اینترنت اشیا شبکه سازی بیسیم نرم افزاری

اینترنت اشیا شبکه سازی بیسیم نرم افزاری – 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.

فرصت ها و چالش های شبکه سازی بی سیم تعریف شده با نرم افزار برای اینترنت اشیا: یک بررسی

چکیده

با توجه به ظهور اینترنت اشیاء (IoT)، هم اکنون شاهد بروز علاقه فزاینده ای در زمینه ساده سازی کنترل های شبکه بی سیم می باشیم. چنین موردی را می توان به عنوان یک رویه کاملا چالش برانگیز در نظر گرفت، که متشکل از اکتساب اطلاعات، تحلیل آن، تصمیم گیری و اعمال رویه های پیاده سازی بر روی شبکه های بزرگ مقیاس اینترنت اشیا می باشد. چنین مشخصه ای سبب شده است تا تحقیقات مرتبط قابلیت بررسی فرایند یکپارچه سازی یا جامعیت شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار / نرم افزار محور (SDN) و اینترنت اشیا را داشته باشند تا از این طریق بتوان نسبت به حاصل آوردن راهکار کنترلی ساده تر، آسان تر و مناسب تر اقدام نمود. SDN به عنوان یک تغییر قابل توجه و نوید بخش نوین در الگوهای مرتبط به شمار می آید که قابلیت فعال سازی یک شبکه بی سیم ساده شده و در عین حال قدرتمند با توان برنامه ریزی را داشته و متعاقبا می تواند نسبت به ارائه خدمات به یک سری از آرایه های بزرگ آبجکت های فیزیکی و برنامه های کاربردی اقدام نماید. این مقاله مروری کار خود را با توجه به ظهور SDN آغاز نموده و متعاقبا توسعه های معنی دار اخیر در زمینه حوزه های بی سیم و مولفه های نوری را با هدف جامعیت و یکپارچه سازی SDN و IOT یا اینترنت اشیا دنبال می نماید. چالش ها در زمینه جامعیت SDN و IOT نیز از نقطه نظر مسائل امنیتی و مقیاس پذیری مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

کلمات کلیدی: اینترنت اشیاء، SDN، شبکه های بی سیم تعریف شده با نرم افزار/ نرم افزار محور(SDWN)، مورد کاربرد SDN.

اینترنت اشیا شبکه سازی بیسیم نرم افزاری

۱- مقدمه

شبکه های حامل سیار / کاریر موبایل در حال نزدیک شدن به نقطه اوج خود هستند. ظهور ابر رویه ها در حوزه ICT هم اکنون به یک سطح معنی داری از جامعیت اینترنت با پوشش همه جانبه آبجکت ها در یک شبکه رسیده است. با ارزیابی اینترنت اشیا (IoT)، شبکه های موبایل یا سیار قابلیت بهره گیری از جریان بزرگی از داده ها، انبوهی از ترافیک شبکه، و انواع جدید ابزارهای متصل شامل ماشین های صنعتی، ترموستات ها، حسگرها، راه اندازها، کارت های هوشمند، پوشش افزارها و دیگر سیستم های کاربردی هوشمند را دارند. آن ها با کامپیوترهای شخصی، تبلت ها، تلفن های هوشمند و موارد مشابه شبکه یکسانی را به اشتراک می گذارند که همگی به پهنای باند حساس هستند. هم اکنون ۹ بیلیون ابزاره یا دستگاه متصل وجود دارد و این تعداد تا سال ۲۰۲۰ به فراتر از ۲۴ بیلیون دستگاه خواهد رسید. با توجه به این ویژگی مشخص شده در ارتباط با ارتقای معنی دار ابزاره های متصل، می توان بیان داشت که سیستم های حامل یا کاریر ها قبلا کنترل پیچیده المان ها یا اجزای مرتبط و همچنین شبکه های اورلود شده را تجربه نموده اند. در صورتی که شبکه ها مهیا نباشند، این سیل جریان اینترنت اشیا، که در آن اشیاء مختلف به عنوان تولید کنندگان ترافیک شناخته می شوند، و نه مصرف کنندگان شبکه، قابلیت فلج سازی شبکه را خواهد داشت. به علاوه، ابزاره های اینترنت اشیا به صورت بی سیم به اینترنتی متصل می باشند که به تعداد متنوعی از سیستم های کاربردی سرویس می دهد و در این راستا هیچ گونه استاندارد بی سیم مشخصی نمی تواند به صورت مکفی خدمات مرتبط را در اختیار قرار دهد. در چنین موردی، انتخاب اتصال پذیری درست بی سیم و شکل دهی به یک کنترل بالقوه ابزاره های بی سیم اینترنت اشیا به عنوان یک پدیده چالش برانگیز دیگر به شمار می آید. در عین حال شبکه متعارف یا سنتی جهت مرتفع سازی چنین چالشی نیز ناکافی است.

