Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng định nghĩa bằng phần mềm trong hệ thống IoT gateway cỡ nhỏ và linh hoạt
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Mạng Định
Nghĩa Bằng Phần Mềm Trong Hệ Thống IoT
Gateway Cỡ Nhỏ và Linh Hoạt
Nguyễn Đức Hiếu, Phí Đức Nguyên Phương và Lê Hải Châu*
Khoa Viễn Thông I,
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông
*Email: [email protected]
Abstract— Sự phát triển nhanh chóng cả về số lượng và
loại hình thiết bị thông minh kết nối Internet đã và đang
đặt ra nhiều yêu cầu ngày càng đa dạng và khắt khe về
tính linh hoạt, tính hiệu quả, tính khả dụng, khả năng
bảo mật và khả năng mở rộng trong các hệ thống mạng
IoT. Nhằm khắc phục các giới hạn của mạng truyền
thống trong việc đáp ứng các yêu cầu trên, công nghệ
mạng định nghĩa bằng phần mềm đang nổi lên là một
trong các giải pháp hứa hẹn nhờ khả năng ảo hoá và
cung cấp tài tài nguyên mạng linh hoạt và hiệu quả.
Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu và ứng dụng
công nghệ mạng định nghĩa bằng phần mềm cùng các
giải pháp phần cứng linh hoạt, hiệu quả về giá thành để
xây dựng thành công thiết bị IoT gateway định nghĩa
bằng phần mềm có khả năng đảm bảo QoS đa dạng.
Thiết bị IoT gateway được trang bị 4 cổng Etherenet 100
Mbps được phát triển dựa trên nền tảng máy tính đa
dụng như Raspberry pi 3 kết hợp với các giải pháp phần
mềm mã nguồn mở nhằm giảm thiểu chi phí và giá thành
vận hành bảo dưỡng. Nhờ ứng dụng công nghệ SDN,
thiết bị IoT gateway được xây dựng cũng có khả năng hỗ
trợ linh hoạt các chức năng mạng đa dạng và nâng cao
như định tuyến, đảm bảo QoS hay ảo hoá tài nguyên.
Các kết quả khảo sát và đánh giá bằng thực nghiệm về
hiệu năng của thiết bị IoT gateway cho thấy tính hiệu
quả và khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ đa dạng,
linh hoạt.
nguyên mạng thành dạng khả lập trình, điều khiển
mạng tự động với độ linh hoạt cao và khả năng nâng
cấp hiệu quả theo mọi nhu cầu kinh doanh của các nhà
khai thác viễn thông [3, 4]. Trong mạng SDN, chức
năng điều khiển mạng thông minh được triển khai dựa
vào các thành phần phần mềm (là các mô-đun tính
năng của bộ điều khiển SDN) trong khi chức năng của
các thiết bị kết nối mạng thì được thay bằng chức năng
chuyển tiếp dữ liệu đơn giản dựa vào bảng chuyển tiếp
luồng. Nhiều giải pháp thiết bị định nghĩa bằng phần
mềm với tính năng linh hoạt, khả lập trình, triển khai
dịch vụ nhanh chóng và giá thành hiệu quả đang được
các hãng cung cấp thiết bị và các đơn vị cung cấp giải
pháp mạng trên thế giới tập trung đầu tư nghiên cứu và
phát triển [4]. Ở Việt nam, công nghệ SDN đang bắt
đầu được tìm hiểu, nghiên cứu và phát triển trong một
số trường Đại học và nghiên cứu ứng dụng trong trung
tâm dữ liệu của một số doanh nghiệp.
