Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu và phát triển hệ thống Scada dựa trên điện toán đám mây

Bang 1-1 Các phn mim SCADA thông ding Vijeo Citect Schneider Electric Phap WinCC Siemens DucInTouch WonderWare Hoa KiGeniDAQ Advantech Dai Loan RSView Rockwell Automation Hoa KiLabView N

ĐẠIH CQU CGIA TP.H- CHÍ MINH

TRƯƠNG ĐẠI HOC BACH KHOA

KHOA ĐIỆN — ĐIỆN TỪ

PHAM HOANG HAI QUAN 7140065NGUY_N VAN PHU 7140062NGHIÊN COU VA PHAT TRI IN HU THUNG

SCADA DLJIA TREN DILIN TOÁN DAM MAYCHUYEN NGANH: K.' THULIT DILU KHILN VA TL DUNG HÓA

MA NGANH: 60 52 02 16

TP HO CHI MINH, thang 06 nam 2016

TRƯI ING ĐẠI HI !IC BACH KHOA —ÐĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến Sĩ Trương Đình Châu

2 Tiến Sĩ Trần Ngọc Huy3 Tiến Sĩ Hoàng Minh Trí4 Tiến Sĩ Võ Công Phương5 Tiến Sĩ Ngô Mạnh DũngXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CH 'TCHH:.IĐNG TRUUNG KHOA

DIN - DILIN TU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CUNG HÒA XÃ HUI CHU NGHĨA VỊ: T

TRUONG ĐẠI HUC BACH KHOA NAM D‘¢c¢ I{p - Ti do - Hạnh phúc

NHI: M VU LUIIN VAN THAC SĨ

Họ tên học viên: PHAM HOANG HAI QUẦN MSHV: 714006

Ngày, tháng, năm sinh: 17/04/1991 Nơi sinh: Binh ThulinChuyên ngành: K[|thu(t đi u khi n và tí 'đ: ng hóa MS: 60 52 02 16

Họ tên học viên: NGUY IN VAN PHU MSHV: 7140062

Ngay, thang, nam sinh: 14/09/1991 Nơi sinh: Binh ThulinChuyên ngành: K: thui t dilu khi: n và tí: đ: ng hóa MS: 60 52 02 16

I TEN DU TÀINGHIEN CUU VA PHAT TRIEN HE THONG SCADA DUA TREN DIENTOAN DAM MAY

Il NHIOM VU VA NOI DUNG:- Nghién cứu điện toán đám mây va kiến trúc chương trình SCADA- _ Thiết kế kiến trúc và phát triển các thành phan trong chương trình SCADA dựa

trên điện toán đám mây, triên khai lên cloud Amazon Web Service

- _ Xây dựng hệ thông giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa bằng

cloud-based SCADA

Ill NGÀY GIAO NHI: M VU: 11/01/2016IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI: M VL: 17/06/2016V CAN B.! HUONG DON: Tiến Sĩ Trương Dinh Châu

Tp Hô Chí Minh, ngày thang năm 2016CAN BU) HƯ NGD_N CHO NHI_MB-' MÔN QL CHUYEN NGANH

KHOA DILN DION TU TRUONG ĐẠI HUC BACH KHOA

Tôi xin gửi đến thay TS Truong Dinh Châu lời biết ơn sâu sắc vi đã dành thờigian quý báu để hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cũng như cho tôi những lời khuyênbồ ích để hoàn thành luận văn này.

Trong suốt thời gian học tập tại trường đại hoc Bách Khoa - ĐHQG Tp HCM,tôi đã được các Thay Cô khoa Điện — Điện tử, và đặc biệt là các Thầy Cô bộ mônĐiều khiến tự động giảng day tận tinh, cho tôi nhiều kiến thức mới bồ ích Xin gửi đếncác Thây, Cô va các bạn lời cảm ơn chân thành nhất

Cuối cùng tôi xin cám ơn Cha Mẹ, các anh chị em trong gia đình đã động viênvà tạo điều kiện giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và

nghiên cứu vừa qua.

Tp Hô Chi Minh, ngày 17 thang 6 năm 2016

Nguyễn Văn Phú Phạm Hoàng Hải Quân

TÓM TOT LUON VAN

Điện toán đám mây (cloud computing) phát triển ngày càng mạnh mẽ, phô biếnvà rộng rãi Nhu cau giám sát, quan lý các thông tin quan trọng thông qua internet của

con người ngày càng cao Đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp, khi mà các cơ sở sản

xuất nằm ở các vị trí địa lý rất xa nhau, người quản lý vận hành mong muốn có thểgiám sát, điều khiển hệ thống từ xa thông qua internet bằng các thiết bị hiện đại như

tablet, smart phone.

Các thế hệ SCADA trước đây rất công kênh về phan cứng lẫn phần mềm, gâynhiều khó khăn trong việc bảo trì, nâng cấp, mở rộng hệ thống, khả năng kết nối, truycập từ xa để giám sát và điều khiến hệ thống cũng rất giới hạn Việc tích hợp hệ thôngSCADA lên cloud sẽ giải quyết các vẫn đề trên

Luận văn tập trung nghiên cứu vào các kỹ thuật trong cloud computing, các đặc

tính kỹ thuật của hệ thống SCADA, các phương pháp, mô hình dé tích hợp SCADAlên cloud và đưa ra một kiến trúc tong quan cho cloud-based SCADA

Luận văn sử dụng nên tảng điện toán đám mây Amazon Web Service (do

Amazon cung cấp), XCode trên nền tang iOS và NodeJS (JavaScript runtime) dé thựchiện hệ thống cloud-based SCADA giám sát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa trênđịa bàn Thanh phố Hồ Chí Minh

Tôi xin cam kết các nội dung lý thuyết trình bay trong luận van này là do tôitham khảo các tài liệu và biên soạn lại, tất cả các kết quả đều do chính bản thân tôi tựlàm ra, hoàn toàn không phải sao chép của từ bất kỳ một tải liệu hoặc công trình

nghiên cứu nào khác.

Nếu tôi không thực hiện đúng các cam kết nêu trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách

nhiệm trước kỷ luật của nhà trường cũng như pháp luật Nhà nước.

Nguyễn Văn Phú Phạm Hoàng Hải Quân

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

1.5 Nhiệm vụ TS S111 1v vn TH TT TT ki nh Hà TT nà nến 19

1.6 Sản phẩm của luận văn - ¿+ s33 EEEEEESEEE51E1E111111115111E1E1E11111 1E tre 20CHƯƠNG 2 LÝ THUYET VE ĐIỆN TOÁN DAM MAY VA HE THONG SCADA DUA

TREN DIEN TOAN DAM MAYY G1 2111211112011 1011112 111101111111 11H K KH HH ykt 21

2.1 Lý thuyết về điện toán đám MAY oo cecccccccccsesececesesececsescsesececscevsvseeesececevevevevsnseseseeeveceee 212.1.1 Ao hóa ( VirtualiZAfiOT)) -ccccn TT E111 115 1 1111111155 111111111 EEEETtrrrreo 21

2.1.2 Điện toán đám MAY - - - ¿0E 22201121 121111122511 11151111118 1111120111119 11 nh khu 262.1.3 Amazon Web Services (AWS) c0 00211 HH nn HH HT TH TT ng KH ng rệt 31

2.1.3.1 Giới thiệu về Amazon Web Services ccccccccccccssescsssccessccsesececsccassececsevasseceeee 31

2.1.3.2 Lưu trữ với Amazon SỐ c 1 20011122 1111 011111101111 ng 111v 332.1.3.3 Elastic computing with Amazon EC2 - - -c+ +33 33221 sxeeseereesee 34

2.1.3.4 Kha năng truyền thông điệp tin cậy của Amazon Simple Queue Service 34

2.1.3.5 Xử lý tập hop dữ liệu với Amazon SimpleDB 2 - 55s s5 +<<<<<ss2 35

2.1.3.6 Khả năng mở rộng của kiến fTÚC + ESt2ESE+EEEEEEEEEEEEEESEEEEErrrrrkrrsees 352.1.3.7 Giới thiệu về DynamoDB 00 eeeccccscscsesecesececsvscscssecscscevsvevsussecscevevevsvenseesees 36

2.1.4 Làm việc với IDynamol3B - - - c2 2111222211111 52 111119101 1 11T vn ket 372.1.4.1 Bảng trong DynamoDB 221111111111 115553211 111 111kg 11111 xec 37VĂN VN 0À 6i vv vàn 6 e6 382.1.4.3 Secondary 1TI€X 22 21122222011 11111 1221111115201 11111100 1111 vn vết 382.1.4.4 QUOTY/SCANL ooo ae 4 39

2.2 Lý thuyết về hệ thông SCADA dựa trên điện toán đám mây - 7+ 2 cz+x+scxszre 402.2.1 Tổng quan chung về SCADA - St tt SE EEEEEEEE5E115111E111111511111EE1ETTETETEEEtrrh 40

2.2.1.1 Định nghhÏa: - 0 1 2111112211111 2511 1115011111121 111 11H 1kg kg kg kh 40

2.2.1.2 Các ứng dụng vào thực tế và so sánh lợi thế với hệ cũ: - 2+ csse sex se css2 412.2.1.3 Xu hướng phat triển của SCADA 20 ceccecccccesecscscsesesecscevsvsvstseseecevevevsteeseeeees 412.2.2 Kiến trúc hệ thống quan lý giám sát sản Xuất: ¿+ St v SE cEEEEEEEskerrrrren 422.2.3 Tổng quan các chức năng chính của SCADA:: -ccS SE SE2E2EEEEEEEEEEEESkerrrrree 432.2.4 Các mô hình kết nói trong SCADA? 5: St St 1E EEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEESkrkereree 43

"ăn LOCAL mẽ ae dILInIiiII II 442.2.4.2 Remote SCADA CÏI€nnf: 2 1 2011112221111 1211111101111 88 1111 n ng vn ke 45

2.2.4.3 DistrIbuted - c 1 2111221111101 111110111111 1n KH kg tk kg kh 46

2.2.5 Thiết kế mô hình Cloud-based SCADA :©2¿ 522222222 22222x2xr2Ererxrrrrsrrcre 46CHƯƠNG 3 THIẾT KE SCADA DỰA TREN NEN TANG ĐIỆN TOÁN DAM MÂY 493.1 Kiến trúc Cloud-based SCADA được dé xuất 2S Sn S211 5155181111555 15155 1x1 csea 493.2 Thiết kế Cloud Database - ¿- 1 T1 3 1EE11111111111111 1111 1111111011111 111g rxg 503.2.1 Thiết kế cầu trúc cơ sở dữ liệu băng DynamoDB - 2 +scxstcxeEvEvEsrrxsxereree 503.2.2 Tạo quyên truy cập tới DynamoDB thông qua Amazon Cognito va Identity &

3.2.2.1 Amazon Cognito [dennfIfy - - - - c5 2211122152211 11 1355111111155 81 111119 xec 553.2.2.2 Identity and Access Managemmert - - 2+ +33 333223 skeeserresxee 57

3.3 Thiết kế Front-End SeTVeT + SE Ex E1 EEE151E1811111111111111111111 0111111121111 1x6 593.3.1 Thiết kế cầu trúc Front-End SeTVeT :-s- s9 x2 EE11111111111111 1111111111111 x6 59

