Hệ thống quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây

Hệ thống quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN

NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Lớp: CN DTTT2-K56 SHSV: 20116137

Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN VIỆT ANH

Hà Nội, 5/2015

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Tên đồ án:

………

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)

1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp

thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

thống

1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết

quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp

lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng

phát minh sáng chế

5

10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế

khác về chuyên ngành như TI contest

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh

thần làm việc của sinh viên)

Ngày: / /201

Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và

các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như

phạm vi ứng dụng của đồ án

1 2 3 4 5

2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5

3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5

4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp

thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ

thống

1 2 3 4 5

6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết

quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng 1 2 3 4 5

7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa

kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp

lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong

tương lai

1 2 3 4 5

Kỹ năng viết (10)

8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương

logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được

đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án,

có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu

chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có

trích dẫn đúng quy định

1 2 3 4 5

9 Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa

học, lập luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải

SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên

nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở

lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế

khác về chuyên ngành như TI contest

2

10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0

Điểm tổng quy đổi về thang 10

3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô

Ngày: / /201 Người nhận xét

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay nhu cầu về tiết kiệm năng lượng trở nên hết sức cấp thiết, trong đó việc đo lường tiêu thụ năng lượng điện là một trong các yếu tố để kích thích việc tiết kiệm Theo các nghiên cứu trên thế giới, nếu người dùng biết được lượng điện tiêu thụ trong thời gian thực và nhận được các cảnh báo đúng thời điểm thì có thể tiết kiệm từ 5-20% tiêu thụ

Để góp phần triển khai thành công Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, ngày 08/11/2012 Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt đề án phát triển Lưới

điện Thông minh tại Việt Nam, với mục tiêu: “Phát triển lưới điện thông minh với

tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu

tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững”.

Như vậy, có thể thấy Việt Nam không đứng ngoài xu thế chung của thế giới

về sử dụng năng lượng hiệu quả và phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, và việc phát triển các giải pháp cho phép quản lý, sử dụng hiệu quả năng lượng đồng thời

có khả năng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo là nhu cầu cấp bách đối với nền kinh tế Việt Nam trong giai đoạn hiện nay

Ý thức được các nhu cầu của xã hội cùng với xu hướng công nghệ của thế

giới, em đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Hệ thống quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây” và đã đạt được một số kết quả hứa hẹn Tuy nhiên do thời gian và

trình độ có hạn, đồ án không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo cùng các bạn

- Bước đầu đánh giá được hiệu năng hoạt động của hệ thống

Để thiết kế và xây dựng thành công hệ thống QLNL trên nền Điện toán đám mây,

- Triển khai thực nghiệm dựa trên các mô hình chạy thật.

- Giả lập môi trường với số lượng tải lớn, đo và tính toán hiệu năng, thời gian đáp ứng của hệ thống Từ đó đánh giá hiệu năng hệ thống

- Sử dụng hạ tầng Điện toán đám mây của Microsoft với khả năng mở rộng không giới hạn kích cỡ hệ thống

Đồ án được tổ chức thành 4 chương như sau:

Chương 1: Nghiên cứu khái quát về Quản lý năng lượng và Điện toán đám

mây Phân tích các mô hình quản lý năng lượng hiện có và xu hướng công nghệ của thế giới

Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống phần mềm Quản lý năng lượng, phân

tích nhu cầu của người dùng từ đó đưa ra giải pháp mô hình sử dụng hạ tầng đám mây

Chương 3: Xây dựng giao thức kết nối các thiết bị phần cứng và hệ thống

phần mềm QLNL, tích hợp hệ thống phần mềm quản lý năng lượng trên máy chủ ảo hóa,

Chương 4: Đưa ra các kết quả nghiên cứu, phương pháp thử nghiệm và đánh

giá hoạt động của hệ thống

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

MỤC LỤC 1

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC HÌNH VẼ 1

DANH MỤC BẢNG 1

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 3

1.1 Quản lý năng lượng 3

1.2 Tổng quan về Điện toán đám mây 8

1.3 S.M.A.C – Nền tảng phát triển công nghệ thông minh 15

1.4 Nền tảng dịch vụ Microsoft Azure 17

1.5 Kết luận 26

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG 27

2.1 Thiết kế phần mềm 28

2.2 Thiết kế hạ tầng đám mây 45

2.3 Kết luận 48

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN NỀN ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY 49

3.1 Hệ thống thiết bị đầu cuối 49

3.2 Xây dựng hệ thống dịch vụ quản lý năng lượng GEMS 55

3.3 Kết luận 57

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 58

4.1 Kết quả nghiên cứu 58

4.2 Phương pháp thử nghiệm đánh giá hệ thống 60

4.3 Một số kịch bản thử nghiệm 63

4.4 Kết luận 76

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A

B BEMS Building Energy Management System Hệ thống QLNL tòa nhà

GEMS Green Energy Management System Hệ thống QLNL xanh

H HEMS Home Energy Management System Hệ thống QLNL cho hộ gia đình

HVAC Heating, ventilation and air

conditioning

Sưởi ấm, thông gió và điều hóa không khí

I IaaS Infrastructure as a Services Hạ tầng như dịch vụ

ICN Information Centric Network

IoT Internet of Things

M

PaaS Platform as a Services Nền tảng như dịch vụ

S SaaS Software as a Services Phần mềm như dịch vụ

SMAC Social-Mobility-Analysis-Cloud Nền tảng phát triển thông minh

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Mô hình HEMS 4

Hình 1-2: Mô hình hệ thống HEMS kết nối tới lưới điện thông minh 5

Hình 1-3: Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà BEMS 6

Hình 1-4: Các thành phần chính của BEMS 7

Hình 1-5: Các ứng dụng đám mây 9

Hình 1-6 Mô hình kiến trúc 10

Hình 1-7: SaaS cung cấp dịch vụ cho khách hàng 11

Hình 1-8: PaaS cho phép khách hàng truy cập vào một nền tảng trên nên điện toán đám mây 12

Hình 1-9: IaaS cho phép nhà cung cấp dịch vụ thuê những tài nguyên phần cứng 14

Hình 1-10: Khái niệm S.M.A.C 15

Hình 1-11: Azure Services Platform 18

Hình 1-12: Windows Azure cung cấp dịch vụ tính toán và lưu trữ cho ứng dụng đám mây 19