Bên cạnh đó, Internet vạn vật (IoT) cũng đã và
đang phát triển với tốc độ ngày càng cao cả về loại
hình thiết bị, công nghệ kết nối mạng cũng như về các
yêu cầu đối với băng thông, độ trễ, và các tham số thể
hiện chất lượng của kết nối [5-8]. Hạ tầng truyền thông
đang được tích cực cải tiến và nâng cao, hướng đến các
kiến trúc và thiết bị mạng mới nhằm cung cấp khả năng
hỗ trợ kết nối cho hàng tỉ thiết bị với các yêu cầu đa
dạng về băng thông, chất lượng dịch vụ và đặc tính
khác nhau [9-10]. Các thiết bị mạng trong IoT cũng cần
phải đảm bảo linh hoạt trong triển khai và hiệu quả về
giá thành trong khi hỗ trợ được các dịch vụ IoT đa tạp
với dải rộng nhu cầu về chất lượng dịch. Trong khi đó,
công nghệ mạng truyền thống dựa trên nền tảng IP
đang cho thấy nhiều bất cập và tỏ ra khó có khả năng
đáp ứng được các yêu cầu mới từ các ứng dụng và dịch
vụ IoT. Với hạn chế về tài nguyên, thiết bị trong mạng
truyền thống được lập trình sẵn với tập các thủ tục, quy
tắc phức tạp khác nhau và không thể sửa đổi linh hoạt
theo thời gian thực cũng như không khả lập trình thích
ứng với sự thay đổi nhu cầu sử dụng. Do vậy, nhờ tính
năng ưu việt của SDN, hướng tiếp cận ứng dụng công
nghệ này trong hạ tầng thông tin truyền thông IoT (gọi
tắt là công nghệ SD-IoT) đang thu hút được nhiều sự
quan tâm, đầu tư nghiên cứu trên thế giới [8-10]. Trên
Keywords- IoT, mạng định nghĩa bằng phần mềm,
QoS, hiệu năng.
I.
GIỚI THIỆU
Hiện nay, việc ứng dụng và triển khai công nghệ
mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN) đang dần trở
thành xu hướng phát triển tất yếu trong hầu hết các
mạng truyền thông từ mạng lõi cho đến mạng biên và
các mạng người dùng hoặc mạng riêng khác nhằm khắc
phục những yếu điểm của kiến trúc mạng truyền thống
trong việc đáp ứng nhu cầu băng thông ngày càng cao
và khắt khe của người dùng và của các loại hình dịch
vụ mới [1, 2]. Công nghệ SDN cung cấp khả năng trừu
tượng hóa các phân lớp mạng và ảo hóa tài nguyên dựa
trên việc tách biệt giữa mặt phẳng điều khiển với thiết
bị chuyển tiếp thông tin (vật lý), qua đó, chuyển đổi tài
ISBN: 978-604-80-5076-4
114
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
thực tế, một số nghiên cứu phát triển sản phẩm SDN
kích thước nhỏ đã được đề xuất cho IoT trong đó hầu
hết chỉ tập trung chính vào một số triển khai phần cứng
với một vài chức năng đơn giản như là kiến tạo lại các
chức năng của các phần tử mạng truyền thông trên thiết
bị SDN hay các chức năng định tuyến [11-16].
cứng đa dụng và các công cụ phần mềm mã nguồn mở
(như thể hiện trên Hình 1 và 2).
Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu và xây
dựng thử nghiệm hệ thống IoT gateway cỡ nhỏ có khả
năng đảm bảo QoS đa dạng trên cơ sở ứng dụng công
nghệ mạng định nghĩa bằng phần mềm kết hợp với các
giải pháp phần cứng đa dụng và phần mềm mã nguồn
mở linh hoạt, hiệu quả về giá thành. Thiết bị IoT
gateway mẫu (prototype) tương thích với giao thức
Openflow 1.3 trở lên, hỗ trợ đa dạng chuẩn kết nối, bao
gồm cổng USB, cổng nối tiếp, WiFi, Bluetooth và 4
cổng Ethernet 100 Mbps. Hệ thống này được phát triển
trên nền tảng máy tính đa dụng như Raspberry pi 3 kết
hợp với các giải pháp phần mềm mã nguồn mở như
OpenWrt và OpenvSwitch nhằm giảm thiểu chi phí và
giá thành. Nhờ vào công nghệ SDN và các phần mềm
mã nguồn mở, thiết bị này có thể triển khai thành các
thiết bị mạng với chức năng đa dạng bằng phần mềm
cài đặt trong bộ điều khiển. Chúng tôi cũng phát triển
các tính năng đảm bảo QoS cho các loại hình dữ liệu
tiêu biểu trong mạng như tốc độ cao, băng thông cố
định hay best-effort. Cuối cùng, hiệu năng của thiết bị
IoT gateway mẫu cùng khả năng đảm bảo chất lượng
dịch vụ đa dạng, linh hoạt của nó được khảo sát và
đánh giá bằng các kết quả thực nghiệm.