S9) 60 0 ố ẻ ẽ -+1‹+1A1AAs ằẼằ 603.3.2.1 Các chức năng của OPC-UA S€TV€T - 233322222311 111235 51111 xee 603.3.2.2 Xây dựng OPC-UA S€TV€T 2 0011221222111 1 S* 20 11v vn vết 613.3.3, OPC-UA CÏiernf - c1 2 1 2112220111221 112 1115 11110111 11111101111 v TH vn TH He 643.3.3.1 Các chức năng của OPC-UA C Ïiennf + - 2113333322 E+++eEeeserressee 643.3.3.2 Xây dựng OPC-UA CÏien[ - 2211122222211 111135531111 155 1111111122 xec 64

3.3.4 Kết nói giữa Front-End Server và các thành phan khác trong hệ thống SCADA 713.3.4.1 Kết nối giữa Front-End Server va database trên cloud -scs+ssx+xs: 7]3.3.4.2 Kết nối giữa Front-End Server và thiẾt bị - - -cn n2 SE trrrrrrrrrree 753.4 Thiét KE 0.009.000 nnn i3 803.4.1 Thiết kế cau trúc của SCADA ClienI( - ¿22-52 222222EEEE22E2EEtEErerrerrrrrrrrreee 803.4.1.1 Sơ Đỗ Kernel :- 2-52: 22222x22xt221221211231271 7112712712121 E212 re 803.4.1.2 Các Thành Phan của SCADA Clien[ 2¿©2222s2x22zeExzxrzrxerxrrrrsrxee 813.4.2 Thiết kế các chức năng hiển thi cha SCADA Clieni ¿5 St vEvEvEErxsxrrsree 82

3.4.2.1 Project Manager Form 0 cc ccc cccccccccccesssceccecessaeececesseeeeccestseeeeeseesaaeeseeeaas 823.4.2.2 Device FOTm - 11122211112 1111122 1111101 111g vn vn kg KH khu 853.4.2.3 Task — Tag FOTIM 2 12122223011 11125 2111111198 11111901 11 TH 1kg rệt 903.4.2.4 Màn Hình Runtime - - - + 222 3332222211131 133531 1111355311111 1 11 ng 1003.4.2.5 Alarm FOr ccccccccccccccscccccssscccssseececssesesesseeccssseeceeeeeecesseecessseeeeeseeeeesaaees 1313.4.2.6 Trend FOrim - 1112221111101 11112 1111201111111 11T 1kg KH khe 1343.4.2.7 Data Logging FOL — 1453.4.2.8 Report FOTm - c1 1111222111 111112111 1111118211111 kg KT k1 ng và 160

3.4.3 Thiết lập liên kết dữ liệu với SCADA SerV€T 2S: c2 Sv tren 1693.4.3.1 Các thư viện cân khai báo ¿- +: 2: 222 22x23 2212212122122 212 cek 1693.4.3.2 Các đối tượng cân thiết lập - c1 n3 SE E111 111E 1E 21111111 EErrrerke 169

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

3.4.3.3 Doc dữ liệu đơn lẻ (Retrieve) - c1 2 2222311112221 111 n2 xxx ng ưky 1703.4.3.4 Đọc toàn bộ dữ liệu (Scan) - 2112222 2231111 1215111111128 111g ky 171

3.4.3.5 Đọc dữ liệu theo điều kiện (QUETY) oo ceccccccccsececesesesecscsesesesecevecsvetsesteeseseeees 172

3.4.3.6 Ghi mới 1 item (giá tri theo hàng ngang) lên DynamolIDB 1733.4.3.7 Cập nhật giá tri đơn lẻ của 1 1fem + - 221133323311 kreeeseeea 173

CHƯƠNG 4 XÂY DUNG HE THONG CLOUD-BASED SCADA GIÁM SÁT VA QUAN

LÝ ĐIỆN NĂNG TIỂU THU TỪ XA c1 S2 1 E22 EE121EE12117111111111E1111E1 1111 1e 175

4.1 Lý do áp dụng: - - 011112 1111221111121 1 1n 11k v TH TH KT KH KH khe 175

4.3 Tổng quan hệ thong o.oo cecceccccsccscscsesesesececevscsvssecececevevevsesesesecavevevavsvensesacavavevsvesveeees 1764.4 Câu hình OPC-UA Server 5 c1 11T 1 1E1111111111111111 1111010111111 Ẹ11111 0 1kg 1774.5 Câu hình OPC-UA CÏien 5-5 s1 3E x11 1E 12151E111121111111111E11111101 1111101 1kg 178

4.6 Giao diện ứng dụng trên Ípad - - + 2111222111122 11 9211111588111 55111 181

CHƯƠNG 5 TONG KET, DANH GIA DE TÀII - 5: St SE 1111121121112 1865.1 Kết quả dat QUOC cecccccccccecsescsscscscsececsesvescevsesssecsvsnsisecsvssesecsvsseveveesevevsvsnsevenseseeens 1865.2 Những hạn chế của dé tai occ ceccccccccccscsescsesesesecevsesvesecececevevsvsusecececevevsvevstseseesevevsvaee 1875.3 Hướng phát triển dé tai cecccccccecccecsescsesecececsvsesveesecececevsvsvevsesececevevsvevsnssececevevsvaee 187TÀI LIEU THAM KHAO 0oioecccceccccccccsscsssscsscsesecevsusevsvescsvsasevsusetsusevsusersvsassvsusevsesecssevevsesevaes 188PHAN LY LICH TRÍCH NGANG 5: S1 1 E1 3EE21211121112117111111111 01111 1111 1xe 1899)0/.061:3)/5627.1905Ẻ0.90 1 ằ ‹-.: 189

DANH MLC HINH ANH

Hình 2-1 Hệ thơng máy chủ khi chưa cĩ ảo hĩa - c2 2222112121111 esxke 22

Hình 2-2 Hệ thống máy chủ khi sử dụng ảo hĩa ¿6 S1 1 3E E11 E1EE1111 1112111 x6 23Hình 2-3 Giải pháp cho hệ thống dự phịng bằng cơng nghệ ảo hĩa 7+ 2 c+c xe 25

Hình 2-4 Các mơ hình dịch vụ - - - L - G1111 S211 SH TT TT gà 27

Hình 2-5 Mơ hình các thành phan hệ thống trong cloud - + s+s+x+x+x+EvEeEvzErtzerxsrer 28

Hình 2-6 Mơ hình và các dịch vụ của Cloud Computing 555552225 ss>+<>sesss2 30

Hình 2-7 Kiến trúc hệ thống -:- s33 EEEEEESEE15EE11E1111111151111E111111E 1111111 EEprrh 42

Hình 2-8 Mơ hình Local - - ¿2c 1 22 12221113251 113511111111 11111 111115111111 111911 1H khe 44Hình 2-9 : Mơ hình Remote SCADA CÏieni[ c2 1121111211 111111 111211111111 1811 111811 re 45Hình 2-10 Mơ hình Distribuf€d - - c 1122211122111 11111 115111151111 111 1111 11112111 111g kh 46

Hình 2-11 Mơ hình triển khai cho Cloud-based SCA DA 5-52 s2 E‡ESEE+E£EEEEEzEeEerxei 47Hình 3-1 Câu trúc cơ sở dữ liệu được thiết lập trên DynamolDB - -ss-<<<<«2 50

Hình 3-2 Giao diện DynamoDB khi mới truy cập 522522222232 seeeereesee 52

Hình 3-3 Giao diện thiết kế một Table - St TS 1153181555355 13 15153555155 E5E5515 E2 E551 EeE sen 52

Hình 3-4 Thong tin cua Table sau khi 0.00.0 ccccccecceeseececesseeecssseceesseeeeeesseeecesseeeenaas 53Hình 3-5 Giao diện tao Index - - - c1 111111011 k v2 ng kg Hà này 54Hình 3-6 Meter Runtime Table - ccccccccccssececsseecesseeeecesseeecssseseeseeeeeesseeeesssesesaes 55Hình 3-7 Meter Database Table - cccccccccessccccssseeceeseeeecesseeccsssececseeeeeesseeeessseeeeaes 55Hình 3-8 Giao diện của Cognito COđnSỌ€ - - 2 E1 2011112232211 1111355311111 5 111 kg vết 56Hình 3-9 Giao diện tạo Cognito IÌD - - 2c 5 2211112225211 111155511111 5 58111111119 111v ket 56

Hình 3-10 Nơi nhận sample code thơng tin của ID dé đưa vào project -csccscscc 56Hình 3-11 Sample Code đối với project được viết băng Objective-C -ccccccccecxerec 57

Hình 3-12 Giao diện của IAM COnSỌ€ - c 2c SS ST SĐT KH nàn nu 58

Hình 3-13 Điều chỉnh “Unauth” Role c.ccccccccccecssssseessessessessecsseesesssecsuseseeseessecseesneesssneesees 58Hình 3-14 Giao điện phân quyền cho ROle 5-5 SE SE S321 SE EEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEErkersree 58Hình 3-15 Cau trúc của Front-End S€TV€T - - - s1 2 19E132187121211112121211111EEE re 59

Hình 3-16 : Các chức năng của OPC-UA Server theo kích thước 55+ +++<<s+2 6lHình 3-17 : Giao diện KEPSe€rVerEX - c1 Sn ST TS TK nàn nu 61Hình 3-18 : Giao diện OPC UA ConfigurafIion - - 5 2211331223311 1 E22 EEkessrrerrsee 62Hình 3-19 : Giao diện thêm một OPC-UA Server mới - - c1 11111111 3 3 ch kkkkki 63Hình 3-20 : Các chức năng của OPC-UA C Ïienf - + 5< 2211331222211 EEEeesrrreesee 64

Hình 3-21 : So đồ giải thuật xây dựng OPC-UA Clien( -c- SE S32E2E£EEEEEEEEEErksrrrrree 65

Hình 3-22 : Giải thuật giám sat đữ liệu - - 211122 222231 111135531 1111115511111 1 2 xe 68

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Hình 3-23 : Giải thuật ngừng giám sat dữ liệu - - - c2 2222112121111 511155111 xke 69

Hình 3-24 : Quy trình kết nối giữa OPC-UA Client và Amazon DynamoDB 71Hình 3-25 Vùng hiển thị danh sách channel, device và 0 78Hình 3-26 Sơ đồ Kiernel -:- 2:22: 22+t221122112211221122112111211221111122112112.12 1e 80

Hình 3-27 Project manager FOrm - - ¿+ c1 1122211132231 1119911115581 1 11151111118 11111 vn ket 82

Hình 3-28 Giải thuật thiết kế lưu (save) và tải Project 0 cccccccceccsscsescsesesesecevsesesestseseseveveee 83

Hình 3-29 Giao diện Login vào Coud - c1 221111 122111122511 1115111111281 11188 111cc ven 83Hình 3-30 Giao diện Device Form ccceeseeeeceeseccecccccccceceecuesauauaaeseseceeeeseeseseeeeueuanaaas 85

Hình 3-31 Giao diện thiết kế device o cccccccccccccccesccssscvscsssecsecsesesassssesevacsesesssvasstacseeecsevavetsees 86Hình 3-32 Thuật toán thiết kế giao điện Device oo ccccccccccccsescsesesesscscsvscsescececevsvsveesessecevecsen 87Hình 3-33 Giải thuật thực thi khi nhắn nút add device hoặc khi edit device : 89

Hình 3-34 Giao diện Task — Tag FOrim - - - 2c E322 211 1133233531131 135531 1111155511111 ke 91

Hình 3-35 Giao diện thiết kế Task c.ccccccccccccccccscsssccecsesesececsesevscsssesavsssesevsesssevecsesesscsesetevscseees 91Hình 3-36 Giao diện thiết kế Tag nhập băng tay oo c.ccccccccesccecesescscsescsesecesecevsvsesessesecevecsee 92

Hình 3-37 Xóa task hoặc tag khỏi chương trình - - - + 2232211311233 1 E2 EEkesserrrexee 93

