báo cáo tiểu luận nguyên lý và mô thức các hệ phân tán mô hình tính toán phân tán rộng khắp (ubiquitous computing)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG  BÁO CÁO TIỂU LUẬN Môn: NGUYÊN LÝ VÀ MÔ THỨC CÁC HỆ PHÂN TÁN Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Thị Hương Giang Học viên thực hiện: (Nhóm 2) Nguyễn Văn Chiến CB121349 Lê Thị Trang CB120118 Đố Tiến Dũng CB121351 Lớp: Công nghệ thông tin 2 (KT) Chuyên ngành: Công nghệ thông tin (KT) Đề 03:“Mô hình tính toán phân tán rộng khắp (ubiquitous computing)” MỤC LỤC Mục lục 1 Lời nói đầu 2 1. Tổng quan về tính toán phân tán rộng khắp 3 1.1. “Tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous Computing)” là gì ? 3 1.2. Thuộc tính chung của mô hình tính toán phân tán rộng khắp 4 1.3. Tính chất cơ bản của mô hình tính toán phân tán rộng khắp 4 1.3.1. Hệ thống phân tán 4 1.3.2. Tương tác tối thiểu 4 1.3.3. Nhận biết bối cảnh 5 1.3.4. Tự trị 5 1.3.5. Trí tuệ nhân tạo 5 2. Một số ứng dụng liên quan và các vấn đề cần giải quyết trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp 6 2.1. Một số ứng dụng liên quan đến mô hình tính toán phân tán rộng khắp 6 2.1.1. Lưu trữ thông tin cá nhân 6 2.1.2. Lập lịch cho dịch vụ giao thông công cộng 7 2.1.3. Quản lý thực phẩm thông minh 8 2.1.4. Điều khiển các thiết bị gia dụng 8 2.2. Các vấn đề cần giải quyết trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp 9 2.2.1. Các kiến trúc thiết kế 10 2.2.2. Các yêu cầu cơ bản 10 2.2.3. Mô hình tương tác với thế giới xung quanh 12 3. Kết luận 13 2 MỞ ĐẦU Hiện nay, cùng với tốc độ phát triển mạnh mẽ của ngành truyền thông và công nghệ thông tin, máy tính đã trở thành vật không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous computing) là một mô hình tính toán mới nhằm nâng cao khả năng của các máy tính bằng cách kết nối chúng thông qua một môi trường vật lý và làm cho chúng hoạt động trong suốt với người dùng. Không giống với mô hình một người chỉ sử dụng được một thiết bị tại một thời điểm như hiện nay, trong mô hình “Ubiquitous computing”, một người sẽ sử dụng nhiều thiết bị cùng một lúc trong những hoạt động hàng ngày của họ, thậm chí họ không có ý thức về việc mình đang sử dụng những thiết bị đó. Vì vậy, đây có thể gọi là công nghệ “ẩn” đằng sau cuộc sống của con người. Tuy nhiên, hiện nay riêng việc khiến cho các thiết bị hoạt động cùng nhau đã không phải là điều dễ dàng. Mặc dù kết nối băng thông rộng không dây đang được sử dụng khá phổ biến, nhưng vẫn còn chắp vá. Tất cả những điều kiện này vẫn còn khác xa so với cảnh tương tác “mượt mà” giữa con người và các thiết bị kết nối được mô tả trong các bộ phim khoa học viễn tưởng. Trong phạm vi tiểu luận này, nhóm chúng em xin trình bày một cách tổng quát về mô hình tính toán phân tán rộng khắp, đưa ra một số kịch bản, ứng dụng liên quan đến mô hình tính toán mới này và các vấn đề còn tồn tại, cần giải quyết trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp. Do thời gian có hạn, nên bài tiểu luận còn nhiều hạn chế. Chúng em rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của cô giáo Vũ Thị Hương Giang và các bạn trong lớp để bài tiểu luận của nhóm em được hoàn thiện hơn. Qua đây, chúng em xin được gửi lời cảm ơn trân thành đến cô giáo Vũ Thị Hương Giang đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt tiểu luận này. Hà Nội, ngày 04/01/2013 3 1. Tổng quan về tính toán phân tán khắp (Ubiquitous Computing) 1.1. “Tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous Computing)” là gì? Tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous computing) là một khái niệm kỹ thuật để chỉ một xu hướng trong việc phát triển các phương pháp tính toán. Thay vì chúng ta tính toán xử lý trong một chiếc máy tính để bàn hay máy tính xách tay của mình, thì kỹ thuật này sẽ cho phép chúng ta đưa việc tính toán vào chính môi trường sống của mình, hay nói một cách đơn giản là việc tính toán xử lý sẽ được thực hiện mọi lúc mọi