Hình 1. Thiết kế phần cứng thiết bị IoT gateway
Hình 2. Mô hình kiến trúc chức năng thiết bị IoT gateway
II. GIẢI PHÁP IOT GATEWAY ĐỊNH NGHĨA
BẰNG PHẦN MỀM HỖ TRỢ ĐẢM BẢO QOS ĐA
DẠNG
Nhờ vào công nghệ SDN và các phần mềm mã
nguồn mở, thiết bị này có thể triển khai thành các thiết
bị mạng với chức năng đa dạng bằng phần mềm cài
đặt trong bộ điều khiển. Nhằm đáp ứng các yêu cầu
thiết bị IoT cơ bản, các yêu cầu thiết kế đặt ra cho thiết
bị bao gồm:
Những khảo sát và phân tích yêu cầu đối với thiết
bị IoT cho thấy có nhiều khác biệt cơ bản giữa thiết bị
mạng IoT và các thiết bị mạng thông thường. Trong
khi các thiết bị mạng thông thường cần có tốc độ giao
diện cao, dung lượng lớn và khá ổn định thì các thiết
bị mạng IoT thường không yêu cầu dung lượng lớn (số
lượng cổng/giao diện không cần nhiều, tốc độ không
quá cao) nhưng lại đòi hỏi phải đáp ứng tính hỗn tạp
của lưu lượng phục vụ (nhiều loại hình lưu lượng), số
lượng các loại lưu lượng thấp thường chiếm đa số, và
phải linh hoạt và mềm dẻo trong triển khai (đáp ứng sự
thay đổi nhanh về cấu hình, loại hình lưu lượng cần hỗ
trợ, dung lượng hệ thống, …). Thậm chí, các loại hình
giao diện trên thiết bị mạng IoT cũng có thể được yêu
cầu thay đổi để có thể thích ứng với việc triển khai các
dịch vụ mới. Bên cạnh đó, giá thành thiết bị cũng là
vấn đề có độ ưu tiên cao. Do vậy, với mục tiêu thiết kế
và xây dựng một thiết bị IoT gateway kích thước nhỏ
(với 4 cổng Ethernet 100 Mbps, hỗ trợ các kết nối
chuẩn như Bluetooth, WiFi, USB, …), tính năng linh
hoạt và mềm dẻo với giá thành phải chăng để có thể áp
dụng được trong các hệ thống IoT, chúng tôi đã phát
triển mẫu thiết bị IoT gateway dựa trên nền tảng phần
✓
Hỗ trợ kết nối theo các giao diện chuẩn (Ethernet,
USB, WiFi và Bluetooth): Giao diện kết nối cần
đơn giản, phổ biến để có thể dễ dàng kết nối và
tương thích với các hệ thống IoT hiện tại.
✓
✓
Dung lượng nhỏ: Số lượng cổng kết nối nhỏ trong
khi vẫn đảm bảo hệ thống có thể đáp ứng tốt dải
rộng các loại hình mạng và dịch vụ IoT.
Hỗ trợ giao thức OpenFlow: Hệ thống cần hỗ trợ
được các giao thức Openflow, đặc biệt là giao
thức OpenFlow version 1.3 (giao thức SDN phổ
biến nhất hiện nay).