Hình 3-38 Giải thuật thiết kế giao diện thêm Task/Tag 2-5 St 1 E‡EEES2E+EEEEE2EzEEErke2 94Hình 3-39 Giải thuật thực thi khi nhắn nút add task (tag) hoặc khi edit task (tag) 97

Hình 3-40 Giao diện màn hình chính - - - c5 522 262221111111 11 1111111111 n3 nu 100

Hình 3-41 Cau trúc chức năng của giao diện Runtime - ¿2c +tcxvESEEEEEzEsEexrrerererssed 101Hình 3-42 Thuật toán xử ly thiết kế giao diện SCADA (tao, thiết lập thống số va xác định vitrí các đỐi TWO) oes eeeeeccccecscscsesecececececevsvevsucecececevevavsusscasecavecevavssucacavevevavevssacacecevecavavsveeses 101

Hình 3-43 : Thuật toán xử lý đọc 914 ẦT - - - -c E2 2231111133531 11111551 1111111581111 ưky 102Hình 3-44 : Ngừng chạy giao diện RunfIme + - 2 33222222111 11333 111 SE krseerrka 102Hình 3-45 Giao diện tạo một Class TỚI - -L G11 111111133131 11 110135 511111111 ST sa 104Hình 3-46 Giao diện tạo Class HỚI L Q31 ST gu TS TT gyng 105Hình 3-47 Giao diện tạo Class HỚI c3 111 ST kg ST ng g 105Hình 3-48 Giao diện tạo Class HỚI c3 111 ST TK gu SE nu vn 106Hình 3-49 Giao diện tạo Class HỚI L Q91 111 Y ST TK gu ST TT vn 108

Hình 3-50 Giao diện thiết kế Pop-Up o cccccccccccscscsscscsesecececevscevsesesececevecevsvsvesecececevevavavsveeees 108

Hình 3-51 Giao diện chon Ïmagỹe - - - 2c 2 2211122222531 11135581 1111155111111 982 1 vn 111Hình 3-52 Segment chon Fucntion cho Image 00cccccccccccececeeeeesseeeeeceesssaeeeeeesseeeeeeens 112Hình 3-53 Giao diện thư viện [mage - - c 332222111 1113358 1111135511111 1 55821111 ng ưky 112

Hình 3-54 Giao diện hiến thị hình ảnh đã chọn -22-55:225+‡2x+2£xt22xterxxerkrsrkrerrred 112

Hình 3-55 Các bước làm việc với BuffOI - - ck c2 111 1v 111K ST sra 114

Hình 3-56 Giải thuật cho EXpreSSIOH 211222222311 11133531 1111155111 1111158 111kg ky 116Hình 3-57 Giao diện Pop Up TextEF1eÏd - ccccccecccccnsseeeeeeesseeeeeceessaaeeeeesessseeeeeens 121Hình 3-58 Giao diện chỉnh sửa TextEF1eÌd - - - S229 111 E SE kg nàn nhu 123

Hình 3-59 Giao diện thiết kế Slider :- ¿25c 2222221122112211221122112212212 re 124Hình 3-60 Giao diện thiết kế Slider : :55:22222211221122112211221122112212.2 re 125

Hình 3-61 Giao diện tao C ÏaSS - - L c c G0111 SE TT gu TT TT vn 127Hình 3-62 Một giao diện View Edit ObJect - - 2211121222311 1111 15811111119 1 vn ưky 127Hinh 3-63 Giao dién 08i94(- 045.01 ae a / 129

Hình 3-64 Giao diện thiết kế ProgressView c.ccccccccsecececssesscecsesescecevecevsvsveusecececevevsvaveeeees 130

Hình 3-65 Giao diện chính của ALUARÌM ccecceccccccccccceceecuecueaaaaeaeeeeeeeeeececeseeeeeauaaas 132

Hình 3-66 Giao diện thiết kế alarm fag + St tt Sv 31151 E11111111151 1771x111 Errrrei 133

Hình 3-67 Giao diện khi xĩa alarm faØ - c1 332222111 11133531 1111155111111 55811 ky 133

Hình 3-68 Thuật tốn thiết kẾ Alarm -¿- 5:222222122112211221122 122122122 re 134

Hình 3-69 Giao diện Trend - c1 1111118011011 3 11191111111 kg Hàn nu 135Hình 3-70 Giao diện co bản của Trend FOrm - - - S191 vn ngu 135

Hình 3-71 So đồ giải thuật thiết kế Trend View ccceccccccccescseseesescsesestsesesevsvesessvseeeseeees 136

Hình 3-72 Giải thuật cập nhật dữ liệu trục thời g1an và vẽ 2 - c5 5S 522222 136

Hình 3-73 Giải thuật xử lý -Hàm cập nhật thơng $6 trục X - ¿+ sczsecx+xzxsErrererered 137

Hình 3-74 Giải thuật xử lý, tính tốn giá trị đơn vi của các vạch trục x — Contract Mode 137Hình 3-75 Giao diện Single 'Trend - - 2c 5 2211122232531 11 3553111111551 1111198 vn 144Hình 3-76 Giao diện Multi Trend - - c c1 2311111110151 1 1111 1k SE TT vn 145Hình 3-77 Giao điện Historical Trend - - cccececcccccccceceececceceuauecececececuaeceecesauanaesevess 145

Hình 3-78 Giao diện hién thi dit liệu của DataLogging cc ceccceccsescssesesesesesesecsvevsvevseeeees 146Hình 3-79 Sơ đồ giải thuật thiết kế DataLog@ing oo eececccceccscsesesecesesscsesesesesecececevevsvevsneeees 147

Hình 3-80 Giao diện mở ứng dụng SQLite cece 211222232311 1112351 1111115882111 ng ưxy 149Hình 3-81 Giao diện tạo Table SQLIf€ - - - -c 1E 1111222112331 11 1111111555551 11 111kg 150Hình 3-82 Giao diện tao Table cho SQLite - E2 2221111 11111131 1555221 111111 151Hình 3-83 Giao diện Update thơng tin SQLIf€ eeccccceceeceesseeeeeeeeesaeeceeessseeeeeeens 152Hình 3-84 Giao diện chính của File SQLite được ta0 c c2 222222211 Ecrreesssa 153Hình 3-85 Giao diện Add file SQLite vào ProJecf 2211111222211 1 1112811 sexy 153Hình 3-86 Giao diện Add thư viện SQLite3 vào chương trình - 55 5 225<<<sss<<+s<s2 154Hình 3-87 Giao diện DataLogging .- - 111222222111 11 2253111111551 1111 vn 156Hình 3-88 Giao diện Ul Table V1Iew L1 vn HT TT TT TT nh Hàn ng 158Hình 3-89 Màn hình giao diện của RepOrf - - - 5 211211232311 1112351 1111115882111 ng ưxy 160

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Hình 3-90 Giải thuật thiết kế Report FOr c.c.ccccccccccsecccecesecscscsesesececevecevsvsvssecececevevsvsveeeees 161Hình 3-91 Kết quả viết chữ lên file PDE S2 s1 SE 1 18EEE111E1E111111111112111 1 xe 163Hình 3-92 Kết quả vẽ đường thang lên file PDE 2 + k ESEk 3 EEEEEE E111 211 1x11 xe 164Hình 3-93 Kết quả vẽ Table lên file PDF - 52 2 k+E SE 1EEEE111E1E111111E111111111 1x11 xe 166

Hình 3-94 File PDF chưa có Background - - - + + 2 211333232311 1113331 1111 2811k sexy 168Hình 3-95 File PDF có Background - - + - 113222222311 1113353 1111115511111 1158 111kg ky 168

Hình 4-1 : Ứng dụng hệ thống cloud-based SCADA trong giám sát và quan lý điện năng tiêu

Hình 4-2 : Giao diện OPC-UA Server của hệ thống -. ¿+ tt cv SE EEEEEEEEEEE2ESEEErEerrrereed 178Hình 4-3 : Giao diện OPC-UA Client của hệ thống ¿22s tt EEESEEEEEE2ESEEErrerrrersred 178Hình 4-4 : Giao diện hệ thong giám sát đồng hồ tiêu thụ năng lượng trên chương trình 181Hình 4-5 : Giao diện hỗ trợ cập nhật toàn bộ Tag và Device trên Cloud hiển thị cho người

dùng chọn đưa vào chương trinh - - - + + - 22 1111222211131 13553 1111155581111 115821111 ren 182Hình 4-6 Giao diện Add Task/Tag được đưa vào chương trình - << ss+<<<<<s2 182Hình 4-7 : Danh sách các Device được thêm vào tự động từ Cloud .- 183Hình 4-8 Giao diện Historical 'Ïrenid - - c c5 222222111111 11 1111111 khen kky 183Hình 4-9 Giao diện ALAIRRM ẶÚ Q1 1111101 cv vn ng TT ki nh Hàng 184Hình 4-10 Giao diện DataLogging -.- - 111222222111 11 2553111111551 111g vn 184

Hình 4-11 Giao diện Report hệ thống - ¿2 +1 SE SE E*EEEEEEE18EE111E1E111111111111111 1111 Le 185

DANH M(UC BANGBang 1-1 Các phan mềm SCADA thông dụng + St ct SE EEEEEEEEEE2ESEEEEEEEEEEEESkrkrreree 15Bang 3-1 Danh sách các driver mà KEPServerEx hỗ tro +: se ExEv‡E*£EEEerrkrksksed 75

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

CHUONG 1 TUNG QUAN VU HO THONG SCADA DUA TREN DIUN TOÁN

DAM MAY

1.1 Dit van do

Hệ thống SCADA nói chung va phần mềm SCADA nói riêng là thứ không théthiếu trong quá trình phát triển nền công nghiệp hiện đại, nhất là với tốc độ hiện đại hóa

ngày càng nhanh chóng như hiện này.

Do hệ thông SCADA đã xuất hiện từ khá lâu nên hiện nay trên thế giới có rấtphân mềm SCADA của các công ty nỗi tiếng, chúng được sử dụng rộng rãi và tính 6n

định cao.

Bang 1-1 Các phn mim SCADA thông ding

Vijeo Citect Schneider Electric Phap

WinCC Siemens DucInTouch WonderWare Hoa KiGeniDAQ Advantech Dai Loan

RSView Rockwell Automation Hoa KiLabView National Instruments Hoa Ki

Cac phan mềm SCADA nói trên đều có hiệu năng cao va đáng tin cậy nhưngchúng mac phải một số nhược điểm sau:

— Giá thành quá cao đối với các ứng dụng vừa và nhỏ ở Việt Nam.— Cấu trúc quá phức tạp cũng như mã nguồn đóng, có cơ chế mã hoá va an quá

trình thực thi bên trong chỉ hién thị về mặt thiết kế cho người dùng Do đó khó sửdung dé bắt đầu nghiên cứu chuyên sâu về hệ thong SCADA

— Chỉ hỗ trợ phần mềm trên nền tảng Window, không hỗ trợ trên các nền tảng khác

như iOS, Android

— Một số phần mềm hỗ trợ các nền tang khác như iOS, Android thi lai thu phí hoàntoàn, mã nguồn dong, gây khó khăn cho việc nghiên cứu, tiếp cận

Mặt khác các hệ thống công nghiệp phát triển ngày càng phức tạp và biến đổihàng ngày nham đáp ứng nhu cầu người dùng Các thế hệ SCADA va phần mềmSCADA hiện tại gặp nhiều khó khăn trong việc bảo trì nâng cấp và mở rộng hệ thống.Nó đòi hỏi phải chỉnh sửa cả phần cứng lẫn phần mềm, cài đặt phức tap và chi phí

cao.

