điện toán đám mây trong thiết bị di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC & KỸ THUẬT MÁY TÍNH BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH MÔN TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY TRONG THIẾT BỊ DI ĐỘNG GVHD: TS. Phạm Trần Vũ SVCH: Vũ Quốc An (13070219) TP. HỒ CHÍ MINH, 05/2014 ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY TRONG DI ĐỘNG Abstract Những chiếc smartphones hiện nay có thể cung cấp lượng ứng dụng phong phú, trong đó có những ứng dụng yêu cầu rất nhiều về tốc độ xử lý. Đây là một thách thức, điện thoại là thiết bị giới hạn về sức mạnh xử lý, bộ nhớ, lưu trữ và năng lượng. May mắn thay, công nghệ điện toán đám mây có thể giúp lập trình di động vượt qua những vấn đề về hiệu xuất ( như pin, lưu trữ, băng thông ), môi trường (bất đồng nhất, khả năng mở rộng, thời gian hoạt động) và bảo mật ( độ tin cậy, tính riêng tư ) trong điện toán di động. Bài báo cáo này thống kê về MCC ( mobile cloud computing ), giúp người đọc có một cái nhìn chung về MCC về cả định nghĩa, kiến trúc và ứng dụng. Những vấn đề, giải pháp và cách tiếp cận hiện có. Và cuối cùng là những hướng nghiên cứu hiện nay của MCC. I. Giới thiệu: Thiết bị di động dần trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống của con người, một dụng cụ liên lạc tiện lợi không bị giới hạn bởi không gian và thời gian. Người dùng di động đucợ trải nghiệm nhiều loại dịch vụ từ những phần mềm di động (mobile app, hay iPhone app, google app ), chạy trên thiết bị hoặc server qua mạng không dây. Sự phát triển nhanh chóng của điện toán di động ( mobile computing – MC ) trở thành một xu hướng phát triển mạnh mẽ trong ngành IT cũng như thương mại. Tuy nhiên, thiết bị di động hiện nay gặp phải nhiều vấn đề trong tài nguyên ( thời lượng pin, lưu trữ, băng thông ) và kết nối ( tính di động và bảo mật ). Giới hạn này ngăn trở việc phát triển chất lượng dịch vụ. Điện toán đám mây ( cloud computing – CC ) được thừa nhận là cơ sở hạ tầng của điện toán tương lai. Lợi thế của CC là cho người dùng sử dụng cơ sở hạ tầng ( máy chủ, mạng và lưu trữ ), nền tảng ( dịch vụ trung gian và hệ điều hành ), và phần mềm của những nhà cung cấp dịch vụ cloud ( Google, Amazon, Saleforce) với mức phí thấp. Hơn nữa, CC cho phép người dùng tùy nghi co giãn lượng tài nguyên sử dụng theo yêu cầu. Chính điều này rút ngắn thời gian phát triển của mobile app mà không mất nhiều cong sức quản lý hay tương tác với nhà cung cấp dịch vụ. Với sự bùn nổ của mobile app và sự trợ giúp của CC cho những dịch vụ phong phú cho người dùng, điện toán đám mây cho di động ( Mobile cloud computing – MCC ) được giới thiệu là một sự kết hợp của điện toán đám mây vào môi trường di động. MCC đem đến một loại hình dịch vụ và phương tiện cho phép người dùng di động được tận hưởng lợi ích của CC. II. Toàn cảnh về điện toán đám may trên di động: Cụm từ “điện toán đám mây trên di động – Mobile Cloud Computing” được giới thiệu không lâu sau khái niệm “cloud computing” ra đời vào giữa 2007. Nó đã thu hút nhiều sự chú ý từ các doanh nghiệp do tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu và phí vận hành của cho một mobile app, hay như về phía người dùng như là một công nghệ mới cho phép trải nghiệm nhiều dịch vụ trên di động giá rẻ, cũng như những nhà nghiên cứu như là một giải pháp hứa hẹn cho công nghệ thông tin xanh. Phần này sẽ giới thiệu sơ lược về định nghĩa, kiến trúc và ưu điểm của MCC. A. Điện toán đám mây trên di động là gì? Nói một cách ngắn gọn, MCC cung