✓
✓
Hỗ trợ khả năng ảo hóa chức năng mạng (NFV):
Hệ thống cần cho phép một số kỹ thuật ảo hóa
chức năng mạng đơn giản như chia lát băng thông
(bandwidth slicing), …
Hỗ trợ điều khiển lưu lượng linh hoạt, mềm dẻo:
Hệ thống cần hỗ trợ khả năng điều khiển lưu
lượng linh hoạt theo từng loại hình lưu lượng khác
nhau không chỉ trên các kết nối vật lý khác nhau
mà còn cả trong cùng một kết nối vật lý.
ISBN: 978-604-80-5076-4
115
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
✓
✓
Có khả năng mở rộng: Hệ thống được thiết kế sẽ
vẫn phải có khả năng hỗ trợ thêm được các kết nối
khác cũng như mở rộng thêm dung lượng.
Giá thành phải chăng: Hệ thống cần có tổng chi
phí thực hiện vừa phải, trong khi lại dễ thực hiện
trong điều kiện hiện tại ở Việt nam.
khiển theo giao thức OpenFlow được trao đổi qua hệ
thống bus nội bộ của thiết bị. Trong khuôn khổ bài báo
này, chúng tôi sẽ chỉ tập trung thử nghiệm hai tính
năng cơ bản đó là việc chuyển mạch thông tin theo
luồng theo cơ chế SDN và điều khiển các loại hình lưu
lượng theo băng thông đã cắt lắt (ảo hóa chức năng
mạng) theo các lớp chất lượng dịch vụ định trước.
Để đạt được hiệu quả về chi phí, khả năng mở rộng
Cơ chế thực hiện điều khiển chất lượng dịch vụ
trong SDN theo luồng sử dụng hàng đợi cũng được
minh họa trên Hình 4 [20]. Chức năng cốt lõi trước tiên
là việc lấy gói tin đến từ một cổng và sau đó, chuyển
nó qua một cổng khác nhờ việc xử lý và thực hiện các
thay đổi nội dung thông tin điều khiển gói tin cần thiết
trên đường đi. Quá trình xử lý luồng thông tin đầu vào
được thực hiện theo phương pháp so khớp gói tin đầu
tiên của luồng nhờ thông tin cập nhật trong bảng luồng
(Flow Table). Nếu thông tin về luồng thông tin đến
chưa có sẵn trong bảng luồng, bản tin điều khiển
OpenFlow sẽ được tạo ra để gửi đến bộ điều khiển
SDN. Trên cơ sở các thông tin nhận được, bộ điều
khiển SDN sẽ xác định quy tắc và cập nhật thông tin xử
lý tương ứng cho luồng vào này theo thuật toán và
phần mềm cài sẵn vào bảng luồng. Sau đó, toàn bộ gói
dữ liệu của luồng thông tin đầu vào sẽ được xử lý theo
thông tin của bảng luồng đã được cập nhật mà không
cần sự can thiệp tiếp theo của bộ điều khiển SDN.
và khả năng cung cấp QoS đối với hệ thống IoT
gateway định nghĩa bằng phần mềm, chúng tôi đề xuất
và sử dụng nền tảng máy tính đa dụng cỡ nhỏ, cụ thể
như Raspberry pi [17] và sử dụng phần mềm hỗ trợ mã
nguồn mở bao gồm hệ điều hành quản trị tài nguyên
phần cứng (Raspbian/Debian) [18], phần mềm quản trị
mạng và tính năng kết nối (ví dụ OpenWrt, …) và các
phần mềm hỗ trợ IoT như Kura, … cũng như bộ phần
mềm thực hiện tính năng SDN (như OpenvSwitch [19]
và bộ điều khiển Ryu, …) để định nghĩa phần mạng lớp
dưới cho các ứng dụng nằm ở lớp trên, giúp chuyển đổi
tài nguyên mạng thành khả lập trình, có thể cấp phát và
điều khiển tự động bằng phần mềm. Các bộ chuyển đổi
USB sang Ethernet 100 Mbps cũng được sử dụng để
cung cấp đủ 4 cổng Ethernet cho hệ thống. Hình 3
minh hoạ mẫu thiết bị IoT gateway được phát triển.