Với sự phát triển như vũ bão của công nghệ, các thiết bi di động như laptop,tablet, smart phone đóng một vài trò quan trọng trong đời sống hàng ngày Con ngườicó thể truy cập quan sát các thông tin quan trọng thông qua internet với các thiết bịnày Thế hệ SCADA hiện tại (hệ thống phân tán) cho phép giám sát và điều khiển các

trạm khác nhau, không phụ thuộc ví tri địa lý Tuy nhiên, nó chưa đưa ra các dịch vụ

chuẩn chung để các thiết bị di động có thể truy cập vào hệ thống Mỗi hãng có mộttiêu chuẩn cho riêng minh, gây khó khăn trong việc tích hợp hệ thống của nhiều hãng

lại với nhau.

Điện toán đám mây ra đời nhằm giải quyết các van dé về phần cứng, phanmềm va đa nền tảng khi có nhu cầu về bảo trì, nâng cấp với chi phí thấp, cai đặt

nhanh chóng và dễ dàng mở rộng Việc tích hợp SCADA lên điện toán đám mây là

điều cần thiết và quan trọng Cloud-based SCADA là bước phát triển tiếp theo củacác thế hệ SCADA

1.2 Tính cấp thit

Qua các phân tích và đánh giá trên, việc xây dựng một hệ thống Cloud-basedSCADA theo cấu trúc mở với giao điện thân thiện, có tính cấu trúc và tổng quát caolà cần thiết để phục vụ quá trình nghiên cứu hệ thống Cloud-based SCADA cũng nhưáp dụng cho các ứng dụng SCADA từ xa ở Việt Nam Bên cạnh đó, hệ thông Cloud-based SCADA nay cũng là một trong những bước đi đầu tiên xây dựng cấu trúc SCADAtrên nền tảng điện toán đám mây để từ đó việc nghiên cứu và phát triển hệ thống Cloud-based SCADA được dễ dàng hơn, thuận tiện hơn sau này Và với hệ thống Cloud-basedSCADA nay, chúng ta sẽ tiến đến một bước xa hơn trong việc quản lý các hệ thống từ xa,không phụ thuộc vị trí địa lý, không phụ thuộc quá nhiều vào phần cứng thiết bị nhờ vàođiện toán đám mây Từ đó chi phí về việc bảo trì, nâng cấp va cài đặt hệ thống mới sẽgiảm thiểu đi rất nhiều

1.3 Phan tích đánh gia k(t quả các nghiên c_u, đi tài liên quan

Cloud computing là thuật ngữ được ra đời từ giữa năm 2007, nó bắt nguồn từứng dụng điện toán lưới (grid computing) trong thập niên 1980, tiếp theo là điện toántheo nhu cau (utility computing) và phần mềm dịch vu [1] Điện toán đám mây đượcnhiều nhà phát triển và cung cấp lớn, trong đó có Amazon, Google, Microsoft

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Cloud computing dựa trên ý tưởng các khối lượng công việc của người dùng séđược chuyển đến các tai nguyên điện toán xử lý (người dùng hoàn toàn không biếtthông tin gì về các tài nguyên này như vị trí địa lý, thiết bị vật ly, v.v ) và chuyển kết

quả lại cho người dùng Cloud computing có các đặc trưng sau: [2|

= Ba mô hình dịch vụ: Co sở hạ tầng như một dich vụ (IaaS - Infacstructureas a Service), nén tảng như một dịch vu (PaaS - Platfrom as a Service),phan mềm như một dịch vụ (SaaS - Software as a Service);

= Bốn mô hình triển khai: Private Cloud, Public Cloud, Community Cloud

va Hybrid Cloud" Năm dặc tính kỹ thuật: kha nang co giãn (rapid elasticity), dịch vụ theo

nhu cầu (on-demand self-service), truy xuất diện rộng (broad network

access), dịch vụ được đo lường (measured service), dùng chung tài nguyên

và điều tiết dịch vụ (resource pooling).SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là một hệ thống điềukhiển giám sát và thu thập dữ liệu, nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sat vađiều khiển từ xa hệ thống tự động hóa SCADA đã trải qua ba thế hệ (monolithic,distributed, networked) và đang phát triển ở thế hệ thứ tư (Internet of things) dựa trênnền tảng điện toán đám mây [3]

Hệ thống SCADA gồm các hệ thống con [4] được chia thành nhiều lớp như lớpthiết bị trường (bao gồm cảm biến, thiết bị chấp hành), lớp thiết bị điều khiến (g6mcác bộ điều khiến), lớp giám sát điều khiển (phần mềm thu thập dữ liệu, phần mềm

điêu khiên quá trình) Lớp giám sát điêu khiên cân phải có các tính năng cơ bản sau:

= Hỗ trợ kết nối, giao tiếp với nhiều loại bộ điều khiến khác nhau."Hỗ trợ các tiêu chuẩn, giao thức kết nối pho bién nhu Modbus, Profibus,

CAN, v.v = Thu thập dữ liệu.

= Lưu trữ cơ sở dữ liệu các cai đặt người dùng va các trạng thái của hệ thong

khi chạy runtime.= Các cảnh báo

= Cac biéu dé, trang thai cua hé thong

= Các báo cáo về tình trạng hoạt động, lịch sử hoạt động.= Giao diện người dùng cho phép cài đặt và hiển thi các trang thái hoạt động

của hệ thông khi chạy runtime.Các vấn đề cần quan tâm khi triển khai SCADA lên điện toán đám mây đó làtính bảo mật, hiệu suất hoạt động, độ tin cậy dữ liệu [5][6][7] Có rất nhiều giải phápđã được đưa ra nhằm giải quyết ba van đề trên Tuy nhiên, các nguyên nhân dẫn đếncác van dé trên phần lớn nam ở cơ sở hạ tang mạng Khi kết nối mạng chậm (ngẽnmang hay băng thông thấp) sẽ dẫn đến việc xử lý dữ liệu bị trễ, dẫn đến sự mat thốngnhất trong hệ thống (giá trị của các biến dữ liệu khác nhau giữa máy chủ và máykhách), hiệu suất hoạt động giảm và dữ liệu không còn tin cậy Về phương pháp bảomật dit liệu trên cloud, [9] đưa ra một phương pháp bảo mật theo nhiều lớp khác nhau

1.4 Mi c tiêu

% Xây dựng một hệ thống Cloud-based SCADA dựa trên nên tảng Amazon WebService với 3 thành phần chính: SCADA Client, Cloud Database va Front-endServer Các thành phan nay sé đảm bảo các yêu cầu như sau :

= SCADA Client: cho phép thiết kế giao diện trực quan, giao tiếp với các hệthống từ xa qua cloud và giao tiếp trực tiếp với các thiết bị bên dưới bằng giao

thức Modbus.

= Cloud Database: thiết kế trên nền tang Amazon Web Service Cloud Databasecó cau trúc thông nhất, cho phép dé dang truy xuất dữ liệu từ ca SCADA Clientvà Front-End Server, đồng thời cho phép quản lý và lưu trữ được khối lượng

+ Ung dụng hệ thông Cloud-based SCADA vào việc giám sát và quản lý điện năngtiêu thụ từ xa trên địa bàn Thành phố Hỗ Chí Minh

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Lập trình theo hướng kế thừa, với một kiến trúc có tính hệ thong cao,dam bao cho việc nâng cấp và phát triển sau này

Hỗ trợ các chức năng : alarm, trend, data logging, report,

Gui các dữ liệu thu thập được lên Cloud Database.

Đọc các dữ liệu hoặc lệnh điều khiến trên Cloud Database mà SCADAClient gửi lên và chuyến tiếp các dữ liệu hoặc lệnh điều khiển nàyxuống thiết bị

Báo lỗi các thiết bị bị hư hoặc mat kết nối

+ Ung dung demo hệ thông Cloud-based SCADA vừa xây dựng được vào việc giámsát và quản lý điện năng tiêu thụ từ xa trên địa ban Thành phố Hồ Chí Minh.

Trong các nhiệm vụ trên, Nguyễn Văn Phú sẽ chịu trách nhiệm chính về nhiệm vụ

xây dựng SCADA Client, hỗ trợ xây dựng Cloud Database va cùng xây dựng ứng

dụng demo Phạm Hoàng Hải Quân sẽ chịu trách nhiệm chính về nhiệm vụ xây dựngCloud Database và xây dựng Front-End Server, hỗ trợ xây dựng SCADA Client và

cùng xây dựng ứng dụng demo.1.6 Sản phim cla lun văn

= Hệ thống Cloud-Based SCADA dựa trên nền tang Amazon Web Service với 3thành phần chính: SCADA Client, Cloud Database va Front-end Server

= Ung dung demo: hệ thống giám sát và quan lý điện năng tiêu thu từ xa trên địabàn Thành phố Hỗ Chí Minh

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

CHUONG 2 LY THUYUT V1 DILN TOÁN DAM MAY VA HU THUNG

SCADA DUA TREN DIN TOÁN DAM MAY

2.1 Ly thuyitvi đi n toán dam may

Đề xây dựng hệ thống SCADA dựa trên điện toán đám mây, trước hết ta cần hiểurõ bản chất của điện toán đám mây là gì, giá trị cốt lõi cùng với các chức năng ma nó

hỗ trợ

Điện toán đám mây gồm nhiều thành phần chức năng khác nhau, bỗ trợ cho nhaudé trở thành một hệ thống hoàn chỉnh Trong đó, ảo hóa là thành phan cốt lõi Ao hóagiúp hệ điều hành không còn phụ thuộc vào kiến trúc phần cứng mà nó chạy trên đó

Ví dụ, hệ điều hành window có thể chạy trên các kiến trúc x86, x64, Arm màkhông gặp bất cứ vấn đề gì Trong khi đó, điện toán đám mây giúp các ứng dụng,phan mềm không còn phụ thuộc vào hệ hành mà nó chạy trên đó Ví dụ, một ứng dụngcó thé chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau như Window, Linux, Mac OS,Android, IOS mà không cần phải thay đôi gì cả

2.1.1 Ao hóa (Virtualization)Dé năm rõ ảo hóa là gi, các ưu diém nhược điêm của nó, trước hết ta can phân biệtvà hiệu rõ các khái niệm sau:

e Phân cứng (Hardware): là các thiệt bị, linh kiện điện tử, vật lý hiện hữuphục vụ cho nhu câu tính toán, ví dụ như CPU, RAM, ô cứng, mainboard,

V.V.

e Hệ điều hành (OS - Operating System): là phan mềm chạy trên phan cứng,dùng để điều hành, quan ly các thiết bị phần cứng và các tai nguyên trênmáy tính Hệ điều hành đóng vai trò trung gian trong việc giao tiếp giữangười dùng và phần cứng máy tính, cung cấp một môi trường cho phépngười dùng phát triển và thực hiện các ứng dụng của họ một cách dễ dàng.e Nên tang (Platform): bao gồm hệ điều hành và phần cứng ma nó chạy trên

đó.