Hình 1-13: SQL Azure cung cấp các dịch vụ định hướng dữ liệu trong đám mây 20

Hình 1-14: Windows Azure platform AppFabric cung cấp cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây được sử dụng bởi ứng dụng đám mây và ứng dụng on-premise .21

Hình 1-15: Các thành phần của Window Azure 22

Hình 1-16: Các loại thực thể của Compute Service 23

Hình 1-17: Dịch vụ lưu trữ trong Window Azure 25

Hình 2-18: Kiến trúc hệ thống quản lý năng lượng 29

Hình 2-19: Biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) của giao thức GS-GEMS 32

Hình 2-20: Biểu đồ tuần tự (Sequence Diagram) của giao thức truyền giữa .34

Hình 2-21: Sơ đồ kết nối CSDL 35

Hình 2-22: Sơ đồ Usecase hệ thống 43

Hình 2-23: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý người dùng 43

Hình 2-24: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý thiết bị 44

Hình 2-25: Sơ đồ Usecase chức năng quản lý giá điện 44

Hình 2-26: Pizza như một dịch vụ 46

Hình 2-27: Mô hình hệ thống chưa ảo hóa 47

Hình 2-28: Mô hình dịch vụ Quản lý năng lượng trên nền ảo hóa 48

Hình 3-29: Thiết bị đo thông minh Green Meter 50

Hình 3-30: Sơ đồ khối của thiết bị GREEN METER 50

Hình 3-31: Thiết bị Green Gate 51

Hình 3-32: Sơ đồ khối sản phẩm GREEN GATE 52

Hình 3-33: Thiết bị đo và chấp hành thông minh Green Socket 53

Hình 3-34: Sơ đồ khối của sản phẩm GREEN SOCKET 54

Hình 3-35: Mô hình hạ tầng ảo hóa 55

Hình 3-36: Cấu hình máy ảo Window Server 2012 56

Hình 3-37: Cân bằng tải tự động theo CPU hệ thống 57

Hình 4-38: Giao diện giám sát hệ thống 58

Hình 4-39: Giao diện điều khiển thiết bị 59

Hình 4-40: Giao diện quản trị hệ thống 59

Hình 4-41: Giao diện quản trị người dùng 59

Hình 4-42: Giao diện quản lý thiết bị 60

Hình 4-43: Giao diện quản lý giá điện 60

Hình 4-44: Mô hình kết nối hệ thống 61

Hình 4-45: Mô hình thử nghiệm thực tế 62

Hình 4-46: Thử nghiệm dữ liệu thu được với thiết bị GM và tải lập trình được 63

Hình 4-47: Thử nghiệm điều khiển bật tắt thiết bị qua internet 65

Hình 4-48: Mô hình QLNL cho tòa chung cư mini 72

Hình 4-49: Phần mềm giả lập mạng 73

Hình 4-50: Kết quả hiệu năng hoạt động hệ thống với tải lớn 74

Hình 4-51: Cấu hình tự động điều chỉnh cân bằng tải hệ thống 75 Hình 4-52: Máy ảo tự động được tắt khi CPU máy chủ giảm 76 Hình 4-53: Máy ảo tự động được tắt đi 76

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2-1: dataRT 35

Bảng 2-2: devices 36

Bảng 2-3: devicegroups 37

Bảng 2-4: controlling_status 37

Bảng 2-5: controlling_type 38

Bảng 2-6: controlling_image 38

Bảng 2-7: electricity_prices 38

Bảng 2-8: electricity_prices_groups 39

Bảng 2-9: statistic 39

Bảng 2-10: Lớp người dùng và các thuộc tính 42

Bảng 4-11: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GM 64

Bảng 4-12: Thử nghiệm dữ liệu thu được từ thiết bị đo GS 66

Bảng 4-13: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị GM 67

Bảng 4-14: Bảng đánh giá mức độ hài lòng của người dùng (MOS) đôi với thiết bị GS 68

Bảng 4-15: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Front-end 69

Bảng 4-16: Thử nghiệm chức năng hệ thống phần mềm Back-end 70

PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay hệ thống quản lý năng lương (EMS) đang trở lên phổ biến, phục vụ cho không chỉ các tòa nhà mà cả các hộ gia đình, thậm chí cả các mạng điện nhỏ (microgrid) Đối với các hệ thống quy mô nhỏ và vừa HEMS (Home Energy Management System) hoặc BEMS (Building Management System) vẫn chỉ là những dịch vụ nhỏ lẻ theo từng giải pháp với giá thành cao Trong khi đó, các hệ thống QLNL có thể dùng chung hạ tầng CNTT để giảm chi phí vận hành và chi phí đầu tư ban đầu, thậm chí có thể dùng dưới dạng dịch vụ thay cho việc đầu tư cả hệ thống đầy đủ Các thiết bị phần cứng có thể sử dụng nền tảng mã nguồn mở, khi đó giá trị thu được cho các nhà cung cấp giải pháp không phải là Hardware mà là “dịch vụ”, khi đó các thiết bị phần cứng sẽ tự tương thích với nhau theo một chuẩn chung

Ý tưởng này đã từng được Google và Micsoft thử nghiệm với các dự án Google Power Meter & Microsoft Ohm vào những năm 2008-2009 Tuy nhiên các

dự án này chưa được thành công như mong muốn do nhiều nguyên nhân, ví dụ như: công nghệ lưới điện thông minh và BigData chưa phổ biến và thị trường Quản lý năng lượng chưa sẵn sàng cho những cải tiến công nghệ đột phá Hiện nay, khi lưới điện thông minh đã trở thành một trào lưu mới của thế giới thì nhiều công ty công nghệ hàng đầu của thế giới như Cisco, IBM, Google, Microsoft đã có những chiến lược để tiếp cận thị trường đầy tiềm năng này

Trong một vài năm trở lại đây, ngành CNTT thế giới đang sôi động với xu

hướng công nghệ S.M.A.C được hình thành dựa trên sự hội tụ của 4 thành tố: S -

Social (xã hội), M - Mobility (di động), A - Analytics (phân tích dữ liệu lớn) và C - Cloud (điện toán đám mây) Đó là nền tảng lý tưởng cho việc phát triển các ứng

dụng quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây để chuẩn bị cho trào lưu Lưới

điện thông minh - SmartGrid, được coi như cuộc cách mạng internet trong ngành

năng lượng (Internet of Energy)

Nhận thức được xu hướng đó, em đã lựa chọn đề tài “Hệ thống quản lý năng lượng trên nền điện toán đám mây” với mục tiêu là xây dựng một hạ tầng