Hình 4. Nguyên lý điều khiển luồng dữ liệu trong hệ thống
IoT gateway định nghĩa bằng phần mềm
Hình 3. Mẫu thiết bị IoT gateway
Với sự hỗ trợ của bộ điều khiển SDN, mặt phẳng
điều khiển trong mạng SDN được tách biệt và có khả
năng biên dịch các yêu cầu từ tầng ứng dụng cũng như
cung cấp cho tầng ứng dụng tài nguyên mạng trừu
tượng và ảo hóa. Do vậy, trạng thái mạng có thể được
cập nhật và tổng hợp, ví dụ thông qua các gói tin
chuyển qua bộ điều khiển, và có thể gồm nhiều loại dữ
liệu khác nhau (cả các sự kiện hoặc các dữ liệu thống
kê). Với các thông tin này, các chính sách điều khiển
và các thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) có thể được đặc
tả bởi người quản trị ở mức trừu tượng cao hơn và
thậm chí có thể hiệu chỉ động linh hoạt. Các kỹ thuật
đảm bảo chất lượng có thể được phân thành hai loại
Ngoài ra, các phần mềm tính năng và điều khiển
mềm cơ bản cho hệ thống thiết bị IoT gateway thông
qua giao thức OpenFlow cũng được phát triển dựa trên
ngôn ngữ Python. Các phần mềm này có thể hoạt động
ở chế độ từ xa hoặc tại chỗ. Trong chế độ từ xa, các
phần mềm này được cài đặt trên hệ thống điều khiển
SDN đặt trên một hệ thống máy tính/thiết bị khác và
điều khiển thiết bị chuyển mạch SDN thông qua một
kênh kết nối tin cậy được thiết lập giữa hai thiết bị theo
giao thức OpenFlow. Còn trong chế độ tại chỗ, hệ
thống điều khiển SDN được cài đặt trên cùng thiết bị
vật lý của thiết bị chuyển mạch, khi đó, thông tin điều
ISBN: 978-604-80-5076-4
116
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
như sau: kỹ thuật có trước công nghệ SDN và kỹ thuật
dựa trên công nghệ SDN. Đối với các kỹ thuật đảm bảo
QoS truyền thống (chưa xem xét đến công nghệ SDN)
cũng bao gồm hai loại chính đã được chuẩn hóa là:
IntServ và DiffServ. Ngược lại với các kỹ thuật đảm
bảo chất lượng dịch vụ truyền thống, các kỹ thuật đảm
bảo QoS dựa trên SDN có khả năng khắc phục hoàn
toàn các hạn chế nêu trên. Thông qua việc trừu tượng
mức cao hơn nhờ bộ điều khiển, người ta có thể đặc tả
các chính sách mà không cần phải cấu hình lại các thiết
lập ở mức thấp cho mỗi thiết bị chuyển tiếp dữ liệu.
Tập các chính sách này và kể cả các lớp lưu lượng khác
nhau cũng không bị giới hạn và cho phép tinh chỉnh
dựa theo nhu cầu của người dùng. Do vậy, các quy
định, chính sách có thể được định nghĩa theo từng
luồng (nếu cần thiết) và bộ điều khiển có nhiệm vụ áp
dụng chúng một cách hiệu quả vào các phần tử mạng
khác nhau.
III. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
HIỆU NĂNG HỆ THỐNG IOT GATEWAY
Dựa trên các kết quả thu được ở trên, để kiểm thử
nghiệm khả năng quản lý QoS trong hạ tầng thông tin
IoT của mẫu thiết bị IoT định nghĩa bằng phần mềm,
chúng tôi đã giả lập mô hình mạng truyền thông trong
nhà thông minh đơn giản với hai loại hình lưu lượng
khác nhau bao gồm: 1) lưu lượng được đảm bảo tốc độ
tối thiểu (ký hiệu là QoS-guaranteed) và 2) lưu lượng
best-effort thông thường (ký hiệu là non-QoS). Hình 6
thể hiện mô hình kết nối hệ thống thử nghiệm. Trong
hệ thống thử nghiệm này, thiết bị mẫu IoT gateway
định nghĩa bằng phần mềm (SD-IoT gateway) được sử
dụng như là thiết bị biên trong mạng SDN với yêu cầu
giám sát các loại hình lưu lượng đề cập ở trên, trong
đó, tổng lưu lượng kết nối nhà thông minh giới hạn là
10 Mbps, lưu lượng băng thông giới hạn dưới có băng
thông tối thiểu là 4 Mbps.
Theo cách tiếp cận này, việc cung cấp QoS cũng có
thể được thực hiện theo một trong hai khía cạnh đó là
đảm bảo QoS cho luồng dữ liệu khách hàng/doanh
nghiệp hay cho mỗi luồng ứng dụng cụ thể. Phương
pháp này gần giống như dự trữ tài nguyên trong đó,
mỗi luồng được gán một phần dung lượng truyền dẫn.
Bên cạnh đó còn có kỹ thuật định tuyến động theo
luồng cũng được đề xuất để không gán trực tiếp tài
nguyên cho mỗi luồng hoặc kỹ thuật dựa vào việc xếp
hàng vào hàng đợi và tuân thủ chính sách. Trong khuôn
khổ bài báo này, chúng tôi áp dụng kỹ thuật này để
phát triển và thử nghiệm tính năng đảm bảo QoS trong
hệ thống. Các thuật toán áp dụng cho việc xử lý gói tin
đưa vào và đưa ra khỏi hàng đợi theo các mức QoS
được thể hiện trong Hình 5.
Hình 6. Mô hình thử nghiệm hạ tầng thông tin đảm bảo QoS
sử dụng mẫu thiết bị IoT gateway định nghĩa bằng phần mềm
Hình 7 thể hiện kết quả xác nhận thiết lập và cấu
hình hệ thống thành công cho thiết bị SD-IoT gateway.
Thông tin trên các cổng kết nối thể hiện rằng hệ thống
được trang bị 04 cổng Ethernet, trong đó có 01 cổng
gốc được trang bị sẵn trên hệ thống phần cứng
Raspberry pi và 03 cổng bổ sung khác, được điều khiển
thông qua giao thức OpenFlow 1.3 và có trạng thái
hoạt động bình thường.
Hình 5. Thuật toán xử lý luồng lưu lượng theo QoS
Hình 7. Kiểm tra cấu hình cổng kết nối trên thiết bị
ISBN: 978-604-80-5076-4
117
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
Hình 8 thể hiện sự so sánh về hiệu năng của hệ
thống SD-IoT gateway trong việc hỗ trợ đảm bảo chất
lượng dịch vụ theo xác suất tỉ lệ mất gói tin khi lưu
lượng đưa vào hệ thống tăng dần. Các kết quả thể hiện
trên đồ thị là kết quả trung bình sau 10 lần chạy với độ
dài mỗi kịch bản chạy là 240 ms. Kết quả cho thấy, lưu
lượng dịch vụ được đảm bảo QoS (QoS-guaranteed) bị
mất gói tin ít hơn nhiều so với dịch vụ không được đảm
bảo (non-QoS). Lý do là vì cơ chế thiết lập ưu tiên cho
các luồng gói tin thuộc loại hình dịch vụ đảm bảo QoS
được áp dụng bởi bộ điều khiển SDN cho hệ thống khi
xử lý các luồng tin đầu vào. Điều này cũng cho thấy
khả năng “mềm hoá” để triển khai nhanh và linh hoạt
các cơ chế đảm bảo QoS đa dạng đối với nhiều loại
hình dịch vụ khác nhau của hệ thống SD-IoT.
cả hệ thống đạt mức tối ưu và ổn định với xác suất mất
gói xấp xỉ bằng 0. Sau giá trị này, việc tăng kích thước
hàng đợi không đem lại hiệu quả đáng kể.