Ao hóa là sự trừu tượng hóa phần cứng thành phần mềm, tách hệ điều hành (OS)ra khỏi phan cứng (hardware), làm nó không còn phụ thuộc vào phan cứng Trong khiđó, điện toán đám mây là nhằm tách ứng dụng phần mém ra khỏi platform Ao hóa làmột thành phần năm trong điện toán đám mây

+% Phương pháp ảo hóa cho các máy chCác trung tâm dữ liệu bao gồm nhiều máy chủ (server) hoạt động Mỗi server sẽđược cài đặt ban đầu hệ điều hành, phần mềm trên một phan cung cố định Khi cácserver gap su có, không hoạt động được thì hệ thống té liệt, làm gián đoạn hoạt độngsản xuất Dé giải quyết van dé này, các server thường được lắp đặt thêm các server dựphòng Khi server chính gặp sự cố, các server dự phòng sẽ đảm nhiệm tiếp tục công

việc trong khi chờ đợi server chính khắc phục sự cố Đối với những hệ thống quantrọng, một server chính sẽ có thêm hai đến ba (hoặc nhiều hơn) các server dự phòng.Phương pháp nay chi phí cao, hệ thống công kênh, cai đặt, bảo trì, nâng cấp, mở rộngcực kỳ khó khăn, gần như phải thao tác cài đặt trên cả phần cứng, hệ điều hành, phầnmềm lại từ đầu.

ERP ServerOS: Server 2008SCADA ServerOS: Linux

3 servers

NON-Virtualized

Hình 2-1 H: th ng may chí khi chưa có ảo hóa

Với phương pháp ảo hóa, nhiều server có thể chạy song song trên cùng mộthardware Khi server gặp sự cô về phần cứng, ta chỉ việc đơn giản thay thế phần cứngma không cần phải cài đặt gì lại cho server Khi hệ điều hành server gặp sự cố, chỉđơn giản cho chạy một ảnh khác của server này Việc bảo trì nâng cấp mở rộng cực kỳđơn giản, nhanh chóng tiện lợi và chỉ phí thấp

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

MES Server! ERP Server SCADA Server

Instance of OS Instance of OS: Insance of OS:Server 2003 Server 2008 Linux

VirtualizedServer

imines + 1server

| Virtualized

Hình 2-2 H: th ng may chí khi sỉ ¡di ng ao hóa

Hypervisor là thành phần chính của ảo hóa Nó dùng để ảo hóa các thành phầnphân cứng vật lý thành giao diện phần mềm Nó đóng vai trò trung gian giữa phầncứng và hệ điều hành Mọi yêu cầu từ hệ điều hành xuống phần cứng phải thông quahypervisor Ngược lại, các phản hồi từ phan cứng phải di qua hypervisor rồi mới đếncác hệ điều hành Dựa trên nền tảng của hypervisor, nhiều loại hệ điều hành với môitrường của nó có thé chạy song song với nhau Có hai loại hypervisor: native

hypervisor và hosted hypervisor.

e Native hypervisor: La loại hypervisor được cai đặt trực tiếp lên máy chủvật lý (không thông qua hệ điều hành) Tuy nhiên, ta cần thêm một máytrạm khác để cài đặt và quản lý các OS chạy trên hypervisor này thông qua

Hypervisor Management Console (HMC).

e Hosted Hypervisor: đây là loại hypervisor phé biến hon, nó được cài đặtlên máy chủ vật lý thông qua hệ điều hành của máy đó Do đó, hostedhypervisor có thé được sử dụng dé chạy các hệ điều hành khác với hệ điều

hanh cua may chu.

Cac hypervisor phố biến hiện nay dùng dé ảo hóa đó là Hyper-V của Microsoft vàvSphere của VMWare Các phần mềm này được sử dụng rất đơn giản để có thể ảo hóaphân cứng, nó đưa ra các máy ảo (virtual machine), ta tiến hành cai đặt hệ điều hànhvà phần mềm cho server Các VM này được lưu trữ thành dạng các tập tin trên ô cứng

+ Giải pháp d- phòng cho máy ch- 'bí ng công nghỉ ảo hóa

Sử dụng hai máy chủ đã ảo hóa trên hai máy chủ vật lý khác nhau và chạy song

Dựa trên ưu điểm này của ảo hóa, điện toán đám mây phát triển nó thành một

trong những tính năng quan trọng của mình Trên điện toán đám mây, người dùng chỉ

đơn giản cài đặt là sẽ có bao nhiều hệ thống dự phòng cho hệ thống chính việc cài đặtcòn lại sẽ được hệ thống cài đặt và vận hành một cách tự động

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Control Room

over to shadow server

Watchdog function detects loss of current active server |

Hình 2-3 Giải pháp cho hỉ 'thí ng d_ phòng bị ng công nghị ảo hóa

+ Các vấn đi'cLn quan tâm và giải pháp khi s_] ding ảo hóa cho các may

ch

e Hiệu năng: khi phân bố tài nguyên để các chạy các server ảo song song,lượng tài nguyên vật lý sẽ cạn kiệt dần, làm giảm hiệu năng hoạt động củacác server ảo, làm chậm toàn bộ hệ thống Cần thiết phải lên kế hoạch từđầu lượng tài nguyên và số lượng máy ảo cung cấp tối đa, nhằm tránh tình

trạng trên xảy ra.

e Xung đột phần cứng: khi nhiều server ảo cùng truy cập vào một tải nguyênduy nhất (ví dụ card mạng) sẽ dễ gây ra tình trạng xung đột trên bus hệthống, có khả năng gây treo hệ thống Cần thiết phải ảo hóa các thành phầnnày một cách chặt chẽ, nhằm tránh xung đột

e Tính real-time: Hệ thống chạy trên nền tang ảo hóa sẽ thực thi chậm hơn sovới chạy trên phần cứng thực sự Bởi vì nó được chạy thông qua phầnmềm, rồi mới đến phần cứng Một giải pháp cho vấn đề này đó là sử dụng

ảo hóa dưới sự hồ trợ trực tiếp của phan cứng VT-x của Intel hoặc AMD-V

của AMD Các công nghệ này đã được tích hợp vào các chipset của họ.

Các chức năng của hypervisor sẽ được tích hợp trực tiếp vào phần cứng,các mô phỏng giả lập phần cứng cũng do các chipset này thực thi Do đó,các lệnh được yêu cầu từ các máy ảo sẽ được thực thi nhanh hơn

4 Áo hóa trong SCADAe Áo hóa môi trường SCADA nhằm mục đích giảm bớt về chi phí cho phan

cứng kiến trúc và hạ tầng hệ thống, cho phép tích hợp hệ thống SCADAvào nên tảng, kiến trúc, hạ tang hién tai

e Các hệ thống công nghiệp có thé sẽ thay đối bat kỳ lúc nao tùy theo nhucầu sản xuất, kinh doanh Các thay đổi này có thé là các thay đổi về vật lýnhư thêm motor, valve, hệ thông ống, hướng dòng chảy Hoặc các thayđối về phần mềm như thêm các chức năng của SCADA: data historian,MES, ERP, Ao hóa cho phép thêm bớt các thành phan mà không tốn quánhiều nỗ lực, chi phí và là giải pháp có thé đáp ứng nhanh nhất đối với cácyêu cau thay doi này Một ví dụ khác, khi phát triển một hệ thông mới, đòihỏi cần phải kiểm tra hệ thống trước khi vận hành Việc xây dựng môitrường phan cung cho kiểm tra tốn nhiều chỉ phí, nỗ lực dé thực hiện và bịbỏ đi khi kiểm tra xong hệ thống Ao hóa cho phép xây dựng một môitrường kiểm tra tương tự trên ma không tốn nhiều chi phí và nỗ lực Trongkhi đó, sau khi kiểm tra, nó sẽ trả tài nguyên lại cho hệ thống sử dụng

2.1.2 Dilh toán dam mayĐiện toán dam mây la một mô hình cho phép truy cập mot cách thuận tiện từ moi

nơi đến những tài nguyên cho điện toán như mạng, máy chủ, lữu trữ, ứng dụng vàdịch vụ Nó có thé được cung cấp cho người dùng hoặc lấy lại một cách dễ dàng makhông mat nhiều thời gian công sức cho quan trị Mô hình điện toán đám mây đưa ranăm đặc tính, ba mô hình dịch vụ và bốn cách dé triển khai

Đối với ảo hóa, việc cấp phát hiệu năng, tài nguyên, lưu trữ, ứng dụng, nền tảng

cho các server được người dùng cài đặt và giám sát local tại máy chủ đó Điện toán

đám mây nâng cao khả năng của ảo hóa, bằng cách cho phép cài đặt và giám sát từ xathông qua internet Người dùng hoàn toàn không biết thông tin về các thành phần vậtlý này như đặt ở đâu, ai quản lý, của hãng sản xuất nào, v.v Mặt khác, nó cung cấpviệc tự động hóa các cài đặt chỉ tiết kỹ thuật bên trong hệ thống, người dùng chỉ đơngiản cài đặt những gì mình mong muốn

Ba thành phan chính dé cấu tạo nên 1 cloud đó là computing, storage va network.e Computing: bao gồm tat cả nhân xử lý tín hiệu CPU và RAM tai datacentere Storage: bao gồm toàn bộ bộ nhớ để chứa đữ liệu tại datacenter

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

e© Network: kết nối mạng thực giữa các máy chủ thực tại datacenterTại một trung tâm dữ liệu, tập hợp tất cả các thành phan vật lý computing, storage,network sẽ được ảo hóa hoàn toàn Sau đó chia nhỏ nó ra thành nhiều cloud khác

nhau.

Điện toán đám mây cung cấp ba loại hình dịch vụ:

Software as a Service (SaaS): Cung cấp người dùng các dịch vụ về phầnmềm (application) thông qua web như google docs, google excels, v.v.Platform as a Service (PaaS): Cung cấp cho người dùng các dich vụ nềntảng (hardware va OS) dé họ cai đặt ứng dụng trên đó

Infrastructure as a Service (IaaS): Cung cấp cho người dùng các dich vụ vềphân cứng (CPU, RAM, storage, network)

Hình 2-4 Các mô hình dich vi

Đề hiểu rõ các mô hình dịch vụ này, ta có thé chia các thành phan phan mềm, phancứng thành hai nhóm: nhóm thành phan do nha cung cấp quản trị, nhóm thành phando người dùng quản trị Các thành phần phần cứng bao gém servers (computing),storage, networking Các thành phần phần mềm bao gồm virtualization, OS,

middleware, runtime, data, application.

On premises: người dùng quan trị tat cả các thành phan (mô hình được sửdụng hiện tại vì chỉ phí đầu tư nhỏ đối với các hệ thống nhỏ)

laaS: nhà cung cấp quản ly các thành phần phần cứng va virtualization,người dùng quản lý các thành phần phần mềm còn lại

PaaS: nhà cung cấp quản lý các thành phần phần cứng, virtualization, OS,

middleware, runtime Người dùng quản lý data va application.

SaaS: nha cung cấp quan lý tất cả các thành phan phan cứng lẫn phan mém

Người dùng đơn giản sử dung các phan mêm ma nhà cung cap cung cap.

Hosting Models Business Model

Software(as a Service)Infrastructure Platform

On Premises (as a Service) w (as a Service) urls

Sp 2 Middleware Middleware z Middleware =

PaaS của nhà cung cấp

Điện toán đám mây có năm đặc tính sau:

e Dịch vụ theo yêu cầu (Ondemand Seft-Service): Người dùng gửi yêu cầuthông qua trang web cung cấp dịch vụ, hệ thống của nhà cung cấp sẽ đápứng để người dùng có thể tự phục vụ như: tăng — giảm thời gian sử dụngserver và dung lượng lưu trữ, mà không cần phải trực tiếp yêu cầu nhàcung cấp dịch vụ, tức là mọi nhu cầu khách hàng đều được xử lý trên

internet.

Truy xuất diện rộng (Broad network access): Cloud Computing Service làtập hop các dich vu công nghệ thông tin được cung cấp thông qua môitrường internet, ở đó người dùng thích dịch vụ gì thì dùng dịch vụ ấy, dùngbao nhiêu trả bay nhiêu, được lựa chon những dịch vu tốt nhất ở bất cứ đâuvào bất cứ lúc nào Như vậy người dùng có kết nối internet là có thể sửdụng dịch vụ, Cloud Computing Service không yêu cầu người dùng phải cókhả năng xử lý cao, người dùng có thể truy xuất băng các thiết bị di dộng

như điện thoại, PDA, laptop.

