اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی

اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

ایجاد یک بستر آزمایشی شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار توزیعی برای اینترنت اشیاء

چکیده

انتشار سریع اینترنت اشیاء (IoT) سبب رشد سناریو های شبکه بندی اقتضایی گردیده است. با توجه به فناوری های نوظهور شبکه، با برنامه نویسی مطلوب نظیر SDN، می توان چنین فرآیندی را به صورت کارآمد و به گونه ای یکپارچه ساخت تا قابلیت ایجاد یک پلتفرم یا بستر اطلاعاتی فراهم شود. در این تحقیق، ما جزئیات بررسی مقدماتی خود در زمینه چگونگی مشخص سازی کارایی یک رویکرد در ارتباط با ایجاد یک شبکه خوشه ای با استفاده از شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار یا نرم افزار محور (SDN) را عرضه می نماییم. ما نگاه اجمالی خود معطوف به پروتکل مسیریابی بهینه که دارای برهمکنش های مناسب خوشه ای می باشد می نمائیم. طرح پیشنهادی ما به عنوان یک نقطه آغازین برای برخی آزمایشات مرتبط با در نظرگیری پیاده سازی SDN در یک محیط خوشه ای برای اینترنت اشیاء می باشد. با توجه به این هدف، ما یک پروتکل مسیریابی را پیشنهاد می نماییم که قابلیت مدیریت وظایف مسیریابی در SDN خوشه ای را خواهد داشت. از طریق بکارگیری فرایند مجازی سازی شبکه و فناوری های اپن فلو (OpenFlow) جهت ایجاد شبکه های مجازی، ما یک سیستم نمونه با قابلیت کنترل توسط SDN را شبیه سازی می نماییم. بستر آزمایشی طراحی ما به عنوان یک محیط ارزیابی پروتکل حقیقی اپن فلو به شمار می آید که متشکل از شبکه ها و برنامه های کاربردی است، که خود ارائه دهنده کنترل انعطاف پذیر پشتیبانی از چهارچوب ها برای آزمایشات بزرگ مقیاس خواهد بود.

کلمات کلیدی: اینترنت اشیاء، شبکه بندی تعریف شده با نرم افزار/ نرم افزار محور، شبکه های اقتضایی، خوشه

اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی

۱- مقدمه

فناوری امروزی شبکه به اشیاء و کاربران اجازه می دهد در هر زمان و در هر مکان قابلیت ارتباط با یکدیگر را داشته باشند. با توجه به توسعه فزاینده اینترنت، خطرات امنیتی به صورت پیوسته ظهور نموده و محافظت از فرایند انتقال داده ها به عنوان یک مسئله مهم تلقی می شود. در حال حاضر، اشیاء زیادی به اینترنت، در مقایسه با انسان های موجود در جهان، متصل بوده و این مورد سبب ایجاد ترافیک بسیار بزرگی شده است (همانند سیستم های صوتی، ویدئویی، داده ای و غیره). کلیه این عوامل به طور قابل توجهی سبب افزایش فشار هزینه ای بر روی اپراتورهای شبکه به واسطه ظهور سیستم های موبایل و برنامه های کاربردی سیار شده است. یکی از بزرگترین چالش ها در زمینه امنیت اینترنت اشیا (IoT)
می باشد، چرا که این سیستم قابلیت اتصال کلیه اشیاء یا دستگاه ها به شبکه های بی سیم / با سیم را خواهد داشت.

در این مقاله، ما مدل مشخصی را جهت کنترل و ایجاد امنیت در زمینه تبادل اطلاعات برای اینترنت اشیاء بر مبنای معماری های SDN ارائه می نمائیم. در ابتدا، مدل پیشنهادی به گونه ای طراحی شده است تا قابلیت ارائه و تامین ویژگی های امنیتی شبکه های اقتضایی و اینترنت اشیاء را داشته باشد. به منظور شامل سازی اشیاء نظیر حسگرها، تبلت ها، تلفن های هوشمند و سیستم های دیگر این مشخصه ها را می بایست در نظر داشت. دوما، ما نسبت به تعمیم معماری پیشنهادی اقدام نموده و این موضوع را تشریح می نمائیم که چگونه فلوها یا جریان ها را می توان بین کنترلر ها مسیردهی نمود. ما رویه پیاده سازی سیستم نمونه خود را نشان داده و متعاقبا نتیجه آن را ارزیابی خواهیم نمود. مشخصه های اصلی این مقاله به شرح ذیل می باشد:

• تحقیق ما به عنوان یک توصیف نوین معماری SDN جهت بهینه سازی ارتباط میانی سیستم های کاربردی اقتضایی و اینترنت اشیاء می باشد.