(S.M.A.C) để cung cấp dịch vụ QLNL hướng đến một nền tảng SmartGrid trong tương lai Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể là:

- Xây dựng hạ tầng hỗ trợ BigData

- Cung cấp nền tảng cho dịch vụ QLNL và các ứng dụng GTGT

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU VỀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỆN

TOÁN ĐÁM MÂY 1.1 Quản lý năng lượng

1.1.1 Khái niệm Hệ thống Quản lý năng lượng

Hệ thống Quản lý năng lượng là một hệ thống máy tính được thiết kế dành riêng cho điều khiển tự động và giám sát các thiết điện có mức tiêu thụ năng lượng đáng kể như hệ thống điều hòa, thông gió và hệ thống đèn chiếu sáng trong một tòa nhà Phạm vi có thể mở rộng từ một tòa nhà đến một nhóm các tòa nhà như trường học, văn phòng, trung tâm thương mại hoặc các nhà máy Phần lớn các hệ thống quản lý năng lượng còn cho phép đo lường các thông số tiêu thụ điện, nước và khí gas Các thông số đo được có thể được sử dụng để đưa ra các phân tích và dự đoán

về lượng điện sử dụng trong tương lai, từ đó đưa ra phương án sử dụng năng lượng một cách tối ưu và hiệu quả

Hệ thống Quản lý năng lượng cũng thường được sử dụng cho các tổ chức, cá nhân, cơ quan, … để theo dõi, đo lường và kiểm soát điện năng tiêu thụ Từ đó có thể phát hiện sớm lãng phí điện năng và nâng cao ý thức sử dụng tiết kiệm điện

1.1.2 Các mô hình Quản lý năng lượng

1.1.2.1 Hệ thống quản lý năng lượng trong nhà (HEMS)

Một trong những giải pháp phát triển nhanh nhất trong thời kỳ lưới điện thông minh (Smart Grid) là quản lý năng lượng trong nhà Một trong những yếu tố then chốt của chiến lược kinh doanh hướng tới lưới điện thông minh là “năng lượng hiệu quả” (Energy Efficiency) và “Đáp ứng nhu cầu” (Demand Response)

Với chi phí năng lượng ngày càng tăng cao và nhu cầu sử dụng năng lượng của con người vượt xa khả năng cung cấp điện của ngành điện lực, người tiêu dùng trên thế giới đang tìm cách để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của họ và muốn thực hiện điều đó một cách dễ dàng và đơn giản nhất có thể HEMS cung cấp cho người dùng một con đường để theo dõi và kiểm soát chi phí năng lượng của họ

Hình 1-1: Mô hình HEMS HEMS là một hệ thống bao gồm các sản phẩm hoặc dịch vụ giám sát, kiểm soát, phân tích năng lượng trong tòa nhà Định nghĩa này bao gồm cả các chương trình nhà ở tiện ích (residential utility demand response programs), dịch vụ nhà tự động (home automation services), quản lý năng lượng cá nhân (personal energy management), phân tích dữ liệu và trực quan (data analysis and visualization), kiểm toán và các dịch vụ bảo mật liên quan.

Khi hệ thống HEMS được kết nối tới hệ thống lưới điện thông minh của điện lực, khách hàng có thể tham gia vào chương trình Demand Respond để hạn chế lãng phí điện trong giờ cao điểm Khi đó hệ thống HEMS sẽ kết nối tới các thiết bị đo thông minh (Smart Meter - SM), các thiết bị SM gửi tín hiệu cho phép nhà điện có thể bật tắt các tải với độ ưu tiên thấp và giữ lại các tải có độ ưu tiên cao hơn Thay vào đó, người dùng được hưởng những ưu đãi từ nhà cung cấp điện như được sử dụng điện với giá rẻ hơn, …

Hình 1-2: Mô hình hệ thống HEMS kết nối tới lưới điện thông minh

1.1.2.2 Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà (BEMS)

Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà (BEMS) là hệ thống tinh vi cho phép quản lý, kiểm soát và giám sát các dịch vụ kỹ thuật trong tòa nhà (HVAC, các thiết bị chiếu sáng, an ninh ) và tiêu thụ năng lượng của các thiết bị sử dụng bởi các tòa nhà Hệ thống cũng cấp thông tin và các công cụ quản lý tòa nhà, giúp người dùng hiểu rõ việc sử dụng năng lượng của họ trong tòa nhà, từ đó có thể kiểm soát

và cải thiện hiệu suất năng lượng của tòa nhà

Hình 1-3: Hệ thống quản lý năng lượng trong tòa nhà BEMS

Trong một tòa nhà, các thành phần sử dụng năng lượng bao gồm hệ thống điều hòa không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thống thiết bị văn phòng, hệ thống thang máy và các thiết bị phụ trợ khác như bơm nước, thông gió Để quản lý, vận hành các hệ thống như thế trong một tòa nhà lớn có khi phải cần đến hàng trăm nhân viên Tuy nhiên, cách vận hành này không đảm bảo tối ưu trong việc TKNL bởi người tắt mở các hệ thống thiết bị năng lượng có thể quên hoặc chưa có ý thức

tự giác và nhiều lý do khác Hệ thống BEMS với tính năng tự động điều khiển, vận hành, theo dõi giám sát toàn bộ hoạt động tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà cho phép nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa sử dụng năng lượng của tòa nhà

BEMS gồm 2 phần chính: phần lõi gồm các hệ thống giám sát, điều hành chính (principal operator), phần các thiết bị kết nối hệ điều hành chính với các trạm

từ xa (các hệ thống sử dụng năng lượng trong tòa nhà như máy lạnh, quạt hút, bơm, chiếu sáng…) và đưa tín hiệu về trung tâm được gọi là bộ điều khiển (controllers)

Hình 1-4: Các thành phần chính của BEMS

1.1.3 Đánh giá

Các hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà là một trong các giải pháp giúp làm giảm đáng kể lãng phí năng lượng và cho phép việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào để giảm tải cho lưới điện và tiến tới hòa lưới để đưa điện từ nguồn tái tạo vào lưới điện lực

Hiện nay, chỉ có một số các tòa nhà thương mại cao tầng mới xây dựng được trang bị các hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System) hoặc hệ

thống quản lý năng lượng (QLNL) (Building Energy Management System - BEMS) do các hệ thống này phải nhập ngoại 100% và có giá thành rất cao Còn hầu hết các tòa nhà thấp tầng nhất là các trường học, công sở, do mức đầu tư hạn chế, nên không được trang bị các hệ thống quản lý này