cấp cho người dùng di động khả năng xử lí dữ liệu và dịch vụ lưu trữ trên clouds. Thiết bị di động không nhất thiết phải có cấu hình mạnh ( tốc độ CPU, hay dung lượng memory) vì tất cả những thành phần phức tạp của mobile app được sử lí trên cloud. B. Kiến trúc MCC: Hình 1-Kiến trúc của mô hình mobile cloud computing Từ khái niệm MCC, một kiến trúc tổng thể của MCC có thể xem trên hình. Trong hình, thiết bị di động được kết nối với mạng di động thông qua trạm thu sóng ( trụ phát sóng, access point, hoặc vệ tinh ) và thiết lập kết nối ( kết nối không dây ) và giao diện giữa mạng và thiết bị di động. Người dùng sẽ phát đi một yêu cầu ( request ), thông tin ( ID và vị trí ) sẽ được truyền qua trung tâm xử lý qua đó kết nối tới máy chủ cung cấp dịch vụ mang di động. Tại đây, nhà mạng cung cấp cung cấp dịch vụ cho người dùng qua hình thức AAA ( Authentication – xác nhận, authorization – phân quyền, accounting – tính phí) dựa vào dữ liệu của người dùng được lưu trữ trong database. Sau đó request của người dùng sẽ được đưa vào cloud thông qua mạng. Trong cloud, cloud controller ( thành phần điều phối cloud ) sử lý request để cung cấp cho người dùng dịch vụ cloud tương ứng. Những dịch vụ này được phát triển trên cơ sởđiện toán theo nhu cầu, ảo hóa, và kiến trúc nghiêng về dịch vụ ( như web, app, database server). Chi tiết kiến trúc của cloud có thể khác nhau trong những ngữ cảnh khác nhau. Bài viết này chỉ đề cập đến kiến trúc phân tầng của cloud computing. Kiến trúc này thường được dùng để minh họa cho độ hiệu quả của mô hình CC đáp ứng yêu cầu người dùng. Nhìn chung, CC là hệ thống mạng phân bố cỡ lớn dựa trên một số máy chủ ở data centers. Dịch vụ cloud thường được phân loại theo tầng (hình 2). Ở phía trên của mô hình, cơ sở hạ tầng là dịch vụ ( Infrastructure as a Service,IaaS ), nền tảng là dịch vụ (Platform as a Service, PaaS) và phần mềm là dịch vụ (SaaS). Mặc dù kiến trúc CC được chia thành 4 lớp như hình 2, không nhất thiết là lớp trên phải được xây dựng dựa trên lớp dưới kề nó. Ví dụ ứng dụng SaaS có thể triển khai ngay trên IaaS, thay vì PaaS. Hơn nữa có những dịch vụ có thể được kết hợp từ nhiều hơn một lớp. Ví dụ Dịch vụ lưu trữ có thể xem là thuộc về IaaS hay PaaS. Với mô hình kiến trú này, người dùng có thể sử dụng dịch vụ một cách linh động và hiệu quả. Hình 2- Kiến trúc tầng của cloud computing C. Ưu điểm của điện toán đám mây trên di động: CC được xem là giải pháp hứa hẹn cho điện toán di động vì nhiều lí do ( khả di động, liên lạc và, đa nền tảng). Sau đây là những cách mà cloud có thể dùng để giải quyết những vấn đề của điện toán di động: 1) Tăng thời lượng pin: Pin là mối quan tâm hàng đầu của dịch vụ di động. Có nhiều giải pháp để cải thiện hiệu xuất CPU, và quản lý đĩa và màn hình một cách thông minh để tiết kiệm pin. Tuy nhiên những giải pháp này cần thay đổi kiến trúc của thiết bị di động, hay cần một phần cứng mới và làm tăng giá thành và không thích hợp cho mọi thiết bị di động. Kĩ thuật computation offloading ( tạm dịch giảm tải ) được đề xuất, mục tiêu là di chuyển những thành phần xử lý phức tạp ra khỏi những thiết bị xử lý yếu ( ở đây là thiết bị di động ) tới những thiết bị xử lý tốt hơn ( ở đây là máy chủ trên clouds). Việc này tránh thực hiện những xử lý phức tạp trên thiết bị di động giúp cho tiết kiệm được nhiều pin. Một số báo cáo cho thấy thời lượng pin có thể tiết kiệm đến 45% đối với nhân ma trận, 41% cho xử lý ảnh và 27% cho games và 45% cho phần mêm đánh cờ. 2) Tăng khả năng lưu trữ và sức mạnh xử lý: Lưu trữ cũng là một vấn đề của thiết bị di động. MCC cho phép người dùng lưu trữ dữ liệu lớn trên cloud thông qua mạng. Ví dụ như Amazone Simple Storage Service ( Amazone S3 ) hỗ trợ lưu trữ dữ liệu. Hay Image Exchange sử dụng không gian lưu trữ trên mây cho người dùng. Với cloud, người dùng có thể tiết kiệm lượng lớn năng lượng và không gian lưu trữ trên thiết bị vì tất cả hình ảnh đều được gửi lên và xử lí trên clouds. MCC cũng giúp giảm chi phí cho những phần mềm nặng về xử lý, cần nhiều thời gian và năng lượng nếu chỉ chạy trên những thiết bị giới hạn tài nguyên. CC hỗ trợ hiểu quả những tác vụ như xử lý kho dữ liệu, quản lý và đồng bộ hóa văn bản online. Ví dụ clouds có thể giải mã, chơi cờ hay phát tán dịch vụ multimedia cho thiết bị di động. Trong tất cả những trường hợp này, những tính toán phức tạp như giải mã hay tính toán nước đi mất rất nhiều thời gian trên thiết bị sẽ được xử lý nhanh chóng trên cloud. 3) Tăng độ tin cậy: Lưu trữ dữ liệu và chạy ứng dụng trên cloud là một cách hiệu quả tăng độ tin cậy vì dữ liệu và phần mềm được lưu trữ trên nhiều máy tính, giảm khả năng dữ bị mất trên thiết bị. Hơn nữa, MCC được thiết kế theo mô hình bảo mật dễ hiểu cho cả nhà cung cấp dịch vụ và người dùng. Ví dụ, Cloud có thể dùng để bảo vệ bản quyền nội dung số (video, clip, và âm nhạc) khỏi bị lạm dụng và phát tán. Hơn nữa cloud có thể cung cấp một số dịch an ninh từ xa như: quét virus, phát hiện code xấu, và định danh ( authentication ). Thêm nữa, những dịch vụ an ninh cloud này có thể xử dụng thông tin từ nhiều người dùng càng làm tăng thêm tính hiệu quả của dịch vụ. Ngoài ra, MCC cũng thừa kế những ưu điểm của clouds cho dịch vụ di động như sau: • Cung cấp động: Cung cấp tài nguyên động giúp nhà cung cấp dịch vụ linh động trong việc chạy ứng dụng mà không cần dự trữ nhiều tài nguyên. • Tính khả mở rộng: Triển khai phần mềm di động có thể thực hiện và mở rộng tùy ý để đáp ứng được nhu cầu khó nắm của người dùng nhờ vào linh động trong việc cấp phát tài nguyên. Người dùng dịch vụ có thể dễ dàng them hay mở rộng dịch vụ mà không bị giới hạn về tài nguyên. • Dễ tích hợp: Nhiều dịch vụ từ nhiều nhà cung cấp có thể dễ dàng tích hợp thông qua cloud và internet để đáp ứng nhu cầu người dùng. IV. Các vấn đề và cách giải quyết trong MCC: Như đã nói ở phần trước MCC có nhiều lợi thế cho người dùng di động và nhà cung cấp dịch vụ. Tuy nhiên, vì tích hợp hai lĩnh vực khác nhau – điện toán đám mây và mạng di động, MCC gặp nhiều vấn đề về kĩ thuật. Phần này sẽ liệt kê một số vấn đề trong MCC, liên quan đến kết nối di động và cloud computing. Sau đó là nhìn qua một số giải pháp được đề xuất. A. Vấn đề phía kết nối di động: 1) Băng thông kém: Băng thông là một trong những vấn đề lớn trong MCC vì sóng radio cho kết nối không dây giới hạn hơn kết nối có dây truyền thống. Một giải pháp đề ra chia sẻ băng thông giữa những người dùng trong cùng một vùng địa lý ( nơi làm việc, sân vân động, trạm xe ) dùng chung một nội dung ( như file video ). Tuy nhiên giải pháp này chỉ dùng cho những vùng mà người dùng cùng xem một nội dung. Tuy nhiên, cần phải nhắc đến với công nghệ truyền thông phát triển nhanh chóng như hiện nay, công nghệ 4g đang dần thiết lập ở các nước phát triển, vấn đề về băng thông trên thiết bị di động đang phần nào được giải quyết. 