…

تلاش هایی نیز جهت بررسی SDWN در محتوای SDN مبتنی بر زیرساختار با قابلیت فعالسازی شبکه های وای فای نظیر OpenRoad، و موارد دیگر انجام شده است. رشته SDWN همچنان در مرحله طفولیت خود به سر می برد و همچنان چالش های بسیار مهمی را می بایست به منظور کنترل شبکه اینترنت اشیاء با استفاده از یک پروتکل واحد مورد خطاب قرار داد. بنابراین، در این مقاله مروری، ما سعی در فراهم آوردن پیشرفت های اخیر SDWN می نماییم که می تواند فرصت های تحقیقاتی زیادی را در ارتباط با اینترنت اشیا برای ما فراهم آورد.

ادامه این مقاله به شرح ذیل سازماندهی شده است. تلاش های اولیه SDN در بخش ۲ عرضه شده است. فرصت های SDWN در ارتباط با اینترنت اشیا با توجه به جزئیات مربوطه در بخش ۳ ارائه گردیده است. در بخش ۴ چالش های تحقیقاتی باز SDWN به طور کلی از نقطه نظر ویژگی های امنیتی و مقایس پذیری مورد بحث قرار خواهند گرفت. نهایتا بخش ۵ به نتیجه گیری این مقاله می پردازد.

اینترنت اشیا شبکه سازی بیسیم نرم افزاری

۲- شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار / نرم افزار محور: تلاش های اولیه

یکی از محققین شرکت رند / Rand  ایالت متحده تحت عنوان پل بران / Paul Baran در دهه ۱۹۶۰ فرایند انتقال سیگنال های صوتی تلفن در قالب داده های پاکتی را پیشنهاد نمود که قابلیت سیر اتوماتیک در شبکه را دارد. جهت افزایش متعاقب فرایند ارسال هوشمندانه پاکت به دلایل مختلف، نظیر ایجاد نوعی ویژگی تصمیم گیری در خصوص ارسال مطلوب ترافیک شبکه به منظور صرفه جویی در پهنای باند و افزایش عملکرد آن، روش های مسیر یابی مبتنی بر خط مشی (PBR) ارائه شدند. در آن مرحله یک عبارت جدید تحت عنوان جریان ایجاد شد که تشریح کننده مجموعه خاصی از ترافیک بین دو نقطه انتهایی می باشد که قابلیت دریافت مشخصه های ارسالی یکسان را دارند. PBR مجموعه ای از معیارها را تعریف نموده است ( که به طور کلی تحت عنوان معیارهای منطبق با عملکرد در SDN خوانده می شوند ) که خود مشخص کننده این موضوع هستند که آیا یک پاکت دریافتی مترادف با یک جریان خاص است یا خیر. چنین موردی به عنوان رویکرد متمرکز برنامه نویسی و قواعد ارسال به شمار آمده که متعاقبا سبب ایجاد فناوری مرتبط برای SDN شد. با توجه به این موضوع، ما قابلیت بهره گیری از PBR در سطح زمینه SDN را خواهیم داشت. شکل ۳ نشان دهنده تلاش های اولیه SDN و جوامع فنی مرتبط با بنیاد شبکه سازی باز (ONF) (شامل اپراتور، خدمات، مشخصه ها و بازار) می باشد که خود مسئول وظایف متعدد به شمار می آید.

از تولد چنین فرایندی، SDN بر مبنای ایده ایجاد جداول ارسال تعریف گردیده است که قابلیت مشخص سازی عملکردهای مرتبط در ارتباط با جریان های ارسال، به جای صرف ارائه آدرس مقصد و نگاشت های صرف مرتبط با جداول ارسال به پرت خروجی، بوده است. در خلال زمان رویه های شبکه از حالت نرم افزاری آن به سمت ویژگی سخت افزاری تغییر جهت دادند، نظیر ASICs، آرایه گیت قابل برنامه نویسی میدانی (FPGA) و حافظه قابل آدرس دهی سه محتوایی (TCAM). با توجه به گذشت زمان شبکه بندی ابزاره ها به طور فزاینده ای پیچیده شد. علت این امر به صورت نسبی به واسطه وجود طرح های مستقل و خودکار ابزاره ها می باشد که سبب می گردد تا مشخصه های هوشمندانه زیادی را داخل هر ابزاره قرار دهیم. این ویژگی سبب می شود تا عملکرد هر دستگاه به طرق خاصی بسیار ساده گردد اما در عین حال از طرف مقابل این ابزاره را بسیار پیچیده می نماید که علت آن را می توان روابط متقابل و دست دهی مختلف بین پاکت های سخت افزاری در برابر مشخصه های نرم افزاری آن تلقی نمود. …

الف. OpenFlow و بنیاد شبکه های باز

OpenFlow به وسیله محققین جهت انجام آزمایشات مرتبط و مشخصه های نوآورانه با در نظرگیری پروتکل های جدید روزمره توسعه یافت. این مشخصه های OpenFlow سبب می شود تا فروشندگان قابلیت پیاده سازی و فعال سازی OpenFlow در سوئیچ ها و دیگر محصولات خود را داشته باشند. پروتکل OpenFlow استفاده از آن بین کنترلر و سوییچ را در نظر می گیرد، چرا که یک پروتکل کنترل یکپارچه به وجود خواهد آمد. عملیات سوییچینگ اصلی OpenFlow همانگونه که در شکل چهار نشان داده شده است به عنوان سوییچی در نظر گرفته شده است که قابلیت ارزیابی هر جریان ورودی به صورت مستقل را خواهد داشت و می تواند یک جریان تطبیقی را در برابر مشخصه ورودی پیدا نموده و عملکرد مرتبط را اجرا کند. در صورتی که هیچ گونه تطبیقی یافت نشد سوییچ مربوطه اقدام به ارسال پاکت به کنترلر برای دریافت دستورالعمل در زمینه چگونگی رفتار با آن پاکت می نماید. کنترلر SDN سوییچ مرتبط را با ورودی های جدول جریان پر می نماید. نوعا کنترلر اقدام به بروز رسانی سوییچ ها با ورودی های جریان جدید با توجه به دریافت الگو های آنها می نماید. علامتهای هماهنگی یا وایلد کارت ها نیز قابل قبول هستند. این فناوری تحت عنوان شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار یا نرم افزار محور خوانده میشود.

ب. معماری ترکیبی فعال شده SDN

SDN همچنین می تواند سبب ارائه فرصت های جدیدی در اینترنت اشیا از طریق طراحی معماری شبکه هیبرید یا ترکیبی شود. این سیستم از پتانسیل کنترل مدار و سوئیچینگ پاکت بر مبنای یک پروتکل کنترل یکپارچه برخوردار می باشد. Gudla و همکاران یک معماری کنترل یکپارچه با OpenFlow جهت کنترل دینامیکی پاکت سوئیچینگ مدار شبکه ها را عرضه داشته اند. وقفه و زمان اتصال در مقایسه با روش های شبکه بندی متعارف کاهش می یابد. کاربرد سوئیچ OpenFlow در NetFPGA اعمال شده است. یک تست مستقل OpenFlow در مدار و سوئیچینگ پاکت نیز اعمال گردیده است. نویسندگان مرجع ۳۴، اقدام به طراحی معماری شبکه ترکیبی فعال شده OpenFlow نمودند. آنها ورودی مرتبط با قاعده تطبیق جدول OpenFlow را از طریق عرضه دو مشخصه چندتایی اضافه، یعنی کلاس کانال و انتقال برای طول موج/فاصله زمانی، را گسترش داده و به ترتیب فرایند سوئیچینگ مدار/ پاکت را تضمین نمودند. در مرجع ۳۵ مجموعه مسیر ارتقا یافته و زمان اتصال همراه با قابلیت کنترل با SDN در فناوری های انتقال نوری عرضه شده است. از این تحقیقات می توان این گونه استنباط نمود که معماری ترکیبی نوین در اینترنت اشیاء دارای تاثیر کمتری بر روی زمان همگرایی می باشد که بر حسب اطلاعات محدود گره جهت محاسبه مسیر تاثیر پذیر خواهد بود.