Dùng chung tai nguyên và điều tiết dịch vụ (Resource pooling): Nhà cungcấp dịch vụ cho phép người dùng dùng chung tải nguyên do họ cung cấpdựa trên mô hình “multi-tenant”, tài nguyên được phân phat rất linh hoạttùy theo nhu cầu của người dùng Khi nhu cầu của một người dùng nao đógiảm xuống, lập tức phân tai nguyên dư thừa sẽ được phục vụ cho ngườidùng khác Nếu một người dùng 4 CPU từ 7 — đến 11 giờ hàng ngày, một

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

người dùng khác thuê 4 CPU tương tự 13 giờ đến 17 giờ hàng ngày thì hocó thể dùng chung 4 CPU đó

e Khả năng co giãn (Rapid elasticity): tự động mở rộng hoặc thu nhỏ hệ

thống theo yêu cầu người dùng Ví dụ, một người dùng ký hợp đồng thuêmột Server gồm 4 CPU Nếu lượng truy cập thấp chỉ cần 1 CPU là đủ, khiđó hệ thống quản lý của nhà cung cấp dịch vụ sẽ tự ngắt bớt 3 CPU, người

dùng không phải trả phí cho 3 CPU nói trên và chúng được đưa sang phục

vụ người dùng khác Đến khi nhu cau tăng tức là lượng truy cập tăng, hệthống ngay lập tức sẽ tự động thêm CPU vao, nếu nhu cau vượt quá 4 CPUthì người dùng trả phí theo hợp đồng đã ký với nhà cung cấp

e Dịch vụ đo lường được (Measured service): hệ thống điện toán đám mây tựđộng điều khiến và tối ưu tài nguyên sử dụng nhờ vào khả năng đo lườngđược (như thời gian sử dụng bộ nhớ, CPU xử lý, băng thông, số lượng tàikhoản truy cập vào hệ thống ) Độ sử dụng tài nguyên có thể giám sát,

điêu khiên, báo cáo cho nhà cung câp lân người sử dụng.Điện toán đám mây được triên khai trên các mô hình sau:

e Private cloud: là mô hình trong đó ha tang đám mây được sở hữu bởi mộtto chức và phục vụ cho người dùng của tô chức đó Private Cloud có théđược vận hành bởi một bên thứ ba và hạ tang dam mây có thể được đặt bêntrong hoặc bên ngoài tô chức sở hữu (tại bên thứ ba kiêm vận hành hoặcthậm chí là một bên thứ tư) Private Cloud được các t6 chức, doanh nghiệplớn xây dựng cho mình nhằm khai thác ưu điểm về công nghệ va kha năngquản trị của điện toán đám mây Với Private Cloud, các doanh nghiệp tốiưu được hạ tầng IT của mình, nâng cao hiệu quả sử dụng, quản lý trong cấpphát va thu hồi tai nguyên, qua đó giảm thời gian đưa sản phẩm sản xuất,

kinh doanh ra thị trường.

e Public Cloud: được một tổ chức sở hữu va cung cấp dich vụ rộng rãi cho tấtcả các khách hàng thông qua hạ tầng internet hoặc các mạng công cộng

diện rộng Các ứng dụng khác nhau chia sẻ chung tai nguyên tính toán,

mạng và lưu trữ Do vậy, hạ tầng Cloud Computing được thiết kế để đảmbảo cô lập dữ liệu giữa các khách hàng và tách biệt về truy cập Các dịchvụ Publie Cloud hướng tới số lượng khách hàng lớn nên thường có nănglực về hạ tầng cao, đáp ứng nhu cầu tính toán linh hoạt, đem lại chỉ phí thấp

cho khách hàng Cho nên khách hàng của dịch vụ trên Public Cloud sẽ bao

gồm tất ca các tầng lớp ma khách hang cá nhân và doanh nghiệp nhỏ sẽđược lợi thế trong việc dễ dàng tiếp cận các ứng dụng công nghệ cao, chấtlượng mà không phải đầu tư ban dau, chi phí sử dụng thấp, linh hoạt

e Community Cloud: Với mô hình đám mây chung, hạ tang đám mây được

chia sẻ bởi một sô tô chức cho cộng đông người dùng trong các tô chức đó.Các tô chức này do đặc thù không tiép cận với các dich vụ dam mây công

cộng (Public Cloud) va chia sẻ chung một hạ tang Cloud Computing đểnang cao hiéu qua dau tu va str dung.

e Hybrid Cloud: Mô hình bao gồm hai hoặc nhiều hon các đám mây trên tíchhợp với nhau Mô hình này cho phép chia sẻ hạ tầng hoặc đáp ứng nhu cầutrao đôi dữ liệu Mô hình điện toán đám mây là mô hình mới, mô hình ứng

dụng và khai thác điện toán mới, được đánh giá mang lại hiệu quả cao.Trong tương lai, khách hàng và doanh nghiệp sẽ quen với việc sử dụng các

phan mềm và lưu trữ dữ liệu ở trên “mây'

Control/ Goverance

asodna

Public Private

Hình 2-6 Mô hình và các dich ví 'ci a Cloud Computing

% UƯUu đi: m c/a cloud computing cho hí thí ng SCADALợi ích lớn nhất của điện toán đám mây đó là khả năng mở rộng Sự xuất hiện mộtcách đột ngột lượng dữ liệu lớn đòi hỏi phải xử lý trong hệ thông SCADA xuất hiệnrất thường xuyên Do đó, trong hệ thống công nghiệp thường có các thiết bị đi kèmnhăm có thé xử lý được các tình huống như vậy Cloud computing giúp giảm bớt cácthiết bị đi kèm nay, làm giảm chi phí cho hệ thống

Bên cạnh đó, điện toán đám mây nâng cao những tính năng kỹ thuật và tính khả

dụng cho các thiết bị di động Các thiết bị di động thông minh đang phát triển mộtcách mạnh mẽ Việc tích hợp SCADA lên cloud là một bước quan trọng cho hệ thống

SCADA mới trong tương lai.

+ Các van đLeLn quan tâm khi tri'n khai SCADA lên cloude Tính bảo mật: các nhà cung cấp dịch vu cloud computing đưa ra rất nhiều

phương pháp giải thuật nhằm đảm bảo bảo mật thông tin của người dùng.Tuy nhiên vẫn có trường hợp các nhà cung cấp này bị hacker xâm nhập.Một khi hệ thống SCADA đưa lên pubic cloud, không gì có thé đảm bảorang các thông tin quan trọng của chúng ta là an toàn Do đó, ta can cân

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

nhac kỹ những thong tin nao sẽ được đưa lên public cloud, những thông tingi sẽ chỉ được phép năm ở private cloud

e Hiệu năng: van dé lớn đáng quan tâm là hiệu năng hoạt động của cloudcomputing, nó có tốt bằng các hé thống hiện tại không Cloud computingrất phụ thuộc vào băng thông kết nối mạng (bởi vì mọi yêu cầu tính toánđều phải đi qua đường truyền mạng), khi băng thông quá tải hoặc gặp sựcô, nó sẽ dẫn đến tình trạng trễ của hệ thống Dẫn đến thông tin giám sátđiều khiến từ trung tâm và tai local không đồng nhất, dẫn đến điều khiếnsai mục đích (rất nguy hiểm) Cloud-based SCADA hoàn toàn đáp ứngđược các ứng dụng giám sát điều khiển mà không cân theo thời gian thực.Đối với các hệ thông thời gian thực, thi đòi hỏi kết nối mạng phải nhanh vathông suốt

e Độ tin cậy: đối với các hệ thống điều khiến quá trình, việc mất kết nối từthiết bị điều khiến đến Cloud-based SCADA (do cloud gặp sự cố, hoặcđường truyền có van dé) ảnh hưởng rất to lớn, có thé gây hậu quả nghiêmtrọng cho sản xuất Vi thé, cần cân nhắc kỹ sẽ triển khai SCADA lên mô

hình cloud nao (public cloud hay private cloud).2.1.3 Amazon Web Services (AWS)

2.1.3.1 Gili thiLu v Amazon Web Services

Amazon Web Services là tap hợp các dịch vu cung cấp cho người lập trình cókhả năng truy cập tới hạ tang kiến trúc tính toán kiểu sẵn sang-dé-str dụng (ready-to-use) của Amazon Các máy tính có nền tảng vững chắc đã được xây dựng và tinh chếqua nhiều năm của Amazon bây giờ là có thé cho phép bat cứ ai cũng có quyên cập tớiInternet Amazon cung cấp một số dịch vụ Web nhưng trong loạt bài viết này chỉ tậptrung vào các dịch vụ khối hợp nhất (building-bloek) cơ bản, cái mà đáp ứng đượcmột số yêu cầu cốt lõi của hầu hết các hệ thống như: lưu trữ, tính toán, truyền thông

điệp và tập dữ liệu.

Có thể xây dựng các ứng dụng phức tạp và gồm nhiều phần khác nhau bằngcách sử dụng các chức năng phân tầng với các dịch vụ đáng tin cậy, hiệu quả khối hợpnhất được cung cấp bởi Amazon Các dịch vụ Web mà tôn tại bên trong đám mây phíabên ngoài môi trường và có khả năng thực hiện là rất cao Sẽ trả chỉ dựa trên nhữngcái sử dụng mà không can phải trả trước các chi phí va vốn đầu tư ban dau Không cầnphải mất chỉ phí cho bảo trì bởi vì phần cứng được duy trì và phục vụ bởi Amazon

Cơ sở hạ tầng ảo là cỗ máy san đường khống 16 trong thế giới chịu chi phối từweb ngày nay Trong một phút, có thể nhanh chóng kết hợp thành một nên tảng hạtầng mà có thể sẽ mất hàng tuần để làm việc đó trong một cửa hàng công nghệ thôngtin trong thế giới thực Điểm quan trọng là, co sở hạ tầng là mềm dẻo và có thé thayđối lên hay xuống tùy theo nhu cầu Các công ty trên thế giới đang chuẩn bị để sửdụng tính toán mềm dẻo này (xem hộp bên cạnh)

Sự tự do từ su hạn chế của lượng lớn von đầu tư cơ sở hạ tầng và khả năng bảotrì tạo cơ hội lớn hơn cho sự đơi mới Cĩ thé tập trung vào các ý tưởng kinh doanhthay vì quan tâm đến sự hao mịn của một lượng lớn các máy chủ cĩ, ví dụ bạn lo lắngvề khả năng chạy ra ngồi khơng gian đĩa, v.v Theo ước tính của Amazon, các doanhnghiệp sử dụng hơn 70% thời gian của ho trong việc xây dựng và bao trì hạ tang cơsở, trong khi chi sử dụng 30% thời gian dé làm việc với các ý tưởng thực sự dé tạo rasức mạnh của doanh nghiệp Amazon lo lắng về các vẫn đề chỉ tiết cơ bản của phầncứng và hạ tang cơ sở — và làm thé nào dé cĩ được hiệu quả cao — trong khi bạn tậptrung vào việc mang các ý tưởng của bạn tới cuộc sống.