IV. KẾT LUẬN
Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu mẫu thiết bị
IoT gateway được phát triển thành công dựa trên sự kết
hợp giữa nền tảng máy tính nhỏ đa dụng có chi phí hợp
lý và các phần mềm mã nguồn mở như hệ điều hành,
bộ giao thức IoT, các thành phần hệ thống SDN
(OpenvSwitch và bộ điều khiển Ryu), ... Nhờ việc tận
dụng các lợi thế của công nghệ SDN, phần mềm mã
nguồn mở và nền tảng máy tính cỡ nhỏ giá thành phù
hợp, hệ thống SD-IoT gateway được phát triển có chi
phí hợp lý đồng thời có khả năng hoạt động linh hoạt,
hỗ trợ đầy đủ các chức năng mạng nâng cao. Hệ thống
đáp ứng các yêu cầu đối với các loại hình dịch vụ IoT,
có khả năng mở rộng và khả năng cung cấp QoS đa
dạng và linh hoạt. Thiết bị này cũng có khả năng tương
thích với giao thức OpenFlow 1.3 trở lên, hỗ trợ chuẩn
kết nối phong phú như 4 cổng Ethernet 100 Mbps,
USB, cổng nối tiếp, WiFi hay Bluetooth. Hiệu năng
của hệ thống trong việc đảm bảo QoS cũng được khảo
sát và đánh giá thông qua các thử nghiệm trong hệ
thống IoT cơ bản.
Trong giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu, chúng tôi
sẽ mở rộng hơn nữa các tính năng của hệ thống, thử
nghiệm đa dạng giao thức IoT hơn và phát triển các
giao thức thời gian thực nâng cao, mang tính hiệu quả
dựa trên hệ thống IoT.
Hình 8. Xác suất mất gói đối với các loại hình lưu lượng khác
TÀI LIỆU THAM KHẢO
nhau
[1] Hu, Fei, Qi Hao, and Ke Bao, "A survey on software-defined
network and openflow: From concept to implementation, "
IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, no. 4, pp.
2181-2206, 2014.
[2] Andreas, Arsanasty Ba, Martin Reisslein, and Wolfgang
Kellerer, “Survey on network virtualization hypervisors for
software defined networking,” IEEE Communications Surveys
& Tutorials, vol. 18, no. 1, pp. 655-685, 2016.
[3] Omnes, Nathalie, Marc Bouillon, Gael Fromentoux, and
Olivier Le Grand, "A programmable and virtualized network
& IT infrastructure for the internet of things: How can NFV &
SDN help for facing the upcoming challenges," 18th
International Conference on Intelligence in Next Generation
Networks (ICIN), pp. 64-69, 2015.
[4] Diego Kreutz, Fernando M.V. Ramos, Paulo Esteves
Verıssimo,
Christian
Esteve
Rothenberg,
Siamak
Azodolmolky, and Steve Uhlig, “Software-defined
networking: A comprehensive survey,” Proceedings of the
IEEE, vol. 103, no. 1, pp. 14-76, 2015.
Hình 9. Ảnh hưởng của dung lượng bộ đệm hàng đợi
[5] Vermesan Ovidiu, and Peter Friess, “Internet of things-from
research and innovation to market deployment,” Vol. 29,
Aalborg: River Publishers, 2014.