ج. تحقیقات مرتبط دیگر SDWN

بانسل و همکاران در مرجع ۱۷ یک طراحی مفهومی نوین را عرضه نمودند تا قابلیت ارائه یک رابط برنامه نویسی پیمانه ای و اعلانی در داخل پشته بی سیم فراهم شود. عملگرها یا اپراتورهای شبکه غالبا نیازمند تنظیم دینامیکی طیف و توان در ایستگاه های اصلی بر مبنای ضروریات ترافیک می باشند. بر حسب طراحی پیشنهادی، این ایستگاه ها را می توان به صورت کنترل از راه دور به گونه ای برنامه نویسی نمود تا از این طریق اپراتورها و همچنین فروشندگان قابلیت به روز رسانی و بهینه سازی آسان تر شبکه ها را داشته باشند. بر این مبنا اپراتورها توان تعریف مجموعه مرتبط را داشته و به علاوه می توانند اقدام به تنظیم یک ویژگی پروتکل مبنا در خصوص تطبیق زیرمجموعه های جریان های ترافیکی نموده و متعاقبا قابلیت تعیین رویه های اجرایی آن ها را نیز خواهند داشت. Bansal و همکاران در مرجع ۱۷ امکان پذیری این ایده از طریق بحث پیرامون این موضوع را مطرح نمودند که لایه های PHY و MAC را می توان در بین پروتکل های مختلف به اشتراک گذاشت (نگارش های مختلف LTE، ۴G، ۳G، Wi-Fi). …

د. آزمایش محصولات و طراحی اینترنت اشیاء با قابلیت فعال شدگی OpenFlow جدید

رشد سریع ابزاره ها و خدمات آنلاین برای تراکنش های اطلاعاتی در شبکه سبب استحکام مفهوم اینترنت اشیا شده است. سختی متناسب معماری متعارف در چنین مفهومی ناکافی می باشد که خود موکد تفکر مجدد در ارتباط با یافتن راه کارهای جدید به منظور استفاده از زیرساختارها و فناوری های نو است. شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار یا نرم افزار محور فراهم آورنده یک راهکار جایگزین در ارتباط با مشکلات کنونی شبکه های عادی می باشد. چنین سیستمی ارائه دهنده فرصت های بالقوه برای مدیران به منظور داشتن یک نگرش جهانی در ارتباط با شبکه و همچنین کنترل شبکه بر مبنای نیازهای هر یک از سازمان ها و افراد واحد می باشد. سازمان ها در جستجوی حاصل آوردن راه حل های مناسب یا محصولات نوین اینترنت اشیا هستند که تحت IPv6 با توجه به محیط شبکه بندی کنونی آن ها اجرا شود. آن ها همچنین نگاه خود را معطوف به سازگاری آتی ایجاد شده بر روی مشخصه OpenFlow نمودند. بنیاد شبکه های باز به عنوان یک سازمان کاربر مبنا به شمار می آید که به دنبال ارتقا و پذیرش رویکرد شبکه سازی تعریف شده با نرم افزار از طریق توسعه استانداردهای باز است. …

اینترنت اشیا شبکه سازی بیسیم نرم افزاری

۴-  چالشهای تحقیقاتی باز

الف. امنیت SDN و شبکه اینترنت اشیا

دلیلی که امنیت به عنوان یک مسئله عمدتا مهم در فضای مجازی به شمار میاید آن است که براورد های مرتبط صرفا پس از عرصه بازاری یک فناوری جدید در زمینه آن محقق میشوند. شبکه اینترنت اشیا، به طور مثال، که به عنوان شبکه موضوعات یا آبجکت های فیزیکی است از حساسیت بیشتری در برابر مشکلات امنیتی برخوردار بوده و دربردارنده سیستم جاسازی شده جهت ارتباطات ماشین به ماشین میباشد. در اینترنت اشیا ریسک های بالقوه ای در زمینه شبکه وجود دارد نظیر روش های تبادل کلید خصوصی/عمومی AES، محافظت از شبکه های TPC/IP مورد هجوم قرار گرفته از سوی مهاجمین و محافظت از کلید های از پیش به اشتراک گذاشته شده در برابر پدیده مهندسی معکوس با استفاده از یک دیباگر MCU. (http://www.link-labs.com/ internet-of-things-securitychallenges). شکل شش ارائه دهنده نگرانی های امنیتی اصلی در حوزه SDN میباشد.