Một trở ngại lớn nữa là các hệ thống QLNL thông thường đòi hỏi phải được triển khai đồng bộ với quá trình thiết kế xây dựng tòa nhà nên việc đưa vào ứng dụng một hệ QLNL vào một tòa nhà đang vận hành là rất khó khăn Việc thiếu các

hệ thống QLNL dẫn đến sự lãng phí năng lượng rất lớn và làm tăng chi phí vận hành các cơ sở này

Việc áp dụng các hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo như các hệ pin mặt trời, tua bin gió cũng gặp nhiều khó khăn nên chưa được sử dụng rộng rãi, do nhiều nguyên nhân như giá thành cao và chưa hiệu quả do công suất còn thấp và chưa đáp ứng được nhu cầu tải

1.2 Tổng quan về Điện toán đám mây

1.2.1 Khái niệm

Điện toán đám mây (Thuật ngữ tiếng Anh: Cloud Computing, hay còn biết đến với tên gọi “Điện toán máy chủ ảo”) là mô hình máy tính dựa trên nền tảng phát triển của Internet

Điện toán đám mây là sự nâng cấp từ mô hình máy chủ mainframe (điện toán trên máy tính lớn) sang mô hình client-server Khách hàng sẽ không còn lo ngại về các kiến thức chuyên môn để điều khiển công nghệ, máy móc và cơ sở hạ tầng, mà tại đây các chuyên gia trong “đám mây” của các nhà cung cấp sẽ giúp thực hiện điều đó

Thuật ngữ "đám mây" ở đây là lối nói ẩn dụ chỉ mạng Internet và liên tưởng

về độ phức tạp của các cơ sở hạ tầng ở bên trong Ở mô hình điện toán, mọi lĩnh vực liên quan đến công nghệ thông tin đều được cung cấp dưới dạng các "dịch vụ",

nó cho phép khác hàng truy cập vào các dịch vụ của một nhà cung cấp nào đó

"trong đám mây" mà không cần phải có các kiến thức, kinh nghiệm về công nghệ,

Tài nguyên, dữ liệu, phần mềm và các thông tin liên quan đều được quản lý trên các máy chủ (chính là các “đám mây”).

“Ứng dụng điện toán đám mây” là những ứng dụng trực tuyến trên Internet Trình duyệt là nơi ứng dụng hiện hữu và vận hành còn dữ liệu được lưu trữ và xử lý

ở máy chủ của nhà cung cấp ứng dụng đó

Điện toán đám mây tính toán, sử dụng phần mềm, truy cập dữ liệu và dịch vụ lưu trữ mà khách hàng không cần biết vị trí địa lý và cấu hình của hệ thống cung cấp dịch vụ

Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST) đã đưa ra nghĩa định nghĩa cụ thể:

“Điện toán đám mây là một mô hình cho phép ở một vị trí thuận tiện, khách hàng có thể truy cập mạng theo yêu cầu và được chia sẻ tài nguyên máy tính (mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng và dịch vụ) được nhanh chóng từ nhà cung cấp Trong trường hợp xấu nhất thì cũng phải cung cấp dịch vụ hoạt động ở mức tương tác”

Hình 1-5: Các ứng dụng đám mây

1.2.2 Thành phần

Hai thành phần quan trọng của kiến trúc điện toán đám mây được biết đến là Front-end và Back-end

Front-end là phần phía khách hàng dùng máy tính Nó bao gồm hệ thống mạng của khách hàng (hoặc máy tính) và các ứng dụng được sử dụng để truy cập vào đám mây thông qua giao diện người dùng có thể là một trình duyệt web.

Back-end chính là đám mây, bao gồm các máy tính khác nhau, máy chủ và các thiết bị lưu trữ dữ liệu

1.2.3 Mô hình kiến trúc trong điện toán đám mây

Với sự phát triển mạng Internet như hiện nay thì các tổ chức đã được lập ra

để quản lí và cùng thống nhất với nhau về các giao thức, các mô hình Các thiết bị hoạt động trong Internet được thiết kế sao cho phù hợp Trong điện toán đám mây cũng hình thành nên mô hình cho chính nó Bao gồm các thành phần sau:

Hình 1-6 Mô hình kiến trúc

1.2.3.1 Phần mềm như dịch vụ

Ứng dụng các dịch vụ đám mây hay “Software as a service -SaaS” cung cấp phần mềm như một dịch vụ trên Internet, không cần cài đặt hay chạy chương trình trên máy tính phía khách hàng Những ứng dụng cung cấp cho khách hàng được cài đặt, cấu hình trên máy chủ từ xa Đồng thời công việc bảo trì đơn giản và được hướng dẫn từ nhà cung cấp

Hình 1-7: SaaS cung cấp dịch vụ cho khách hàng.

Thuật ngữ “SaaS” và “cloud” có thể thay thế được cho nhau, nhưng thực tế

đó là hai khái niệm khác nhau Chúng bao gồm các đặc điểm sau:

- Dựa vào mạng khách hàng truy cập, quản lý và thương mại

- Các hoạt động được xử lý tại trung tâm và cho phép khách hàng truy cập từ

xa thông qua trình duyệt web

SaaS có thể được chia thành hai loại chính:

- Cung cấp cho doanh nghiệp: Đây là những giải pháp kinh doanh được cung cấp cho các công ty và doanh nghiệp Chúng được cung cấp thông qua doanh nghiệp đăng ký dịch vụ Các ứng dụng được cung cấp thông qua hình thức trên bao gồm các quá trình kinh doanh như quản lý dây chuyền cung cấp, quan hệ khách hàng và các công cụ hướng kinh doanh

- Cung cấp cho cá nhân: Các dịch vụ này được cung cấp cho công chúng trên

cơ sở thuê bao đăng ký Tuy nhiên, họ được cung cấp miễn phí và hỗ trợ thông qua quảng cáo Ví dụ trong loại hình này gồm có dịch vụ web mail, chơi game trực tuyến, và ngân hàng của người tiêu dùng, và nhiều kiểu khách hàng khác