Các thành phần chính của hạ tầng cơ sở của trang Web này, cái mà cung cấphau hết các khối xây dựng cơ bản phố biến cần thiết cho hau hết các ứng dụng khơngtâm thường:

Lưu tri '(Storàe)

Mọi người đều cần phải lưu trữ — cho các tệp, các tài liệu, các dữ liệu tải vềcủa người dùng hoặc các bản sao lưu Cĩ thé tiễn hành lưu trữ bất kỳ các ứng dụngcần thiết trong Amazon Simple Storage Service (S3) và nhận được các lợi ích với nĩnhư cĩ khả năng mở rộng, đáng tin cậy và với mức chỉ phí thấp cho việc lưu trữ

Tinh tốn (Computing)

Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) cung cấp kha năng dé mở rộng tainguyên tinh tốn lớn lên hoặc giảm xuống dựa trên nhu cau va tao ra khả năng cungcấp dịch vụ mới một cách dễ dàng

G_ithong đi: p (Messaging)

Thực hiện tách riêng các thành phan ứng dung bang cách sử dung khả năngkhơng giới hạn của việc truyền thơng điệp được cung cấp bởi Amazon Simple Queue

Service (SQS).TLp hp di li ù (Datasets)

Amazon SimpleDB (SDB) cung cấp kha năng mở rộng lập chi mục, kha nănglưu trữ mà khơng cần bảo trì, cùng với việc thực hiện xử lý và truy vẫn với tập hợp dữ

liệu.

Bạn cĩ thể thực hiện trộn và kết hợp các dịch vụ khi cần thiết: bạn được thiếtkế để làm việc với những người khác Bởi vì bạn đang chạy trong mơi trường Amazontất cả sự liên lạc thuộc về các dich vụ này sẽ luơn luơn được thực hiện một cách nhanhchĩng Nhà doanh nghiệp cĩ thé xây dựng các ứng dụng cĩ khả năng mở rộng va tincậy bằng cách phân nhánh vào hạ tang cơ sở ảo, cái mà mất chi phí ít hơn là cách tiếpcận dựa trên nên ứng dụng máy chủ truyền thống cái mà yêu cầu một lượng lớn máychủ để phục vụ cho sự thay đơi thường xuyên của yêu cầu Nĩ cũng cung cấp một số

mức độ cao của sự dư thừa.

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

Có hai mức độ được ho trợ cho người dùng cua Amazon Web Services:o Hồ trợ dựa trên diễn đàn tự do từ nhân viên Amazon, người điêu khiên các

điện dan thảo luận Amazono Hồ trợ các cặp đóng gói cái, cung cap kiêu một-tới-một và kiêu ho trợ

thông qua điện thoại và là cách thận trọng hơn cách yêu câu trợ giupAmazon xuât bản khả năng của tât cả các dịch vụ Web trong một thê truy cậpcông khai bang điêu khiên cái được cập nhật với bat kỳ kêt quả nao về các dịch vụ.

Trong suốt thời gian ngừng chạy của bất kỳ dịch vụ nảo, các thành viên của AmazonWeb Services đều gửi các cập nhật 15 - 30 phút một lần trong khi họ đang làm việctrên một van dé nào đó và cho đến khi vấn đó dé đó được xác định

Amazon cung cấp các giao diện chuẩn dựa trên SOAP và REST để tương tácvới từng dịch vụ Các thư viện phát triển hoặc là từ Amazon hoặc từ một trong cácngôn ngữ cho phép, như Ruby, Python, JavaTM, Erlang và PHP, dé thực hiện trao đồivới các dịch vụ này Các công cu dòng lệnh là cũng có thé để thực hiện quản lý tainguyên tính toán trên EC2 Giao diện REST là dễ dàng sử dụng: bạn có thể sử dụngchương trình bên phía máy khách được viết bang bat cứ ngôn ngữ nào dưới dang giaothức HTTP dé cho phép thực hiện gửi yêu cầu tới các dịch vụ Web

2.1.3.2 Lưu tr: 'v:ï Amazon S3

Amazon Simple Storage Service (S3) cung cấp các giao diện dịch vụ Web choviệc lưu trữ và khôi phục dữ liệu Dữ liệu được cho ở bất kỳ loại nào và có thé đượclưu trữ và truy cập đến từ bất kỳ vị trí nào thông qua Internet Bạn có thể lưu trữkhông giới hạn một lượng lớn các đối tượng trong S3 với kích thước của mỗi đốitượng trong khoảng từ 1 byte tới 5 GB Các lưu trữ là có thé ở trong Hoa Kỳ hoặctrong Liên Minh Châu Âu Bạn có thể chọn vị trí lưu trữ cho các đối tượng của bạnkhi ban tạo ra buckets, cai mà tương tự như khái niệm của thư mục trong hệ thống xửlý của bạn Dữ liệu được lưu trữ an toàn bằng cách sử dụng cùng hạ tầng cơ sở lưu trữAmazon sử dụng sức mạng của mình trên toàn thế giới với một mạng lưới các trang

Web thương mại điện tử.

Sự hạn chế truy cập có thể được xác định cho từng đối tượng bạn lưu trữ trongS3, và các đối tượng này có thé được truy cập với các yêu cầu HTTP đơn giản Thậmchí bạn có thể tạo ra các đối tượng để tải về bằng cách su dụng giao thức BitTorrent

S3 giải phóng hoàn toàn cho bạn về các lo lắng cho không gian lưu trữ, truycập vào dữ liệu, hoặc bảo vệ dữ liệu Bạn thậm chí không phải đối phó với chi phí của

việc bảo trì các máy chủ lưu trữ Amazon đảm bảo ở mức độ cao khả năng lưu trữ các

tệp của bạn vì thế nó luôn luôn sẵn sàng bất kỳ khi nào bạn cần đến chúng Các thỏathuận cấp độ dịch vụ được cung cấp boi Amazon cho Số là lên tới 99,9% thời gian

chạy máy hàng tháng.

2.1.3.3 Elastic computing with Amazon EC2

Amazon EC2 là dịch vu Web cho phép bạn yêu cầu các máy ảo trong vòng mộtvài phút và dễ dàng thay đôi kha năng của bạn hoặc tải xuống dựa trên nhu cầu Bạnchỉ cần phải trả chi phí cho khoảng thời gian mà bạn sử dụng Nếu bạn muốn tăng khanăng tính toán của bạn nên, bạn có thể nhanh chóng tiếp cận khởi tạo máy áo và sauđó chấm dứt chúng khi mà nhu cầu của bạn giảm đi

Những trường hợp mà dựa trên Linux® và có thể chạy trên bất kỳ ứng dụngnào hoặc phân mềm nào bạn muốn Bạn có thực hiện điều khiển cho từng trường hợpcụ thể Môi trường của EC2 là được xây dựng trên cùng mã nguồnmở Xen hypervisor, cái được phát triển tại trường Dai hoc Cambridge Amazon cho

phép ban tạo ra hình anh may Amazon (AMIs) cái thực hiện hành động như là các

khuôn mẫu cho các ví dụ của bạn Truy cập với các ví dụ có thể được điều khiển băngviệc xác định được các quyền cho phép Bạn cũng có thể làm bất cứ cái gì bạn muốnvới chúng tuy chỉ có một hạn chế duy nhất là yêu cầu bạn cân sử dụng dựa trên Linux.Thời gian gần đây, khi mà Open Solaris được công bố trong một quan hệ đối tác vớiSun Microsoftsystem, nhưng phan lớn các thương mại miễn phí và có sẵn được xâydựng cho EC2 đều dựa trên nền tảng Linux

Amazon EC2 cung cấp chính xác quy mô máy tính cái cho phép dễ dàng đểthay đối quy mô tài nguyên tính toán của bạn lên và xuống Bạn hoàn toàn kiểm soát

được môi trường tính toán cái mà chạy trong trung tâm dữ liệu của Amazon Amazon

cung cấp năm kiểu của các máy chủ; để cho phép bạn chọn lựa một trong các loại nàyphù hợp với ứng dụng cần thiết của bạn Các máy chủ cung cấp từ loại đơn lõi x86đến loại tám lõi x86_64 Bạn có thé thay thé các trường hop trong các mô hình địa lýkhác nhau hoặc trong các vùng mà từ chỗ đảm bảo thực hiện đến chỗ có thể thất bại.Amazon cũng chỉ dẫn khái niệm của địa chỉ IP thay đổi cho phép làm việc với địa chỉ

động.2.1.3.4 Kha năng truy(h thông đi p tin c_y cla Amazon Simple Queue Service

Amazon Simple Queue Service (SQS) cung cấp kha năng truy cập tới ha tangkiến trúc thông điệp đảm bảo được sử dụng bởi Amazon Bạn có thể thực hiện gui vànhận các thông điệp từ bất cứ nơi nào bằng cách sử dụng các yêu cầu HTTP đơn giảndựa trên REST Không cần phải cài đặt cái gì, không cần phải thực hiện cấu hình gicả Bạn có thể tạo ra một lượng không giới hạn của các hàng đợi và gửi một lượngkhông giới hạn các tin nhắn Các tin nhắn được lưu trữ bởi Amazon thông qua nhiễumáy chủ và các trung tâm dữ liệu dé cung cấp khả năng dư thừa va đáng tin cậy bạncần từ hệ thống nhắn tin Mỗi một tin nhắn có thé chứa lên tới 8KB dữ liệu văn bản.Chi sử dụng các ky tự dạng Unicode với nguyên tac sau phải tuân thủ

Mỗi một hàng đợi có thể phải định dạng xác định khoảng thời gian timeout(hạn thời gian), cái được sử dụng dé điều khiển cách truy cập tới hang đợi bởi nhiềungười đọc khác nhau Mỗi một ứng dụng đọc một thông điệp từ hàng đợi, thông điệp

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

này sẽ không được đọc bởi bất kỳ một người đọc khác cho đến khi khoảng thời giantimeout kết thúc Thông điệp sẽ được lặp lại trong hàng đợi sau một khoảng thời gian

timeout được xác định sau đó nó được giữ bởi một bộ xử lý đọc khác.

SQS tích hợp rất tốt với các Amazon Web Sercives khác Nó cung cấp mộtcách nào đó dé xây dựng hệ thống riêng biệt nơi mà EC2 của bạn có thé trao đối vớicác hệ thống khác bang cách gửi thông điệp tới SQS và phối hợp các luồng làm việc.Bạn cũng có thể sử dụng các hàng đợi để xây dựng hạ tầng tự phục hồi, tự động mởrộng dựa trên EC2 cho các ứng dụng của bạn Bạn có thé bao đảm các thông điệptrong hàng đợi của bạn tránh bị truy cập trái phép bằng cách sử dụng cơ chế xác thựcđược cung cấp bởi SQS

2.1.3.5.X: lýt phipd' li uvi ¡ï Amazon SimpleDB

Amazon SimpleDB (SDB) là dịch vụ Web cho phép lưu trữ, xử lý và truy vấntập hợp dữ liệu có cau trúc Ở đây không phải là một cơ sở dữ liệu quan hệ theo cáchtiếp cận truyền thống ma ở mức độ cao hơn dưới dạng các so dé, voi đữ liệu ít cấutrúc lưu trữ trong các đám mây va trong đó bạn có thé sử dụng để lưu trữ và khôi phụccác giá trị khóa Mỗi một tập hợp các giá trị khóa cần phải có một tên một mục duynhất: các mục là được phân chia vào từng miễn khác nhau Mỗi một mục có thé lưugiữ lên tới 256 cặp giá trị khóa của dữ liệu Bạn có thé thực thi các truy van dựa trêntập dữ liệu của bạn trong từng miền khác nhau Các truy vẫn dựa theo từng miễn là

không được hỗ trợ bởi SDB

SDB là một cách đơn giản để sử dụng và cung cấp hầu hết các chức năng củacơ sở dữ liệu quan hệ Sự duy trì là đơn giản hơn nhiều so với cơ sở dữ liệu điển hìnhbởi vì không cần phải cài đặt hoặc định dạng Amazon quan tâm nhiều tới tất cả cácviệc liên quan đến quản tri Dữ liệu là được tự động đánh chỉ mục bởi Amazon va làsăn có cho bạn tại bất kỳ thời điểm nao từ bat kỳ chỗ nào Một lợi thé quan trong cuakhóa là không được sử dung cho các so dé đó là khả năng chèn dit liệu vào khi đang

hoạt động và thêm các cột hoặc các khóa động.

