Спосіб організації периферійних обчислень на базі пристроїв Інтернету речей
Вантажиться...
Дата
2021
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми. Зростання обсягів трафіку в мережі Інтернет стає все більш важливою проблемою у світі. Це не тільки призводить до збільшення вартості використання систем, що користуються мережею Інтернет, але й створює небезпеку перехоплення трафіку користувачів на шляху до серверів обробки даних. Багато уваги приділяється системам, обчислення в яких відбувається максимально наближено до кінцевих користувачів, оскільки це збільшує захист конфіденційності даних користувачів через мінімізований шлях передачі даних, а також зменшує потребу у створенні нових шляхів передачі даних, тим самим зменшуючи загальні витрати на підтримку системи і негативний вплив на навколишнє середовище. Одним з підходом до рішення цієї проблеми є застосування парадигми периферійних обчислень, що також більш відомі як граничні обчислення, оскільки обчислення переноситься з центру мережі на її границі. Все більше постачальників сервісів хмарних обчислень переносять обчислення як найближче до користувачів, будуючи локальні центри обробки даних, або пропонуючи користувачам придбати або орендувати приватний периферійний сервер, який обробляє дані безпосередньо в локальній мережі користувача. Це призводить до значного зменшення обсягу даних, що відправляються на централізований дата центр, але при цьому збільшується вразливість таких систем до атаки всередині локальної мережі. Тому розробка спеціальних методів перенесення обчислення на пристрої що знаходяться в одній локальній мережі та застосування їх на практиці є актуальною і важливою задачею, як з наукової, так і з практичної точки зору.
Об’єктом дослідження є методика реалізації граничних обчислень на локальних обчислювальних пристроях інтернету речей.
Предметом дослідження є вільні обчислювальні можливості пристроїв інтернету речей та ефективність виконання периферійних обчислень по відношенню до задіяних ресурсів клієнтського пристрою.
Мета роботи: підвищення ефективності системи Інтернету Речей за рахунок зменшення часу передачі та обробки інформації на пристроях Інтернету Речей за рахунок реалізації граничних обчислень.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:
• аналіз існуючих підходів до організації граничних обчислень на пристроях Інтернету Речей;
• дослідження методів обміну даними в локальній мережі, спрямоване на знаходження оптимальних за часом та ресурсами методів кодування та передачі даних;
• розробка способу передачі даних до обчислення на модулях пристроїв Інтернету Речей в мережі;
• розробка структури і методики системи для організації граничних обчислень на локальних пристроях Інтернету Речей.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному.
1. Запропоновано спосіб організації комплексних обчислень на пристроях Інтернету Речей, який відрізняється від існуючих способів відсутністю необхідності використання сторонніх обчислювальних пристроїв, і дозволяє зменшити час обробки без залучення додаткових ресурсів.
2. Запропоновано підхід до організації системи реалізації граничних обчислень на локальних пристроях Інтернету Речей, який не залежить від апаратної складової використаних плат, і дозволяє додавати нові пристрої в систему виконання граничних обчислень без оновлення програмного забезпечення наявних в системі плат.
Практична цінність одержаних результатів полягає в тому, що запропонований підхід дає змогу швидко знайти оптимальну організацію граничних обчислень для пристроїв Інтернету Речей за короткий період часу та застосувати отриману інформацію, використовуючи для практичного застосування мови програмування Python та С/C++. Розроблена система організації граничних обчислень на локальних пристроях Інтернету Речей дає змогу розробникам підібрати оптимальні параметри системи граничних обчислень та зрозуміти доцільність її аплікації для конкретної локальної системи.
Апробація роботи. Основні положення і результати роботи були представлені та обговорювались на:
• ХІІI науковій конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп’ютинг» ПМК-2020 (Київ, 18-20 листопада 2020 р.);
• XII міжнародній науково-практичній конференції «Інтегровані інтелектуальні робото-технічні комплекси» ІІРТК-2019 (Київ 21-22 травня 2019 р.).
Публікації. За темою магістерської публікації було опубліковано 3 наукові роботи, з яких одна стаття «Виконання граничних обчислень на пристроях Інтернету Речей» в науковому фаховому виданні «КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ: ОСВІТА, НАУКА, ВИРОБНИЦТВО № 42 (2021)» і дві тези конференції.
Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків по кожному розділу та загальних висновків по роботі в цілому, списку використаних літературних джерел (32 найменувань). Повний обсяг дисертації – 84 сторінки, у тому числі 75 сторінок основного тексту, 29 рисунків.
У першому розділі розглянуто існуючі підходи до організації граничних обчислень для пристроїв Інтернету Речей, а також проведений аналіз сучасних пристроїв інтернету речей, який дає змогу визначити основні переваги та недоліки цих підходів для різних типів систем.
У другому розділі запропоновано підхід до організації граничних обчислень безпосередньо на пристроях Інтернету Речей для різних типів систем, що використовуються пристроями наявних в локальній мережі користувача.
У третьому розділі розглянуто приклад реалізації універсальної програми виконання граничних обчислень мовою Python та представлені методичні рекомендації до вибору організації граничних обчислень для конкретної системи.
У четвертому розділі продемонстровано приклад реалізації універсальної програми виконання граничних обчислень на пристроях Інтернету Речей побудованих на базі плати NodeMCU та представлені результати тестування ефективності такої системи.
У висновках представлені результати проведеної роботи.
Ключові слова: граничні обчислення, Інтернет Речей, периферійні обчислення, Python, Arduino, С/C++.
Опис
Ключові слова
граничні обчислення, Інтернет Речей, edge computing, Internet of Things
Бібліографічний опис
Микитенко, С. С. Спосіб організації периферійних обчислень на базі пристроїв Інтернету речей : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія / Микитенко Сергій Сергійович. – Київ, 2021. – 94 с