2) Tính sẵn dùng: Vấn đề về tính sẵn dùng nghiêm trọng hơn trên MCC so với CC truyền thống. Người dùng di động có thể không kết nối với cloud được do nghẽn mạng, đứt mạng, hay mất sóng. Một trong những giải pháp đê ra là dùng một cơ chế để tìm những node xung quanh người dùng. Và người dùng cloud có thể kết nối gián tiếp qua cloud qua những node này. Tuy nhiên giải pháp không tính đến tính khả chuyển, khả năng của thiết bị và tính riêng tư của các node xung quanh. Một lần nữa với cơ sở hạ tầng mạng phát triển nhanh chóng như hiện nay vấn đề về tính sẵn dùng có thể sẽ được giải quyết triệt để hơn. Thay vì những giải pháp phức tạp được đề ra. 3) Tính bất đồng bộ: MCC được sử dụng trong một hệ thống mang tính bất đồng bộ cao trong giao diện mạng không dây. Những nodes mobile khác nhau kết nối với cloud qua những công nghệ không dây khác nhau như: WCDMA, GPRS, WiMAX, CDMA2000 và WLAN. Điều này nảy sinh một vấn đề làm sao để xử lý vấn đề kết nối và thỏa mãn các yêu cầu của MCC ( như là luôn luôn kết nối, khả mở rộng kết nối không dây theo yêu cầu, và tiết kiệm năng lượng). Có một giải pháp đề xuất một kiến trúc chiến lược kết nối thông minh để đạt yêu cầu của phần mềm. Kiến trúc này đề xuất sẽ quản lý ngữ cảnh, qua đó đưa ra chiến lược kết nối hiệu quả nhất. Hình 3 cho thấy kiến trúc này gồm 3 thành phần chính context broker, context provider và context customer. Khi context consumer muốn kết nối với context provider, context customer sẽ yêu cầu URI từ context providers từ context broker. Sau đó context customer sẽ trực tiếp kết nối với context Provider. Bước ở trên giúp tăng tốc truyển tải dữ liệu. Thêm nữa context customer có yêu cầu chất lượng về context, context broker sẽ loại bỏ những URI không thích hợp về mặt chất lượng. Nhờ đó kiến trúc này cho phép quản lý chất lượng theo yêu cầu của context consumer. Hình 3-mô hình quản lý context B. Những vấn đề phía tính toán: 1) Giảm tải: Như đã giải thích ở trên, giảm tải là tính năng chính của MCC tăng thời gian pin cho thiết bị di động và tăng hiệu suất của phần mềm. Tuy nhiên, có nhiều vấn đề liên quan đến giảm tải động khi môi trường thay đổi. a) Giảm tải trong môi trường tĩnh: Giảm tải không phải lúc nào cũng là một giải pháp tiết kiệm pin. Ví dụ như biên dịch, giảm tải sẽ cần nhiều pin hơn so với sử lí tại thiết bị nếu lượng code ít. Một ví dụ khác như ứng dụng Gaussian đưa toàn bộ ma trận lên hệ thống. Chỉ tính về năng lượng, năng lượng tiêu thụ nhiều hơn đối với ma trận nhỏ ( 500x500 ), trong khi đối với ma trận lớn có thể tiết kiệm lên đến 45% năng lượng. Vì thế một vấn đề quan trọng trong giảm tải nên giảm tải phần nào của ứng dụng để tăng hiệu suất pin. Thêm nữa các công nghệ wireless khác nhau cũng tiêu thụ lượng năng lượng khác nhau và tốc độ truyền tài khác nhau. Những yếu tố này cũng cần được tính đến. Có rất nhiều giải pháp đưa ra nhằm giải quyết vấn đề này. Phần lớn liên quan đến các phương cách lượng giá độ phức tạp của giải thuật, kết hợp với ngữ cảnh thiết bị để tính toán lượng điện năng tiêu thụ. Nhưng phần lớn những giải pháp này phức tạp và gặp nhiều overhead nên ít được áp dụng trong thực tế. b) Giảm tải trong môi trường động: Đối với môi trường động ( thay đổi tình trạng kết nối và băng thông ) gây ra thêm một số vấn đề: Dữ liệu truyền đi không đến được nơi đến, hay dữ liệu từ phía máy chủ bị mất và không truyền được đến người nhận. 2) Bảo mật: Bảo vệ sự riêng tư của người dùng là chìa khóa thiết lập và duy trì niềm tin của người dùng vào nền tảng di động, đặc biệt là với MCC. a) Bảo mật cho người dùng: thiết bị di động như điện thoại, PDA, smart phone thượng gặp nhiều nguy hiểm từ code xấu ( vd: virus, worm, Trogian) và những lỗ hổng. Thêm nữa, những điện thoại có tích hợp GPS, có thể gặp thêm vấn đề về tính riêng tư. Hai vấn đề có thể giải quyết như sau: • Bảo mật bằng ứng dụng: cài đặt phần mềm an ninh như Kaspersky, McAfee, hay AVG trên thiết bị là cách đơn giản nhất để phát hiện mối đe dọa bảo mật. Tuy nhiên điện thoại bị giới hạn về khả năng tính toán, bảo vệ những thiết bị này khó hơn là bảo vệ máy tính mạnh hơn. Ví dụ, không thể để chương trình diệt virus chạy liên tục trên thiết bị di động. Một giải pháp được đề ra là xử dụng khả năng phát hiện lỗ hổng của cloud. Mô hình này là cách mở rộng của dịch vụ nền tảng Cloud AV cho phép thiết bị trong cloud phát hiện malware. • Tính riêng tư: Với ưu thế từ định vị GPS, nhiều người dùng sử dụng dịch vụ dựa trên định vị (Location Base Servcie – lbs ) ngày càng tăng. Tuy nhiên LBS gặp phải vấn đề về khi người dùng cung cấp vị trí của họ. Vấn đề này tệ hơn nữa khi đối thủ biết được thông tin quan trọng của người dùng. Một giải pháp cho vấn đề này là máy chủ vị trí tin tưởng ( Location trusted server ). Sauk hi nhận được request của người dùng, LTS sẽ thu thập thông tin về vị trí của một vùng nào đó và che dấu thong tin gọi là [...]... là xử dụng thêm một dịch vụ tin cậy thứ ba Mô hình này có ba giai đoạn: khởi tạo, cập nhật và xác thực Trong giai đoạn thứ nhất, tập tin (Fx) được gửi về cloud sẽ được gán cho một mã định danh (MAC – Fx) Những mã định danh này được lưu trên thiết bị di động, trong khi file sẽ được lưu trên cloud Trong giai đoạn cập nhật, khi người dùng muốn thêm dữ liệu vào file Fx Cloud sẽ chuyển file Fx này đến cho... mệnh lệnh để decode Khi decode thành công người dùng có thể xem nội dung này Điểm yếu của giải pháp này là nó chỉ áp dụng cho sim card nên nó không áp dụng cho những thiết bị khác được, ví dụ như lap top dùng wifi V Kết luận: Điện toán đám mây là xu hướng công nghệ của tương lai vì nó mang cả ưu thế của mobile computing lẫn cloud computing, vì thế cung cấp dịch vụ tối ưu cho người dùng Với tầm quan trọng... thanh, ebook) thường bị ăn cắp và phát tán bất hợp pháp Bảo vệ những nội dung này khỏi bị truy cập bất hợp pháp là một vấn đề quan trọng với những nhà cung cấp nội dung trong MCC Một giải pháp mang tên Phospho được đề xuất, một mô hình quản lý quyền số bằng simcard để tăng tính khả chuyển và giảm bớt lỗ hổ bảo mật với giá thành thấp Tác giả thiết kế một License State Word (LSW) ở trong sim card và LSW... tiếp cận cũng đã được thảo luận REFERENCES [1] Hoang T Dinh, Chonho Lee, Dusit Niyato, and Ping Wang, “A Survey of Mobile Cloud Computing: Architecture, Applications, and Approaches” in Wireless Communications and Mobile Computing Wiley[2] Mobile cloud, http://cloudtimes.org/mobile-cloud/ (visited 5/2/2014) [3] Mobile cloud computing, http://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_cloud_computing (visited 5/2/2014) . THUYẾT TRÌNH MÔN TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY TRONG THIẾT BỊ DI ĐỘNG GVHD: TS. Phạm Trần Vũ SVCH: Vũ Quốc An (13070219) TP. HỒ CHÍ MINH, 05/2014 ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY TRONG DI ĐỘNG Abstract Những. và phương tiện cho phép người dùng di động được tận hưởng lợi ích của CC. II. Toàn cảnh về điện toán đám may trên di động: Cụm từ điện toán đám mây trên di động – Mobile Cloud Computing” được. linh động và hiệu quả. Hình 2- Kiến trúc tầng của cloud computing C. Ưu điểm của điện toán đám mây trên di động: CC được xem là giải pháp hứa hẹn cho điện toán di động vì nhiều lí do ( khả di động,