Những ưu điểm khi sử dụng SaaS mang lại cho khách hàng là chi phí sẽ thấp hơn các phần mềm cấp phép, các dịch vụ SaaS có tính năng tiết kiệm chi phí lớn nhất bởi khi sử dụng SaaS khách hàng sẽ loại bỏ những công việc thực sự không cần thiết cho các doanh nghiệp như cài đặt và duy trì phần cứng, trả công cho nhân viên, và duy trì các ứng dụng Đồng thời các nhà cung cấp SaaS thường có kiểm tra

an ninh rất tỉ mỉ

Bên cạnh nhưng ưu điểm thì sẽ có những nhược điểm gây trở ngại kỹ thuật

để xây dựng một SaaS hiệu quả với mô hình nhiều khách hàng Điều này đã trở nên

dễ dành hơn và dễ dành hơn so với vấn đề ảo hóa, nhưng thiết kế một ứng dụng có hiệu quả cung cấp cho hàng ngàn khách hàng qua Internet là công việc khó khăn

1.2.3.2 Nền tảng như dịch vụ

Đây là tầng cung cấp dịch vụ nền tảng để chạy các ứng dụng Các ứng dụng này có thể đang chạy trong đám mây hay chạy trong một trung tâm dữ liệu truyền thống Để đạt được khả năng mở rộng cần thiết trong một đám mây, các dịch vụ thường được ảo hóa Việc ảo hóa được các nhà sản xuất lớn giới thiệu như IBM® WebSphere® Application Server virtual images, Amazon Web Services, Boomi, Cast Iron, và Google App Engine Các dịch vụ nền tảng cho phép khách hàng chạy các ứng dụng dựa trên cơ sở hạ tầng dịch vụ được bên thứ ba cung cấp

Nền tảng là nơi cung cấp tất cả các nguồn lực cần thiết để xây dựng các ứng dụng và dịch vụ hoàn toàn từ Internet, mà không cần phải tải về hay cài đặt phần mềm

Hình 1-8: PaaS cho phép khách hàng truy cập vào một nền tảng trên nên điện toán

đám mây

Dịch vụ nền tảng bao gồm thiết kế ứng dụng, phát triển, thử nghiệm, triển khai, và hosting Các dịch vụ khác bao gồm khả năng tích hợp dịch vụ web, cơ sở

dữ liệu tích hợp, bảo mật, khả năng mở rộng, lưu trữ, quản lý và phiên bản

Một lỗi phía nhà cung cấp nên tảng dẫn tới không còn khả năng tương tác với khách hành, buộc phải chuyển qua nhà cung cấp khác Trường hợp người dùng tạo một ứng dụng với một nhà cung cấp điện toán đám mây và quyết định chuyển

đến một nhà cung cấp khác, có thể ứng dụng không hoạt động được hoặc sẽ phải trả một mức giá cao để ứng dụng có thể hoạt động lại Nếu nhà cung cấp không còn cung cấp dịch vụ thì ứng dụng và dữ liệu của khách hàng sẽ bị mất.

Nền tảng hướng dịch vụ thường cung cấp một giao diện người dùng dựa trên HTML hoặc JavaScript

Nền tảng hướng dịch vụ hỗ trợ phát triển giao diện web như Simple Object Access Protocol (SOAP) và REST (Representational State Tranfer), cho phép xây dựng nhiều dịch vụ web

Tùy chọn PaaS có ba loại khác nhau:

• Add-on development facilities Điều này cho phép các ứng dụng SaaS được lựa chọn Thông thường, các nhà phát triển PaaS và khách hàng được yêu cầu đăng ký cho các tiện ích ứng dụng SaaS

• Stand-alone environments Những môi trường không cung cấp giấy phép, kỹ thuật

• Application delivery-only environments Những môi trường hỗ trợ dịch vụ lưu trữ theo cấp độ, như khả năng mở rộng theo nhu cầu bảo mật Nhưng không bao gồm nhiệm vụ phát triển, gỡ lỗi, và kiểm tra

Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến tiếp nhận công nghệ:

• Khả năng làm việc của nhóm phát triển bị cô lập bởi vị trí địa lý

• Khả năng hợp nhất các dịch vụ web từ nhiều nguồn

• Khả năng thực hiện tiết kiệm chi phí sử dụng, tích hợp các dịch vụ cơ sở hạ tầng bảo mật, khả năng mở rộng, và chuyển đổi dự phòng

Có hai trở ngại chính mà các nhà phát triển phải đối mặt khi xem xét PaaS

• Thứ nhất các nhà cung cấp sử dụng dịch vụ độc quyền hoặc các ngôn ngữ phát triển, một số nhà phát triển sợ bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp duy nhất

• Hai là các nhà cung cấp có thể cho phép các ứng dụng sẽ được làm việc với một nhà cung cấp khác, tuy nhiên chi phí thường cao hơn

1.2.3.3 Hạ tầng như dịch vụ

Tầng dưới cùng của đám mây là tầng cung cấp dịch vụ cơ sở hạ tầng Ở đây

là một tập hợp các tài nguyên vật lí như các máy chủ, các thiết bị mạng và các đĩa cứng lưu trữ được đưa ra như dịch vụ với mục đích cung cấp cho khách hàng Cũng như với các dịch vụ nền tảng, ảo hóa là một phương pháp thường được sử dụng để tạo ra bản phân phối các nguồn tài nguyên theo yêu cầu Các nhà sản xuất lớn cung cấp cơ sở hạ tầng bao gồm IBM Bluehouse, VMware, Amazon EC2, Microsoft Azure Platform, Sun ParaScale Cloud Storage

Hình 1-9: IaaS cho phép nhà cung cấp dịch vụ thuê những tài nguyên phần cứngCác dịch vụ cơ sở hạ tầng tập trung vào vấn đề trang bị cho các trung tâm dữ liệu bằng cách đảm bảo công suất điện toán khi cần thiết Trên thực tế các kỹ thuật

ảo hóa thường được sử dụng trong tầng này, nên có thể thấy rõ sự tiết kiệm chi phí khi sử dụng tài nguyên hệ thống

1.3 S.M.A.C – Nền tảng phát triển công nghệ thông minh

1.3.1 Khái niệm về S.M.A.C

Hình 1-10: Khái niệm S.M.A.C Ngành CNTT thế giới đang sôi động với nền tảng công nghệ S.M.A.C được hình thành dựa trên sự hội tụ của 4 thành tố: S - Social (xã hội), M - Mobility (di động), A - Analytics (phân tích dữ liệu lớn) và C - Cloud (điện toán đám mây) Nếu như trước 2012, ngành CNTT-VT thế giới chủ yếu khai thác năng lực tính toán nhanh của máy tính giúp nâng cao tốc độ và hiệu suất công việc S.M.A.C ra đời kết hợp mọi cấu thành trong nó một cách chặt chẽ với nhau và tạo thành một hệ sinh thái hoàn chỉnh, khiến máy tính có khả năng phân tích, có khả năng suy nghĩ và ngày càng tiệm cận đến tư duy con người S.M.A.C đang tạo ra một cuộc cách mạng, một động lực phát triển mới và định hình xu hướng phát triển thông minh trên thế giới