nơi. Mark Weiser, người đầu tiên đưa ra khái niệm về tính toán phân tán rộng khắp đã nói:” Tính toán phân tán rộng khắp để chỉ làn sóng thứ ba trong công nghệ tính toán, nó đang bắt đầu. Làn sóng đầu tiên là các máy tính lớn, mỗi máy được chia sẻ bởi nhiều người sử dụng. Còn bây giờ là kỉ nguyên của máy tính cá nhân, nơi mà con người và máy móc không dễ gì hiểu nhau qua giao diện làm việc. Tiếp theo sẽ là tính toán phân tán rộng khắp, hay thời đại của "công nghệ lặng lẽ", khi mà kĩ thuật lùi xuống làm nền cho cuộc sống của chúng ta.” Mark Weiser cũng mô tả rằng: ”hãy tưởng tượng rằng mỗi con người có hàng trăm các thiết bị không dây xung quanh với đủ các kích cỡ khác nhau (màn hình từ cỡ 1 inch cho đến lớn bằng cả bức tường), khi đó đòi hỏi phải có những hệ điều hành mới, những giao diện người dùng mới, những công nghệ mạng, các cách hiển thị mới, và rất nhiều những việc cần làm khác. Đó chính là “tính toán phân tán rộng khắp”. Trong thế giới của tính toán phân tán rộng khắp, sẽ có một công nghệ đồng nhất được áp dụng, nó được triển khai trên tất cả các thiết bị mà ta sử dụng kể cả không gian. Ý tưởng của công nghệ này khẳng định tính toán sẽ trở nên một công cụ hết sức tự nhiên, mạnh mẽ và có ích với tất cả những ai sử dụng nó. Như vây, chúng ta có thể hiểu Ubiquitous computing là một mô hình tính toán nhằm kết nối hoạt động của các thiết bị để nâng cao khả năng đáp ứng với yêu cầu của người dùng. 4 1.2. Các thuộc tính chung của mô hình tính toán phân tán rộng khắp Weiser’s -191 đưa ra 3 thuộc tính nội hàm: - Mô hình tính toán phân tán rộng khắp có thể bao gồm nhiều loại thiết bị khác nhau. - Các thiết bị này được kết nối với nhau để có thể chia sẻ thông tin và cùng phối hợp hoạt động. - Sự trong suốt đối với người dùng. Các thuộc tính mở rộng: - Các thiết bị có thể hoạt động độc lập - tự trị. - Có thể thực hiện nhiều thao tác và tương tác động điều khiển với hệ ra quyết định nội tại trong hệ thống. - Trí tuệ nhân tạo • Các tương tác không đầy đủ hoặc bất định • Các hoạt động cộng tác/cạnh tranh • Các hoạt động liên quan đến ngữ nghĩa, mục tiêu, mục đích, 1.3. Tính chất cơ bản của mô hình tính toán phân tán rộng khắp 1.3.1. Hệ thống phân tán Trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp, các thiết bị được kết nối tạo thành hệ thống phân tán. Mô hình tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous computing) có thể bao gồm nhiều loại thiết bị khác nhau, ví dụ như các sensor, các thiết bị di động, máy tính, nói chung là các thiết bị có Computer built –in. 1.3.2. Tương tác tối thiểu Trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp thì các tương tác với người sử dụng được che giấu. Ubiquitous computing đó là sự trong suốt đối với người dùng. Sự trong suốt ở đây không phải là vấn đề về kích thước của các thiết bị phần cứng mà đó là vấn đề người dùng nhận thức như thế nào về sự có mặt của các thiết bị. Để các thiết bị đó trở nên trong suốt đối với nhận thức của người dùng, sự tương tác giữa người dùng với máy tính phải hướng theo nhiệm vụ mà người dùng muốn thực hiện. Lúc này, thiết bị được thay bằng dạng khác (não nhân tạo, con người nhân tạo), vô hình đối với con người; hay thiêt bị vẫn tồn tại dưới dạng thông thường, nhưng được che giấu, trở thành vô hình: ATM, ECU, ; hoặc thiết bị vẫn tồn tại dưới dạng thông thường, nhưng không thu hút sự chú ý của con người, trở thành một phần cuộc sống con người: VoIP, chat, mobile phone, … 1.3.3. Nhận biết bối cảnh 5 Trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp, các thiết bị được kết nối với nhau để có thể chia sẻ thông tin và cùng phối hợp hoạt động. Vì vậy mà các thiết bị có thể nhận biết được các bối cảnh: - Nhận biết bối cảnh vật lý; - Nhận biết bối cảnh con người (NSD< cá nhân), - Nhận biết bối cảnh ICT 1.3.4. Tự trị Việc quản lý cùng 1 lúc nhiều thiết bị dẫn đến con người bị quá tải, thêm vào đó là khi các thiết bị phức tạp thì con người sẽ khó quản trị. Tính tự trị