triển khai MEC Nghiên cứu tảng MEC máy chủ MEC phần cứng quan trọng hệ thống MEC Ngoài ra, tảng phần mềm 135 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 quan trọng MEC phần mềm quản lý mức hệ thống phần mềm quản lý mức máy chủ Đối với hệ thống MEC, không bắt buộc phải sử dụng phần cứng phần mềm hãng mà sử dụng phần cứng hãng tảng phần mềm đơn vị khác tảng MEC cần tuân thủ theo chuẩn kiến trúc tảng mà đưa phần trước Bài báo không vào cụ thể ứng dụng mà đưa số phần cứng tảng phần cho triển khai hệ thống MEC Có nhiều lựa chọn máy chủ MEC thiết bị Gigabyte, Intel, IBM, ADLINK, Cisco, NVIDIA Như đề cập tốc độ yêu cầu quan trọng MEC cần có máy chủ với xử lý hiệu suất cao Tuy nhiên, lựa chọn cấu hình máy chủ tùy thuộc vào toán ứng dụng cụ thể, yêu cầu cần xử lý khối lượng liệu lớn cần hệ thống nhiều máy chủ mạnh ngược lại Ngoài ra, tảng phần mềm MEC cho phép triển khai theo kiến trúc Micro-services nên chia khối phần mềm thành service nhỏ kết hợp hiệu nhiều máy chủ với Đối với tảng phần mềm MEC, tập trung vào tảng mã nguồn mở LF Akraino, StarlingX, EdgeX Foundry, EdgeGallery, RedHat Red Hat sử dụng Containers Kubernetes để dễ dàng thực cấu hình, triển khai, quản lý giám sát ứng dụng quy mô lớn StarlingX tảng mã nguồn mở MEC khác tích hợp mơ đun OpenStack, Kubernetes, Ceph, OVS-DPDK nhằm đáp ứng yêu cầu cao bảo mật tính khả dụng Còn tảng phần mềm EdgeX Foundry lại cung cấp chế chuyển đổi chiều thiết bị biên ứng dụng đám mây/máy chủ Do đó, tảng EdgeX Foundry hình thành nên lớp dịch vụ tương ứng dịch vụ cho thiết bị, dịch vụ lõi, dịch vụ hỗ trợ, dịch vụ ứng dụng, dịch vụ quản lý dịch vụ bảo mật LF Akraino đưa tảng với tập hữu hạn cấu hình để giảm độ phức tạp, có khả hỗ trợ nhiều kiểu kiến trúc Máy ảo (VM), Container, Micro-services Nền tảng phần mềm MEC LF Akraino thiết kế đáp ứng cao bảo mật, tăng tính tự động việc quản lý vòng đời hoạt động hệ thống giảm chi phí hoạt động Một tảng phần mềm MEC khác EdgeGallery cung cấp tính tuân theo kiến trúc tảng mà ETSI MEC API đưa Nền tảng EdgeGallery hỗ trợ cài cài đặt triển khai IaaS/PaaS/ứng dụng tạo tự động tảng ứng dụng Nền tảng phần mềm MEC EdgeGallery cung cấp hiệu cao cho quản lý xử lý ứng dụng AI hay liên quan đến liệu video/hình ảnh nhận dạng cử chỉ, nhận dạng khuôn mặt, xử lý video KẾT LUẬN Trong báo này, nghiên cứu kiến trúc tham chiếu MEC trình bày yêu cầu cần thiết MEC để phục vụ cho việc triển khai MEC nghiên cứu, ứng dụng tương lai Ngoài ra, phần nghiên cứu đánh giá phần cứng tảng phần mềm MEC cấp thơng tin hữu ích cho việc lựa chọn thành phần MEC thích hợp loại hình dịch vụ, ứng dụng nhằm đảm bảo tối đa hóa hiệu chi phí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Ahmed and E A (2016), "A survey on mobile edge computing," in 2016 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO), Coimbatore, India [2] "ETSI GS MEC 003 (2020): “Mobile Edge Computing (MEC); Framework and Reference Architecture.”" [3] ETSI GS MEC 002 (2018): "Multi-access Edge Computing (MEC); Phase 2: Use Cases and Requirements" 136 ... tảng phần mềm MEC khác EdgeGallery cung cấp tính tuân theo kiến trúc tảng mà ETSI MEC API đưa Nền tảng EdgeGallery hỗ trợ cài cài đặt triển khai IaaS/PaaS/ứng dụng tạo tự động tảng ứng dụng Nền. .. CỨNG VÀ NỀN TẢNG PHẦN MỀM CHO TRIỂN KHAI MEC Để đảm bảo tối ưu lưu lượng mạng tránh tắc nghẽn mạng giảm độ trễ xử lý liệu cần lựa chọn phần cứng phần mềm phù hợp với Usecase để triển khai MEC Nghiên... Đối với tảng phần mềm MEC, tập trung vào tảng mã nguồn mở LF Akraino, StarlingX, EdgeX Foundry, EdgeGallery, RedHat Red Hat sử dụng Containers Kubernetes để dễ dàng thực cấu hình, triển khai, quản