1.3.2 S.M.A.C tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng phát triển công nghệ S.M.A.C rất lớn khi tốc độ phát triển và hội nhập công nghệ của Việt Nam là rất mạnh mẽ Xu hướng Mobility với các thiết bị di động thông minh và lượng người dùng Internet 3G sẽ tiếp tục tăng mạnh Các doanh nghiệp đang đầu tư lớn cho việc cung cấp các dịch vụ trên nền điện toán đám mây Thêm nữa, các dịch vụ truyền thông xã hội thực sự bùng nổ, đóng góp hơn 80% phương thức giao tiếp online, video online và nội dung số mobile

Đánh giá về xu hướng này, Ts Hoàng Lê Minh, Viện trưởng Viện CNPM & NDS – Bộ Thông tin và Truyền thông cho hay: “S.M.A.C có triển vọng rất lớn tại Việt Nam Xu hướng này sẽ nhanh chóng lan toả sâu vào các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế SMAC chính là một cơ hội để Việt Nam đi tắt đón đầu, đuổi kịp các nước phát triển trên thế giới trong kỷ nguyên số”

Tại Sự kiện Ngày Công nghệ thông tin 2014 (IT Day 2014), Thứ trưởng Bộ Thông tin & Truyền thông Nguyễn Minh Hồng cho biết “Trong hơn 10 năm qua, thế giới đã có những thay đổi căn bản, đang chuyển sang thời đại phát triển mới với đặc trưng chính là toàn cầu hóa và nền kinh tế tri thức, xã hội thông tin Nền tảng cho sự biến chuyển của thời đại chính là sự bùng nổ và hội tụ của CNTT tạo ra động lực phát triển mới, góp phần đổi mới mô hình tăng trưởng Các công nghệ di động, băng rộng, điện toán đám mây, dữ liệu lớn và mạng xã hội đang tao ra những

xu thế phát triển thông minh trên mọi lĩnh vực Đây vừa là cơ hội, vừa là thách thức với mỗi quốc gia để nâng cao năng lực cạnh tranh và tạo lập vị thế trong kỷ nguyên

số Sớm nhận thức xu thế này, Đảng và Nhà nước ta luôn coi trọng, quan tâm tới việc đẩy mạnh ứng dụng và phát triển CNTT, đã ban hành nhiều văn bản, chính sách quan trọng trong lĩnh vực này”

1.3.3 Ứng dụng S.M.A.C trong đề tài

Microsoft là hãng đã triển khai những dịch vụ dựa trên S.M.A.C như Azure

là ví dụ tiêu biểu Bà Hoàng Song Nga, đại diện Microsoft nhấn mạnh: “Hệ điều

đám mây của Microsoft hướng tới giải pháp đám mây lai giúp doanh nghiệp chuyển đổi cơ sở hạ tầng hiện tại một cách linh hoạt và tiết kiệm chi phí Windows Azure giúp doanh nghiệp linh hoạt xây dựng và quản lý các ứng dụng tích hợp hiện đại một cách xuyên suốt, nhuần nhuyễn giữa các nền tảng, địa điểm, trên đa dạng thiết bị; giúp giải quyết việc phân tích thông tin chính xác hơn từ rất nhiều các dữ liệu cũ

và mới, đồng thời hỗ trợ người dùng có thể làm việc ở bất cứ nơi nào, trên bất cứ thiết bị nào họ muốn.”

Trong chương tiếp theo, tôi sẽ đưa ra hướng thiết kế hệ thống quản lý năng lượng theo xu hướng S.M.A.C, sử dụng nền tảng đám mây của Microsoft để cung cấp dịch vụ Quản lý năng lượng cho người dùng

1.4 Nền tảng dịch vụ Microsoft Azure

1.4.1 Giới thiệu Microsoft Window Azure

Windows Azure, tên mã Red Dog, là nền tảng cho việc phát triển những ứng dụng hoạt động trong “đám mây” Nói cách khác, Windows Azure là cơ sở cho nền tảng các dịch vụ Azure (Azure Services Platform), được Microsoft phát triển nhằm mang đến cho cộng đồng các nhà phát triển ứng dụng cơ hội được xây dựng và cung cấp các dịch vụ trực tuyến trên nền tảng cơ sở hạ tầng Windows

Nền tảng này có thể được sử dụng theo rất nhiều cách khác nhau Ví dụ ta

có thể tạo một website mà được triển khai và lưu trữ dữ liệu trên máy chủ và trung tâm dữ liệu (data center) của Microsoft Hoặc có thể lựa chọn để website đó chỉ lưu

dữ liệu trên trung tâm dữ liệu của Micosoft, trong khi phần ứng dụng (website) được triển khai và thực thi trên phía hạ tầng của doanh nghiệp (on-premises) Hoặc

ta có thể sử dụng Windows Azure để tạo các máy chủ ảo (virtual machine) phục vụ cho việc phát triển hoặc kiểm thử ứng dụng/website khác…

Windows Azure tách biệt hoàn toàn các ứng dụng chạy trên các lớp hệ điều hành ứng dụng công nghệ ảo hóa của Microsoft Điều này cho phép các nhà quản trị không cần phải nâng cấp từng PC độc lập khi ứng dụng được chỉnh sửa

Theo Microsoft, công nghệ điện toán đã bước đến thế hệ thứ 5, thế hệ mà các ứng dụng không còn bị giới hạn vào máy tính Internet sẽ là phương thức chính để

những khách hàng tương tác với các doanh nghiệp Nhưng kiến trúc hoạt động kinh doanh đã được thiết kế trước đây là theo hướng riêng cho những nhân viên và các đối tác Windows Azure thay đổi điều này bằng cách cung cấp cho doanh nghiệp khả năng linh hoạt, nền tảng “tiếp cận” khách hàng nhằm triển khai các ứng dụng và dịch vụ.