trong mô hình Ubiquitous computing cần phải có để giải quyết vấn đề trên, hỗ trợ con người quản lý các thiết bị. Giải pháp đưa ra: - Tự động hóa - Nhúng, đóng gói - Bao gồm đầy đủ - Tài nguyên hạn chế - Tự do, không định hình - Tự trị, tự khởi động, tự quản lý - Tự tổ chức, tự phát triển 1.3.5. Trí tuệ nhân tạo Các thành phần trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp cần: - Hoạt động tích cực theo yêu cầu của con người. - Mô hình hóa sự thay đổi của môi trường và đáp ứng lại. - Hướng mục đích/kế hoạch. - Hỗ trợ tính bất định. - Tương tác dựa trên ngữ nghĩa Trên đây là 5 tính chất mà mô hình tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous computing) cần phải có để đảm bảo được vai trò to lớn của mô hình tính toán phân tán mới này. 2. Một số ứng dụng liên quan và các vấn đề cần giải quyết trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp 2.1. Một số ứng dụng liên quan đến mô hình tính toán phân tán rộng khắp. 2.1.1. Lưu trữ thông tin cá nhân Mô hình tính toán phân tán rộng khắp mang lại 1 hiệu quả vô cùng to lớn trong ứng dụng lưu trữ thông tin cá nhân. 6 Hình 2.1.1. Lưu trữ thông tin cá nhân hiện nay Hình 2.1.2. Quản lý theo mô hình tính toán phân tán rộng khắp 2.1.2. Lập lịch cho giao thông công cộng Mô hình tính toán phân tán rộng khắp đã được ứng dụng một cách rộng rãi để giải quyết các bài toán cho giao thông công cộng: - GPS - JIS - Định vị Tag - Định tuyến định vị động - Bến xe động - Kích thước xe động 7 Trong đó, vấn đề định vị đối tượng tính toán phân tán rộng khắp đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới. Kết quả là nhiều công nghệ, phương pháp và hệ thống định vị mới đã ra đời chẳng hạn như các hệ thống định vị sử dụng các công nghệ hồng ngoại, siêu âm, sóng vô tuyến cùng với các phương pháp định vị như phương pháp gần kề, giao khoảng cách, giao gốc Hình 2.1.3. Ứng dựng lập lịch cho giao thông công cộng 8 2.1.3. Quản lý thực phẩm thông minh Ứng dụng mô hình tính toán phân tán rộng khắp trong quản lý thực phẩm. Trong đó: - Cảm biến xác định các tham số của người sử dụng. - Cảm biến xác định chủng loại và số lượng thức ăn. - Phần mềm thông minh xác định các thức ăn phải mua bổ sung. - Tự động mua hàng - Quản lý các thực đơn. Hình 2.1.4. Ứng dụng trong quản lý thực phẩm 2.1.4. Quản lý các thiết bị gia dụng - Tự động tắt - Smart Grid - Các thiết bị tự quản lý lẫn nhau - Thông tin cho người sử dụng 9 Hình 2.1.5. Ứng dụng quản lý các thiết bị gia dụng 2.2. Các vấn đề cần giải quyết trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp Các thiết bị tính toán hiện nay có các đặc điểm sau: - Nhỏ gọn, khả năng tính toán cao, giá thành hạ. - Khả năng hoạt động lâu dài không cần sự can thiệp của con người . - Khả năng xử lý một cách “thông minh” . - Nhận biết thế giới xung quanh. - Điểu khiển thế giới xung quanh. - Một người /nhiều máy tính thay cho nhiều người/một máy tính . Hạ tầng truyền thông - Mạng cục bộ, mạng không dây, mạng di động. - Tốc độ truy cập cao. - Truy cập không phụ thuộc vào vị trí. - Truy cập không phụ thuộc vào phương thức truy cập. Đó chính là những lợi ích ta thấy được trong việc ứng dụng mô hình tính toán phân tán rộng khắp mang lại. Tuy nhiên, để cho các thiết bị hoạt động cùng 10 [...]... còn tồn tại, cần giải quyết trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp Qua đây, ta thấy được ý nghĩa và tiềm năng to lớn của mô hình tính toán phân tán rộng khắp Vì thế, tính toán phân tán rộng khắp đang được nghiên cứu và phát triển cùng với rất nhiều những lĩnh vực của công nghệ thông tin như tính toán phân tán (distributed computing), tính toán di động (mobile computing), tương tác người máy (human-computer... 