SDB là một phần của cơ sở hạ tầng Amazon, và khả năng mở rộng được thựchiện một cách tự động đối với bạn tùy từng tình huống Bạn có thé tự do tập trung sựchú y của bạn vào một số thứ quan trọng Một lần nữa bạn chi phải trả chi phí chỉ cho

tập dữ liệu tài nguyên mà bạn sử dụng.2.1.3.6 Kha năng mi Iri ng cla kiln trúc

Amazon Web Services có thé giúp bạn kiến trúc mở rộng hệ thống bang cáchcung cấp:

Kha nang đáng tin c¡ y (Reliability)

Các dịch vu hoạt động trong trung tam dữ liệu với tính sẵn sang cao va đượckiểm tra qua thực tế

Bao mi f

Cơ chế bảo mật và xác thực cơ bản là có sẵn của bên ngoài hộp lựa chọn, vabạn có thể nâng cao chúng khi cần băng cách bảo mật từng tầng ứng dụng riêng của

bạn ở các mức trên của dịch vụ.Các li ích vi giá cả

Không có một chi phí cố định hoặc các chi phí nào về bảo trì Bạn phải chỉ trảcác dịch vụ như bạn sử dụng, và khả năng thay đổi về tài nguyên và nguồn lực khi cầnthiết

S.:di dàng đi phát trì: n

Các APIs đơn giản cho phép bạn khai thác được sức mạnh của toàn bộ cơ sở hạ

tang ảo cũng như các thư viện có san trong hầu hết các ngôn ngữ lập trình được sử

dụng rộng rãi.Tinh mi m di ö (Elasticity)

Quy mô các nguồn lực máy tính của bạn thay đổi lên hoặc xuống dựa trên nhucầu Bạn có thể đi từ một đến bất kỳ số lượng máy phục vụ một cách nhanh chóng đểphục vụ nhu cầu ứng dụng của bạn

S:øgin kit

Có bốn khối dịch vụ cơ bản (Lưu trữ, Tính toán, Truyền thông điệp, và Tâp hợpdữ liệu) là được thiết kế từ nhóm phát triển để làm việc rất tốt với nhau, và cung cấpmột giải pháp hoàn thiện trên một lượng ứng dụng tên miễn

€C:ngđ ng

Tan dụng cộng đông người sử dụng năng động va sôi nỗi ma đang chi phôi sựchâp nhận phô biên của các dịch vụ web này và đang tạo ra các ứng dụng độc nhâtđược xây dựng trên cơ sở hạ tâng này.

2.1.3.7 Gili thi ù vị DynamoDB

‹ DynamoDB là mot dịch vụ quản lý NoSQL có kha năng đáp ứng hiệu suất caovà nhanh kèm theo khả năng mở rộng Nếu bạn là một nhà phát triển, bạn cóthể sử dụng DynamoDB để tạo ra một bảng có khả năng lưu trữ và truy xuấtbất kỳ sỐ lượng dữ liệu, mà vẫn có thể phục vụ cho bất kỳ mức độ request

traffic.

¢ DynamoDB tự động phan tan dữ liệu va traffic của một bang ra một số lượngserver vừa đủ để có thể xử lý request capacity đặt ra bơi khách hàng và lượngdữ liệu lưu trữ, và đồng thời đảm bảo hiệu suất nhanh và đồng nhất Tất cả dựliệu được lưu trữ trên SSD và tự động được sao chép ra các vùng sẵn sang(Availability Zones) trong một khu vực (Region) để cung cấp độ san sang caovà độ bền của dữ liệu (high availablity and data durability)

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

e Nếu ban là một nhà quản lý dữ liệu, bạn có thể tạo một bảng dữ liệu mới, mởrộng hay thu hep request capacity mà không bị giảm hiệu suất, và có thé thayđược các thông số qua AWS Management Console VớiDynamoDB, bạn cóthể phó thác gánh nặng quản lý và mở rộng dữ liệu cho AWS và không phải lo

lăng vê việc cung cap hardware, thiệt lập và cài đặt, sao chép dữ liệu.Lui n văn tp trung làm viec ví ï DynamoDB đi lưu trí d lu cla di 'ắn trênn.nti ng Database đi n toán dam mây.

2.1.4 Làm vi e ví ¡ DynamoDB2.1.4.1 Bang trong DynamoDB

¢ - Khi tạo một bang trong Amazon DynamoBD, cần cung cấp tên bang (dĩ nhiên

rồi), primary key và giá trị read write throughput Mỗi item trong bảng có thé

có bao nhiêu attributes tùy ý, tuy nhiên có giới hạn 400KB cho dung lượng mộtitem.

¢ Chi định Primary Key: Khi tạo một bang, thì ngoài việc khai báo tên bảng cầnchỉ rõ primary key Primary key để đảm bảo răng không có hai items nao trong

bảng có cùng primary key DynamoDB hỗ trợ hai loại primary key sau:

© Partition Primary Key: Chỉ cần một attribute để tạo ra primary key

DynamoDB xây dung Partition index không đưic sip xibchoprimary key attribute.

Partition va Soft Primary Key: Can 2 attributes dé tao ra primary key.Attribute đầu tiền là Partition attribute va attribute còn lại là Soft

attribute DynamoDB xây dung partition index không đưic sipx.p cho partition attribute va soft index due sp xib cho soft attribute.

Mỗi item được định danh bởi cặp primary key này Điều này cho phép 2items có cùng partition attribute nhưng khác soft attribute cùng tổn tại

Strongly consistent: đảm bảo dữ liệu lay ra là dữ liệu mới nhấtEventually consistent: đảm bảo rang sau này dữ liệu sẽ đồng bộ hếttrên phân vùng nhưng không đảm bảo dự liệu trả về vào một thời điểmnhất định là mới nhất

Read capacity unit - Con số phản ánh số lượng đọc strongly consitent

của các item không quá 4KB

o Write capacity unit - Số lượng những lần ghi có dung lượng IKB mỗigiây Có nghĩa răng nếu yêu cầu 10 write capacity units là đang yêu cầumức tiêu thụ 10 writes với dung lượng 1 KB mỗi giây của bảng đó

DynamoDB sử dụng những capacity unit nay để cung cấp tài nguyên day đủcho lượng tiêu thụ yêu cầu

Một strongly consistent read tương đương 2 evenly consitent read Xem bang

sau dé hiéu hon

Expected Item Size Consistency Desired Reads Per Second Provisioned Throughput Required4 KB Strongly consistent 50 50

8 KB Strongly consistent 50 1004 KB Eventually consistent 50 258 KB Eventually consistent 50 50

làm tròn là 8 reads

¢ Tuong tự với write thì cũng có hai hàm để ghi

là #put_item và #batch_wrife item nhưng | write chỉ nhận IKB dữ liệu.2.1.4.3 Secondary index

Dé giúp cho việc truy cập dữ liệu, Amazon DynamoDB tạo va quản ly indexcho primary key Việc này giúp cho hệ thống truy cập dữ liệu khá nhanh khi chỉ địnhprimary key Tuy nhiên, nhiều hệ thống có lẽ sẽ hưởng lợi từ việc có một hoặc hai keythay thé (alternate) Dé tăng tốc độ truy cập có thé tạo ra secondary index

Một secondary index là một cầu trúc dữ liệu chứa tập con của các attributestrong một bảng, cùng với một key thay thế để hỗ trợ cho Query operation Với một

secondary index, các query sẽ không bị giới hạn khi chỉ sử dung được primary key; có

thé truy vấn dữ liệu băng việc sử dụng key thay thé từ secondary index Một bảng cóthé có nhiều secondary index để hỗ trợ cho nhiều query pattern

DynamoDB hỗ trợ hai loại index:

e Global secondary index: một loại index có partition va soft key khác với

partition va soft key từ bảng góc

e Local secondary index: một loại index ma có partition key trùng với partition

key từ bảng gốc va soft key là một attribute khác

LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS TRƯƠNG DINH CHAU

2.1.4.4 Query/Scane Query:

o Để thực hiện một query operation cần có primary key và không bắt buộckèm theo điều kiện cho range key Query có thể thực hiện trên một bảng

hoặc secondary index.

Lưu ý rang: điều kiện so sánh không thực hiện trên partition key được

o Soft key phải được thực hiện so sánh như sau:Default

Defaulta = b — true if the attribute a is equal to the value ba < b —true if a is less than b

a <= b — true if a is less than or equal to ba > b — true if a is greater than b

a >= b — true if a is greater than or equal to b

o Tất cả item được trả về sẽ được tinh chung là 1 query operation, cónghĩa là với 100 IKB item thì chi cần 100 x IKB / 4KB = 25 reads thay

vì 100 reads.e Scan:

o Một scan operation có thê thực hiền trên ca bang va secondary index.Gia tri trả về mặc định của một scan operation là toàn bộ dữ liệu Vi vayhãy thận trọng khi sử dụng scan.

Một số lưu ý về Scan va Query:e (a2 operation đều có dung lượng trả vẻ tối đa là IMB.¢ Query hỗ trợ strongly consistent va eventually consistent trong khi đó

Scan chỉ hỗ tro eventually consistent

e Hay tránh việc Scan một bang hoặc index có dung lượng lớn.e« Theo thời gian dung lượng tăng lên thì Scan operation sẽ càng chậm

2.2 Ly thuy: † vi lhi thí ng SCADA da trên đi: n toán dam may2.2.1 T ng quan chung vỉ SCADA

2.2.1.1 Dinh nghĩa:

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữliệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa Người vận hành có thé nhận biết vađiều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tinh va mạng truyền thông Nói cáchkhác, SCADA thường được dùng để chi tất cả các hệ thống máy tinh được thiết kế dé

thực hiện các chức năng sau:

> Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến

> Xử ly và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được.

> Hién thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý.> Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà

may.

> Xử lý các lệnh điều khiến tự động hoặc bang tay một cách kịp thời và chính

xaec.

b Chi c năng và vai tro:

Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp quản lý.Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên từng đốitượng cụ thể của hệ thống Chính vì thế việc SCADA cho một hệ thống sản xuất côngnghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mô của từng cấp màcó những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA là phải thực hiện

những dịch vụ sau:> Thu thập sô liệu từ xa (qua đường truyên sô liệu) các sô liệu về sản xuât và tô

chức việc lưu trữ trong nhiêu loại cơ sở sô liệu (sô liệu vê lịch sử sản xuât, vềsự kiện thao tác, vê báo động ).

> Điêu khiên và giám sát hệ sản xuât trên co sở các dữ liệu đã thu thập được.

> Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/viết số liệuPLC/RTU, trả lời các bản tin yêu cầu từ cấp trên về số liệu, về thao tác hệ).> Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm theo một

phương thức truyền thông nào đó để tự động hoá việc quản lý giám sát, điềukhiển cho một đối tượng công nghiệp Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động hoálà một xu thế không thé tránh khỏi do vậy việc áp dụng bai toán SCADA là mộtviệc làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất Vai trò củanó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó cóthể đưa ra các quyết định đúng đắng về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trongcông tác điều khiến và ra quyết định Việc làm này sẽ giảm đáng kề việc chi phí