1.4.2 Azure Services Platform

Là một giải pháp hoàn thiện cho các doanh nghiệp Microsoft sẽ lưu trữ các ứng dụng được xây dựng từ các hãng thứ ba cũng như những dịch vụ Web của chính Microsoft như là Office Live, Windows Live, Exchange Online, CRM Online… Kết hợp chặt chẽ NET Services (cho lập trình viên), SQL Services (cho

cơ sở dữ liệu và báo biểu), Live Services (cho việc tương tác với các thiết bị người dùng) vào trong các dịch vụ SharePoint và CRM (cho nội dung doanh nghiệp)

Hình 1-11: Azure Services Platform Các thành phần của nền tảng Windows Azure :

0 Windows Azure: cung cấp môi trường nền tảng Windows để chạy ứng dụng

và lưu trữ dữ liệu trên máy chủ trong trung tâm dữ liệu của Microsoft

1 SQL Azure: cung cấp dịch vụ dữ liệu trên đám mây dựa trên SQL Server

2 Windows Azure platform AppFabric: cung cấp các dịch vụ đám mây để kết nối các ứng dụng chạy trên đám mây hoặc on-premise

Windows Azure

Ở cấp độ cao nhất, Windows Azure được hiểu đơn giản là một nền tảng để chạy ứng dụng Windows và lưu trữ dữ liệu trên đám mây.

Hình 1-12: Windows Azure cung cấp dịch vụ tính toán và lưu trữ cho ứng dụng

đám mây Windows Azure chạy trên nhiều máy tính đặt trong trung tâm dữ liệu của Microsoft và truy xuất qua Internet Một Windows Azure fabric liên kết chặc chẽ nhiều sức mạnh xử lí này thành một thể thống nhất

Dịch vụ tính toán dựa trên Windows Lập trình viên có thể xây dựng ứng dụng sử dụng NET Framework, native-code,… Các ứng dụng này được viết bằng các ngôn ngữ thông thường như : C#, Visual Basic, C++, và Java, sử dụng Visual Studio hoặc công cụ phát triển khác Lập trình viên có thể tạo ứng dụng Web, sử dụng công nghệ như ASP.Net, WCF và PHP, ứng dụng cũng có thể chạy như một

xử lí nền độc lập, hoặc kết hợp cả Web và xử lí nền

Hình 1-13: SQL Azure cung cấp các dịch vụ định hướng dữ liệu trong đám mây

Cơ sở dữ liệu SQL Azure cung cấp một hệ thống quản lí cơ sở dữ liệu dựa trên đám mây (DBMS) Công nghệ này cho phép ứng dụng on-premise và đám mây lưu trữ dữ liệu quan hệ và những kiểu dữ liệu khác trên các máy chủ trong trung tâm dữ liệu Microsoft Cũng như các công nghệ đám mây khác, tổ chức chỉ trả cho những gì họ sử dụng Sử dụng dữ liệu đám mây cho phép chuyển đổi những chi phí vốn như : phần cứng, phần mềm hệ thống quản lí lưu trữ, vào chi phí điều hành

Cơ sở dữ liệu SQL Azure được xây dựng trên Microsoft SQL Server Cho qui mô lớn, công nghệ này cung cấp môi trường SQL Server trong đám mây, bổ sung với index, view, store procedure, trigger,…và còn nữa Dữ liệu này có thể được truy xuất bằng ADO.Net và các giao tiếp truy xuất dữ liệu Windows khác Khách hàng cũng có thể sử dụng phần mềm on-premise như SQL Server Reporting Service để làm việc với dữ liệu dựa trên đám mây

Khi ứng dụng sử dụng Cơ sở dữ liệu SQL Azure thì yêu cầu về quản lí sẽ được giảm đáng kể Thay vì lo lắng về cơ chế, như giám sát việc sử dụng đĩa và theo dõi tập tin nhật ký (log file), khách hàng sử dụng Cơ sở dữ liệu SQL Azure có thể tập

trung vào dữ liệu Microsoft sẽ xử lí các chi tiết hoạt động Và giống như các thành phần khác của nền tảng Windows Azure, để sử dụng Cơ sở dữ liệu SQL Azure chỉ phần : đến Windows Azure Web portal và cung cấp các thông tin cần thiết.

Ứng dụng có thể dựa vào SQL Azure với nhiều cách khác nhau.Một ứng dụng Windows Azure có thể lưu trữ dữ liệu trong Cơ sở dữ liệu SQL Azure Trong khi bộ lưu trữ Windows Azure không hỗ trợ các bảng dữ liệu quan hệ, mà nhiều ứng dụng đang tồn tại sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ Vì vậy lập trình viên có thể chuyển ứng dụng đang chạy sang ứng dụng Windows Azure với lưu trữ dữ liệu trong Cơ sở dữ liệu SQL Azure

Xây dựng một ứng dụng Windows Azure lưu trữ dữ liệu trong Cơ sở dữ liệu SQL Azure.Giả sử một nhà sản xuất muốn thông tin sản phẩm có sẵn trên cả mạng lưới đại lý và khách hàng Đưa dữ liệu này vào Cơ sở dữ liệu SQL Azure để cho nó được truy cập bởi các ứng dụng đang chạy tại các đại lý và ứng dụng Web của khách hàng

Windows Azure Platform Appfabric

Windows Azure platform AppFabric cung cấp dịch vụ cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây

Hình 1-14: Windows Azure platform AppFabric cung cấp cơ sở hạ tầng dựa trên đám mây được sử dụng bởi ứng dụng đám mây và ứng dụng on-premise

1.4.3 Các thành phần của Window Azure

Windows Azure gồm các thành phần cơ bản như sau:

Hình 1-15: Các thành phần của Window Azure Giống như tên của nó, dịch vụ tính toán (Compute service) sẽ chạy ứng dụng trong khi dịch vụ Lưu trữ (Storage service) lưu dữ liệu Thành phần thứ ba, Windows Azure Fabric, cung cấp cách thức thông dụng để quản lý và theo dõi các ứng dụng sử dụng nển tảng đám mây này

Dịch vụ tính toán (Compute Service)

Dịch vụ tính toán Windows Azure có thể chạy nhiều kiểu ứng dụng khác nhau Mục tiêu chính của kiến trúc này, là hỗ trợ các ứng dụng có lượng người sử dụng truy cập đồng thời cực lớn Có thể đạt được mục tiêu này bằng cách tăng cường sử dụng nhiều máy chủ lớn hơn Nhưng thay vì như vậy, Windows Azure được thiết kế để hỗ trợ ứng dụng tốt nhất, chạy nhiều bản sao của cùng một mã nguồn trên nhiều máy chủ khác nhau

Để đạt được điều này, ứng dụng Windows Azure có thể có nhiều thực thể (instance), thực thể được thực thi trên một máy ảo