ب. مقیاس پذیری SDN و شبکه های اینترنت اشیا

Soheil و همکاران در مرجع ۴۴ مسئله مقیاس پذیری در شبکه سازی SDN را مطرح نموده و مشخص ساختند که آن ها را نمی توان به عنوان یک ویژگی منحصر به فرد برای SDN برشمرد و بنابراین می توان از طریق پیاده سازی کنترلرها و سوئیچ های متعدد بر این مسئله فائق آمد. اما بر مبنای مباحث ارائه شده در این جا، ما عوامل متعددی را مشخص می سازیم که قابلیت ایجاد ویژگی های خاص مربوط به مقیاس پذیری همان گونه که در شکل ۷ نشان داده شده است را خواهد داشت. دلایل این موارد و نگرانی های مطرح شده را می توان به شرح ذیل مطرح نمود.

ج. بررسی ژرف بسته ها

محدودیت دیگر OpenFlow آن است که فرآیند بررسی ژرف بسته ها یا پاکت ها (DPI) متاسفانه در OpenFlow استاندارد پشتیبانی نمی شود، چرا که فیلد های تطبیقی تعریف شده کنونی به منظور ارزیابی پاکت یا بسته محدود به صرف هدر آن بسته می باشند.

د. افت پاکت در AP

تغییر دینامیکی در برنامه کاربردی کاربران و برنامه های SDN جهت اعمال جریان های مرتبط می تواند به عنوان یک ویژگی زمان بر مخصوصا جهت تنظیم قوانین برای ترافیک مسیر تلقی شود. به طور مثال، در سیستم کنترل امنیت، مدیر SDN اقدام به ارسال چنین بسته ها یا پاکت هایی به کنترلر می نماید. کنترلر مربوطه نیز به سایت های مخرب متصل شده و صرفا تا زمانی که فرایند تصدیق ارسال شد ورودی های جریان به ابزاره یا سیستم لبه باز خواهند گشت. در صورتی که این فرایند زمان بر باشد، پاکت های متعاقب با افت روبرو خواهند شد که علت آن را می توان ظرفیت محدود کار با جدول جریان دانست. تورم مسیر را می توان به عنوان یک ویژگی دیگر دانست که سبب بروز وقفه بیشتری در بخش بی سیم می گردد. سیستم شبکه لبه با خطر سربار شدگی بیش از حد ورودی های جریان روبرو می باشد. وقفه اندک به واسطه سربار شبکه در شبکه های دارای سیم خود سبب ایجاد وقفه های بیشتری در دسترسی متعدد به تقسیم شدگی زمان بی سیم (TDMA) و زمان بندی های مرتبط با آن خواهد شد. جهت مخاطب قراردهی چنین مشکلی مکانیزم های ذیل را می توان به طور کامل مورد بررسی قرار داد…

اینترنت اشیا شبکه سازی بیسیم نرم افزاری

۵- نتیجه گیری

در این مقاله مروری، ما تلاش های تحقیقاتی کلیدی جاری در ارتباط با شبکه بی سیم تعریف شده با نرم افزار یا نرم افزار محور را ارائه نموده ایم. ما بر روی این نکته تاکید می نماییم که یکپارچه سازی SDN در شبکه اینترنت اشیا می تواند به صورت بالقوه فرصت های قابل توجهی را عرضه نماید ما همچنین مشخص می سازیم که ابزارهای متعارف شبکه جهت جمع آوری، ذخیره سازی، پردازش و ارسال داده های انبوه، برای محقق سازی ویژگی های حیاتی آتی شبکه اینترنت اشیا و نیاز های آن ناکافی می باشد در حالی که SDN به طور قابل توجهی توان ساده سازی فرایند های مربوط به کنترل شبکه و نیاز های مدیریتی را خواهد داشت. به علاوه، ما مسایل مرتبط با امنیت حیاتی و مقیاس پذیری شبکه SDN که همچنین به عنوان یک ویژگی مشترک در این شبکه اینترنت اشیا می باشد را بررسی نمودیم. ما به این نتیجه گیری می رسیم که فناوری SDN توجه بسیاری را به سمت خود جلب نموده است و در این راستا محققین  بخش های صنعتی و علمی تحقیقات قابل توجهی را ارائه داشته اند. رشد معنی دار سالیان اخیر از صنایعی نظیر شرکت های گوگل و جونیپر مشاهده شده است. نسل بعدی فناوری آماده بهره گیری از مزیت های مربوط به کنترل شبکه ها با استفاده از یک پروتکل کنترل یکپارچه در تقریبا هر یک از حوزه های فناوری می باشد. راهکار های اخیر صنعتی در زمینه یکپارچه سازی فناوری SDN و اینترنت اشیا نیز در مبحث جاری عرضه شده اند.