• ما مفهوم هد خوشه بندی شده SDN (SDNCH) جهت ارائه توابع مسیریابی و توزیع آن ها و قواعد امنیتی برای هر کنترلر لبه را عرضه می نماییم.

• ما یک مدل پیاده سازی را ارائه می نماییم که دارای یک کنترلر IoT جهت مدیریت و کنترل ترافیک از کاربران انتهایی در محیط های اینترنت اشیاء می باشد.

مدل ما متعاقبا در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته و بر مبنای آن ما چارچوب خاصی را برای نگرش ارائه شده در زمینه راه حل های مبتنی بر –SDN جهت شبکه های اقتضایی و اینترنت اشیاء مورد بحث قرار داده و به نتیجه گیری می رسیم.

اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی

۲- معماری خوشه SDN برای اینترنت اشیاء و شبکه اقتضایی

قبلا، ما یک شبکه حسگر خوشه بندی شده نرم افزار محور (SDCSN) را ارائه نمودیم. خوشه بندی شامل سازماندهی شبکه به گروه هایی از گره ها با توجه به ساختار سلسله مراتبی می باشد. هر خوشه به وسیله یک هد خوشه مدیریت می شود. جهت توسعه این معماری، ما کنترلر SDN را در هد خوشه قرار دادیم. راه حل های خوشه بندی مختلف در این مقاله ارائه شده است. برخی از راه حل ها ارائه دهنده ایجاد خوشه های ۱-جهشی می باشند. در این دست از راه حل ها، هر گره در بیشترین وضعیت دارای یک فاصله [۱] از هد خوشه می باشد و قطر حداکثری هر خوشه نیز برابر با [۲] است. راه حل ما قابلیت ایجاد  خوشه های k – جهشی را دارد. در این راه حل، هر گره قابلیت موقعیت یابی یا جایگزینی در یک فاصله حداکثری k از هد خوشه را خواهد داشت و قطر حداکثری خوشه نیز برابر با ۲k خواهد بود.

بر مبنای این رویکرد لایه تجرید سرویس مدل مبنا (MD-SAL) راه حل خوشه بندی به صورت مد فعال/ فعال، ما قابلیت ارائه معماری کنترلر SDN متعدد برای شبکه های اقتضایی و اینترنت اشیاء را خواهیم داشت. یک معماری مبتنی بر – SDN  شامل موارد ذیل می باشد: (۱) رابط های میراثی (لایه فیزیکی)، (۲) سوئیچ مجازی سازگار با – SDN (لایه برنامه نویسی)، (۳) سیستم های عامل کنترل کننده SDN و برنامه های کاربردی آن ها (لایه OS). کاربران سیستم اقتضایی قابلیت اتصال به دیگر گره ها از طریق سوئیچ سازگار با – SDN جاسازی شده را خواهند داشت.

به طور معمول، یک شبکه بزرگ نمی تواند دارای کاربرد موثری بدون برخی از ساختارهای سازماندهی باشد. به همین دلیل، ما برای این خوشه شبکه مرتبط را مشخص ساخته و در نظر می گیریم که هر هد خوشه به عنوان یک کنترلر می باشد. یک گره می تواند دارای حالت های ذیل باشد: گره ساده (SN)، گره گیت وی (GN) یا هد خوشه (CH). در این رویکرد، هدهای خوشه (CH) در معماری SDCSN تحت عنوان هدهای خوشه SDN (SDNCH) خوانده می شوند. هر خوشه تحت عنوان دامنه SDN نامیده می شود که به شرح ذیل تعریف خواهد شد:

• SDNCH به عنوان هماهنگ کننده دامنه تلقی می شود.

• گیت وی به عنوان یک گره پل بین گره های حسگر و SDNCH می باشد.