Để chạy một ứng dụng, lập trình viên truy cập Windows Azure portal thông qua trình duyệt, đăng nhập với một Windows Live ID Sau đó, lập trình viên tạo ra một tài khoản hosting để chạy ứng dụng, hoặc một tài khoản lưu trữ (storage) để lưu trữ dữ liệu, hoặc cả hai Một khi lập trình viên có tài khoản hosting thì có thể upload ứng dụng của mình, chỉ ra bao nhiêu thực thể mà ứng dụng cần, cũng như cấu hình của máy ảo Windows Azure sẽ tạo ra các máy ảo tương ứng để chạy ứng dụng Lập

trình viên, chỉ có thể thấy được trạng trái của ứng dụng được triển khai, thông qua Windows Azure portal Một khi ứng dụng được triển khai, nó hoàn toàn được quản

lý bởi Windows Azure Điều duy nhất bạn phải làm là, chỉ ra các thông số sử dụng cho ứng dụng, còn lại, việc triển khai, tính mở rộng, tính sẵn sàng, nâng cấp, chuẩn

bị phần cứng server đều được thực hiện bởi Windows Azure cho các ứng dụng đám mây

Compute service hỗ trợ 2 loại thực thể, một loại gọi là Web role và một loại gọi là Worker role

Hình 1-16: Các loại thực thể của Compute Service Một thực thể Web role có thể chấp nhận một request HTTP/HTTPS Để cho phép điều này, nó chạy trên một máy ảo có Internet Information Services (IIS) 7 Lập trình viên có thể tạo ra Web role bằng ASP.NET, WCF, hay bất kì kĩ thuật NET nào có thể hoạt động được với IIS 7 Ngoài ra, lập trình viên có thể viết các ứng dụng với native code – việc sử dụng NET Framework thì không yêu cầu Có nghĩa là có thể upload và chạy các ứng dụng sử dụng kĩ thuật khác, ví dụ PHP và Java Khi một request được gửi đến Web role, nó sẽ được truyền qua bộ cân bằng tải đến các thực thể của Web role trong cùng một ứng dụng Do đó, không đảm bảo

rằng, các yêu cầu từ một người dùng có thể được gởi đến cùng một thực thể của ứng dụng

Một thực thể Worker role không giống như Web role, nó không chấp nhận request từ bên ngoài, các máy ảo của nó không chạy IIS Một Worker role cho bạn khả năng để chạy các xử lý ngầm liên tục trên đám mây Một Worker role có thể làm việc với queue, table, blob trong dịch vụ lưu trữ Nó chạy hoàn toàn độc lập với thực thể Web role, mặc dù có thể cùng thuộc một phần của dịch vụ Việc liên lạc giữa Web role và Worker role có thể thông qua queue của dịch vụ lưu trữ

Lập trình viên có thể chỉ sử dụng thực thể Web role, hay Worker role, hoặc kết hợp cả hai để tạo ra ứng dụng Windows Azure Có thể sử dụng Windows Azure portal để thay đổi số lượng thực thể của Web role, Worker role tùy theo yêu cầu của ứng dụng

Khi chạy các thực thể Web role hay Worker role, các máy ảo cũng chạy đồng thời các tác nhân (Windows Azure agent) Các tác nhân để phục vụ cho sự tương tác hệ giữa các thực thể với Windows Azure Fabric Các agent này trình bày các API được định nghĩa để các thực thể có thể làm một số việc như: ghi chép, tìm thư mục gốc của tài nguyên lưu trữ cục bộ trên máy ảo của nó

Dịch vụ lưu trữ (Storage Service)

Dịch vụ lưu trữ trong Windows Azure hỗ trợ 3 kiểu dịch vụ: blob, table, queue

Hình 1-17: Dịch vụ lưu trữ trong Window Azure Cách đơn giản nhất để lưu trữ dữ liệu trong Windows Azure storage là sử dụng Blob Một blob chứa dữ liệu nhị phân Cấu trúc lưu trữ của Blob đơn giản như sau: Mỗi tài khoản lưu trữ có một hoặc nhiều container, mỗi container chứa một hoặc nhiều blob Kích thước Blob có thể lớn đến 50GB, chúng có thể chứa thêm metadata Ví dụ: nơi chụp của tấm ảnh, hay ca sĩ thể hiện bài hát trong file MP3…

Bộ lưu trữ Windows Azure cũng cung cấp Table Tuy nhiên, nó không phải

là bảng quan hệ như trong SQL Thực tế, dữ liệu lưu trữ bên trong nó là một hệ thống các thực thể với các thuộc tính Hơn cả việc sử dụng SQL, một ứng dụng có thể truy cập dữ liệu của Table bằng ADO.NET data Service hoặc LINQ Một bảng

có thể sẽ rất lớn, với hàng tỉ thực thể chứa hàng terabyte dữ liệu Bộ lưu trữ Windows Azure có thể phân vùng cho nó qua nhiều máy chủ khác nhau để tăng hiệu suất

Cả blob và table đều phục vụ cho mục đích lưu trữ và truy xuất dữ liệu Trong khi đó, queue nhằm phục vụ mục đích khác – đó là sự liên lạc giữa Web role

và Worker role Trong đó, Web role khi nhận được yêu cầu từ người dùng, sẽ ghi

thông điệp vào một hàng đợi, mô tả công việc cho Worker role Một Worker role chờ thông điệp này, lấy thông điệp, và thực hiện tác vụ yêu cầu.

Bộ lưu trữ Windows Azure có thể được truy cập từ một ứng dụng Windows Azure hoặc từ một ứng dụng khác Trong cả 2 trường hợp, cả ba cách lưu trữ của dịch vụ lưu trữ Windows Azure đều có thể sử dụng REST để truy xuất dữ liệu Mọi thứ đều được đặt tên qua URL và được truy xuất thông qua các thao tác HTTP chuẩn Ngoài ra, còn hỗ trợ ADO.NET Data Service, nhưng chỉ có thể sử dụng cho các ứng dụng NET, còn các ứng dụng khác ví dụ Java thì chỉ có thể sử dụng REST

1.5 Kết luận

Chương này đã trình bày khái quát về quản lý năng lượng và điện toán đám mây, xu hướng công nghệ thế giới với nền tảng S.M.A.C và công nghệ ảo hóa Microsoft Azure Từ những nghiên cứu và phân tích trên, trong chương tiếp theo tác giả sẽ đưa ra thiết kế một hệ thống QLNL theo hướng S.M.A.C sử dụng hạ tầng ảo hóa Microsoft Azure