2.2.2 Các yêu cầu cơ bản Mô hình tính toán phân tán rộng khắp phải đảm bảo được các yêu cầu: - Các thiết bị kết nối phải tạo thành hệ thống phân tán - Phải che giấu các tương tác với người sử dụng - Các thiết bị phải nhận biết bối cảnh Ngoài các yêu cầu cơ bản trên, trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp thì các thiết bị phải hoạt động một cách độc lập và có thể thực hiện nhiều thao tác và tương... Trong UbiComp các công cụ sẽ phải được nâng cao khả năng xử lý và kết nối để đạt được điều này 12 3.Kết luận Do thời gian thực hiện tiểu luận có hạn, nên chúng em mới chỉ trình bày được một cách tổng quát về mô hình tính toán phân tán rộng khắp, đưa ra khái niệm, tính chất của một mô hình phân tán rộng khắp, đưa ra một số kịch bản, ứng dụng liên quan đến mô hình tính toán mới này và các vấn đề còn... băng thông rộng không dây đang được sử dụng khá phổ biến, nhưng vẫn còn chắp vá Để xây dựng mô hình tính toán phân tán rộng khắp đạt được những mục tiêu đã đề ra, thì cần phải giải quyết những vấn đề sau: 2.2.1 Các kiến trúc thiết kế Trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp, đòi hỏi thiết bị thông minh, môi trường thông minh, tương tác thông minh UbiCom System: Các thành phần thông minh Hình 2.2.1... tác động điều khiển vởi hệ ra quyết định nội tại trong hệ thống Hình 2.2.1 Yêu cầu cơ bản của Ubiq Computer 11 2.2.3 Mô hình tương tác với thế giới xung quanh Các phương thức tương tác truyền thống là: chuột, bàn phím, giao diện đồ họa Đây là các phương thức tương tác rất phổ biến và được sử dụng nhiều trong các hệ thống máy tính Một trong những yêu cầu của việc tương tác với hệ thống đó là phải ghi... Khánh, “Công nghệ “ẩn” đằng sau cuộc sống” Báo Bưu điện Việt Nam, số 138, ngày 18/11/2011; [4] Jeffrey Highower and Gaetano Borriello (2001) “Location systems for ubiquitous computing” IEEE Computer, 34(8), pp.57-66; [5] LMark Weiser (1993), “Some computer science issues in ubiquitous computing”, CACM,36(7), pp 74-83; 3 Tài liệu khác [6] Bài giảng môn nguyên lý và mô thức các hệ phân tán của cô Vũ Thị... nhiều các ứng dụng cùng chạy một lúc, các dữ liệu đầu vào cần phải được đưa đến đúng các ứng dụng đó, điều này dẫn đến yêu cầu cần có một giao diện tương tác phức tạp và cần phải có sự chú ý của người dùng trong việc ra quyết định Việc tương tác giữa người dùng và hệ thống trong UbiComp là tương tác hướng nhiệm vụ, nghĩa là người dùng vẫn tương tác với các thiết bị, các công cụ để thực hiện công việc,... Hương Giang [7] R Jason Weiss and J Philip Craiger, “Ubiquitous Computing” April 2002.Vol 39 No4 pp 44 [8] Nguyễn Chấn Hùng “Nghiên cứu và phát triển một số sản phẩm tính toán khắp nơi và di động (Ubiquitous & Mobile Computing) KC.01.10/06-10” Cục thông tin Khoa học Công nghệ Quốc gia; 14 ... cầu của việc tương tác với hệ thống đó là phải ghi lại được những dữ liệu của quá trình tương tác Nếu sử dụng tương tác bằng keyboard và mouse thì dữ liệu nhận được là các ký tự và các tọa độ của con trỏ chuột Ngày nay, tuy có thêm nhiều kiểu tương tác với máy tính nhưng các kiểu tương tác này cũng cố gắng chuyển dữ liệu tương tác về dạng text (như chuyển từ giọng nói sang text, chữ viết bằng bút điện... lẫn và mắc lỗi lớn Ví dụ như với việc nhận dạng chữ viết, mặc dù sự chính xác của hình thức tương tác này có thể lên được đến 98% nhưng nó không bao giờ chính xác một cách hoàn toàn được Khi chúng ta sử dụng tương tác theo kiểu đối thoại thì dù nó có được cải tiến đến đâu thì nó vẫn yêu cầu cần phải có sự chú ý, đối thoại với người dùng Một vấn đề nữa đối với kiểu tương tác này là khi có nhiều các . tán rộng khắp 1.3.1. Hệ thống phân tán Trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp, các thiết bị được kết nối tạo thành hệ thống phân tán. Mô hình tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous computing). rộng khắp 3 1.1. Tính toán phân tán rộng khắp (Ubiquitous Computing) là gì ? 3 1.2. Thuộc tính chung của mô hình tính toán phân tán rộng khắp 4 1.3. Tính chất cơ bản của mô hình tính toán phân. trong mô hình tính toán phân tán rộng khắp. Qua đây, ta thấy được ý nghĩa và tiềm năng to lớn của mô hình tính toán phân tán rộng khắp. Vì thế, tính toán phân tán rộng khắp đang được nghiên cứu và