Ngoài ra, để làm rõ hơn ảnh hưởng của các tham số
hệ thống phần cứng/mềm đến hiệu năng của giải pháp
đảm bảo QoS trong hệ thống, sự phụ thuộc của hiệu
năng hệ thống vào một trong các tham số đặc tính quan
trọng của thiết bị là kích thước bộ đệm hàng đợi đầu ra.
Kết quả thử nghiệm đo trên hệ thống được thể hiện trên
Hình 9. Tỉ lệ mất gói sẽ giảm nhanh chóng khi dung
lượng hàng đợi được tăng lên. Khi dung lượng hàng
đợi đạt giá trị nhất định (ví dụ, 2.5 MB), hiệu năng của
[6] Wollschlaeger Martin, Thilo Sauter, and Juergen Jasperneite,
“The future of industrial communication: Automation
networks in the era of the internet of things and industry 4.0,”
IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 11, no. 1, pp. 17-
27, 2017.
[7] Alasdair Gilchrist, “Industry 4.0: The Industrial Internet of
Things,” Apress, 2016.
ISBN: 978-604-80-5076-4
118
Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
[8] Samaresh Bera, Sudip Misra, and Athanasios V. Vasilakos,
“Software-Defined Networking for Internet of Things: A
Survey,” IEEE Internet of Things Journal, vol. 4, no. 6, pp.
1994-2008, 2017.
Networking Switch Using Raspberry Pi,” Next-Generation
Networks, pp. 147-152. Springer, Singapore, 2018.
[14] A. Ishimori et al., “Control of Multiple Packet Schedulers for
Improving QoS on OpenFlow/SDN Networking,” EWSDN,
Berlin, 10-11 Oct, 2013.
[9] Jararweh, Yaser, Mahmoud Al-Ayyoub, Elhadj Benkhelifa,
Mladen Vouk, and Andy Rindos, "SDIoT: a software defined
based internet of things framework," Journal of Ambient
Intelligence and Humanized Computing, vol. 6, no. 4, pp. 453-
461, 2015.
[15] S. Sharma, D. Staessens, D. Colle, and D. Palma,
“Implementing Quality of Service for the Software Defined
Networking Enabled Future Internet”, EWSDN, Budapest, 1-3
Sep, 2014.
[10] Bizanis, Nikos, and Fernando A. Kuipers, "SDN and
virtualization solutions for the Internet of Things: A survey,"
IEEE Access, vol. 4, pp. 5591-5606, 2016.
[16] Quang Huy Nguyen, Ngoc Ha Do and Hai Chau Le,
“Development of a QoS Provisioning Capable Cost-Effective
SDN-based Switch for IoT Communication,” ATC 2018, pp.
220-225, 2018.
[11] Kim, Hyunmin, Jaebeom Kim, and Young-Bae Ko.
"Developing a cost-effective OpenFlow testbed for small-scale
Software Defined Networking," IEEE 16th International
Conference on Advanced Communication Technology
(ICACT), pp. 758-761, 2014.
[17] John C. Shovic, “Raspberry pi IoT projects,” Apress, 2016.
[20] Mirchev, A., “Survey of Concepts for QoS improvements via
SDN,” Future Internet (FI) and Innovative Internet
Technologies and Mobile Communications (IITM), 33, p.1,
2015.
[12] Austin, Ron, Peter Bull, and Shaun Buffery, "A Raspberry Pi
Based Scalable Software Defined Network Infrastructure for
Disaster Relief Communication," IEEE 5th International
Conference on Future Internet of Things and Cloud (FiCloud),
pp. 265-271, 2017.
[13] Vipin Gupta, Karamjeet Kaur and Sukhveer Kaur,
“Developing Small Size Low-Cost Software-Defined
ISBN: 978-604-80-5076-4
119
6 trang
20420
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mạng định nghĩa bằng phần mềm trong hệ thống IoT gateway cỡ nhỏ và linh hoạt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_ung_dung_cong_nghe_mang_dinh_nghia_bang_phan_mem.pdf