• گره های حسگر به عنوان گروه هایی از گره ها در یک دامنه همراه با گره های گیت وی آن ها مد نظر خواهند بود.

اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی

۳- پروتکل مسیریابی برای SDN خوشه توزیعی در اینترنت اشیاء

مسئله اصلی گره گیت وی بین هر خوشه می باشد. در یک شبکه اینترنت اشیاء، یک شی احتمالا دارای قابلیت مسیریابی نخواهد بود، بنابراین ما احتمالا قابلیت داشتن یک شی که به عنوان یک گره با منابع اندک به صورت یک گیت وی می باشد را نخواهیم داشت. برای معماری خوشه بندی، ما یک کنترلر SDN را در هر خوشه ارائه می نماییم. این کنترلر وظیفه مدیریت و کنترل کلیه ترافیک های گره متصل به صرف دامنه خود را به عهده دارد، که تحت عنوان دامنه درونی خوانده می شود. در چنین محیطی، کنترلر ها اقدام به برقراری ارتباط با یکدیگر از طریق یک لینک دامنه درونی می نمایند. تحقیق قبلی معماری سلسله مراتبی را برای SDN به منظور بهینه سازی و توزیع توابع کنترلی عرضه نموده است. البته ما خواستار توزیع توابع کنترلی بر روی کنترلرهای متعدد نمی باشیم، بلکه در مقابل خواستار توزیع توابع مسیریابی بر روی هر SDNCH خواهیم بود.

شبکه سازی مرکزی اطلاعات نرم افزار محور (SD-ICN) قبلا ارائه شده است. معماری سلسله مراتبی ناحیه مبنای مقیاس پذیر (SAHA) نیز جهت پیاده سازی کنترلر در SD-ICN به کار گرفته شده است، که در آن یک کنترلر- ریشه ای متمرکز دارای یک نگرش شبکه کلی می باشد و کنترلرهای آن ناحیه صرفا از آگاهی مرتبط با ناحیه محلی خود برخوردار می باشند. مشکل منطقه یابی برای بهینه سازی شبکه توزیعی مورد بحث قرار گرفته و رویکرد پیشنهادی متشکل از تعدادی از کنترلرهای اسلیو است که در خدمت آن نواحی به صورت مجزا می باشند و تحت هماهنگی یک کنترلر مستر عمل می نمایند. طراحی آن متشکل از کاربرد مشخصه های ابتکاری در زمینه خوشه بندی، پارتیشن بندی، و تخصیص راه حل های مرتبط است که اجازه می دهد تا قابلیت برقراری ارتباط به وجود آمده و به علاوه توان پردازش بار بین کنترلر ها فراهم شود.

…

اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی

۴- آزمایشات

ما نسبت به پیاده سازی یک کنترلر SDN Opendaylight با استفاده از پروتکل اپن فلوی ۱-۳ اقدام نمودیم. به هنگامی که میزبان A خواستار ارسال یک پاکت IP بر فراز اترنت به میزبان B بر مبنای آدرس IP باشد، لازم است تا یک پاسخ ARP را از میزبان B دریافت نماید. به هنگامی که فلوی جدید از میزبان A به یک سوئیچ اپن فلو رسید، این سوئیچ اقدام به ارسال پاکت مربوطه به SDN کنترل کننده می نماید. در صورتی که هیچ گونه انطباقی با ورودی فلوی نصب شده وجود نداشته باشد، پاکت مذکور رد می شود. در پی دریافت پاسخ، مسیریابی در کنترلر قابلیت ارسال فلو به سوئیچ متصل به میزبان مبداء و سوئیچ متصل به میزبان مقصد را خواهد داشت. به هنگامی که لینک مربوطه حاصل شد، کوتاه ترین مسیر برای این سوئیچ در نظر گرفته خواهد شد. بدین روش چنین سوئیچی در خدمت مسیریابی پاکت های بین میزبان A و میزبان B خواهد بود.

بستر تست آزمایش شده در این مقاله شامل یک محیط تست مجازی در ترکیب با سیستم TinyCore، سوئیچ های اپن فلوی نرم افزار مبنا (OVS) و کنترل کننده Opendaylight می باشد. بستر آزمایشی بر مبنای SDN توسعه یافته و به کاربران مورد نظر به آسانی امکان طراحی توپولوژی شبکه از طریق برنامه های کاربردی وبی را می دهد. چنین چارچوبی برای بستر آزمایشی متعاقبا قابلیت تخصیص منابع به چنین برنامه ای را خواهد داشت که خود توان ایجاد مسیرهای بین گره ها را داشته و قابلیت کنترل درخواست های ارسالی به کنترل کننده و همچنین تصمیم گیری در زمینه خط مشی های مورد نظر تحویل شده برای هر ابزاره ها را نیز خواهد داشت. رویکرد ما در این بستر آزمایشی فراهم آورنده محیطی برای اینترنت اشیاء و همچنین پیاده سازی شبکه اقتضایی می باشد. این سیستم اجازه می دهد تا گره ها قابلیت اتصال با گر های دیگر از طریق سوئیچ OVS سازگار با –SDN را داشته باشند و در عین حال این سوئیچ به وسیله یک کنترلر SDN کنترل می شود.

جهت ارزیابی عملکرد اپن فلو، ما در ابتدا سناریوی تجربی پیاده سازی شده بر روی یک بستر آزمایشی SDN را تشریح می نمائیم. این مولفه حاوی Opendaylight Helium-SR4 و پنج ماشین مجازی (VM) متصل به یک شبکه می باشد. کامپیوتر (PC) که در حال اجرای کنترلر مرتبط می باشد از سیستم عامل Ubuntu 14.04 استفاده نموده و دارای دو پردازنده مجازی و ۱۶ گیگابایت رم می باشد. هر ماشین مجازی (VM) دارای ۸ پردازنده مجازی و ۱۶ گیگا بایت رم است، که از برنامه های قبلا نصب شده Debian 8.0 همراه با OVS Open vSwitch استفاده می نماید. ما از KVM برای مجازی سازی ماشین در VM استفاده نمودیم تا قابلیت اجرای TinyCore Linux 3.16.6 با درنظرگیری ۴۸ مگابایت رم را داشته باشیم. این بستر آزمایشی به عنوان یک راهکار ممتاز جهت ایجاد پلتفرم تست اپن فلو به شمار می آید. ما یک شل اسکریپت را ارائه نمودیم تا قابلیت کار ساده در چنین محیطی با استفاده از کنترل کننده SDN به منظور کنترل رفتار کل شبکه به وجود آید. تاکید بر روی این مورد قابل توجه است که این اسکریپت قابلیت کنترل هر ابزاره را داشته و توان برقراری ارتباطات با آن ها از طریق اپن فلو را دارد. بدین روش، هر ماشین مجازی دارای یک اسکریپت جهت ایجاد شبکه مورد نیاز در محیط SDN می باشد. …

اینترنت اشیا شبکه سازی نرم افزار توزیعی

۵- نتیجه گیری

در این مقاله، ما یک سیستم مدیریت خوشه بر مبنای اپن فلو را پیشنهاد نموده ایم. این سیستم قابلیت مدیریت ارتباطات بین خوشه ها به وسیله یک هد خوشه SDN مدیریت شده توسط یک کنترلر SDN را خواهد داشت. ما همچنین یک سیستم نمونه را جهت شبیه سازی یک شبکه واقعی اپن فلو ایجاد
نموده ایم. مجموعه متعاقب آزمایشات ما در حال پیشرفت می باشد که در آن ما سعی در کار بر روی مشخصه های مربوطه جهت ایجاد یک پروتکل خوشه ای مسیریابی دینامیکی در SDN نموده ایم. این مطالعه معرف حاصل آوردن یکی از اهداف شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار یا نرم افزار محور است که قابلیت ارائه مسیرهای بهتر در ارتباط با مسیریابی برای آبجکت ها در سناریو های خوشه ای را خواهد داشت. تحقیق بعدی شامل گسترش شبیه سازی های ما جهت استفاده از IPv6 و پروتکل های مسیریابی برای محیط های خوشه بندی MD-SAL  می باشد. به علاوه، شبیه سازی های بیشتری جهت ارزیابی عملکرد معماری پیشنهادی که برای شبکه های اینترنت اشیا اعمال شده اند نیز مدنظر خواهد بود.