Nghiên Cứu Các Giải Pháp Phân Tải Trong Điện Toán Biên

Điện toán biên là một cơ sở hạ tầng máy tính vật lý được đặt giữa thiết bị đầu cuối và đám mây để hỗ trợ các ứng dụng khác nhau. Điện toán biên mang khả năng xử lý đến gần hơn với người dùng cuối, thiết bị hoặc nguồn dữ liệu, giúp loại bỏ lưu lượng đến trung tâm dữ liệu đám mây và giảm độ trễ cho các tính toán. Điện toán biên viễn thông là các máy tính phân tán, được quản lý bởi nhà khai thác viễn thông, có thể mở rộng ra ngoài biên giới mạng và tới biên giới khách hàng. Khách hàng có thể chạy các ứng dụng có độ trễ thấp cũng như bộ nhớ cache hoặc xử lý dữ liệu gần với nguồn dữ liệu để giảm lưu lượng và chi phí lưu lượng truy cập backhaul.

Vị trí triển khai của điện toán biên rất đa dạng như tại cơ sở khách hàng, tháp di động, tủ đường phố và các điểm tổng hợp mạng trong mạng truy cập và mạng lõi. Quyết định về nơi đặt cơ sở hạ tầng điện toán biên cho một công ty viễn thông phụ thuộc vào ba yếu tố: kiến trúc mạng hiện tại của viễn thông, lộ trình ảo hóa và nơi đặt trung tâm dữ liệu cho các ứng dụng mạng, nhu cầu và các trường hợp sử dụng mà hạ tầng viễn thông cần phải đáp ứng. Ví dụ, các tháp di động gần với thiết bị khách hàng và bao phủ một khu vực rộng hơn so với các tủ trên đường phố. Những điều này sẽ phù hợp với giao tiếp có độ trễ thấp cho các phương tiện tự hành - cho phép ô tô có phản hồi theo thời gian thực dựa trên môi trường hiện tại và những gì đang xảy ra trên đường.

Một lý thuyết phổ biến sử dụng trong nghiên cứu về khối lượng công việc là lý thuyết xếp hàng. Lý thuyết này mô tả các tiến trình đến, phục vụ và ra khỏi một hệ thống nào đó. Về lý thuyết, các yêu cầu đến từ các hệ thống tập trung sẽ có mức tăng hàm mũ đối với năng lực phục vụ hệ thống.

Một hệ thống được cho là phân tán nếu các thành phần riêng lẻ có thể xử lý các tác vụ cho một khối lượng công việc độc lập và phối hợp với nhau để cung cấp một dịch vụ tính toán chung. Ví dụ về hệ thống phân tán là một cụm máy tính có thể tính toán song song cho cùng một yêu cầu công việc. Tuy khối lượng công việc được xử lý bởi các hệ thống phân tán, nhưng việc lập lịch khối lượng công việc (khối lượng công việc đến, trình tự và phân công tài nguyên) trong các hệ thống này được kiểm soát tập trung. Khi các hệ thống phân tán với chức năng lập lịch trung tâm phát triển cả về quy mô và độ phức tạp của dịch vụ, các chức năng lập lịch cũng phải được phân tán. Quá trình phân tán quyền kiểm soát chức năng của trung tâm được định nghĩa là phân quyền.

Khi ta nói về một kiến trúc tính toán tập trung, ta nhận thấy một trong những ví dụ tính toán phổ biến nhất là về “mô hình máy khách-máy chủ”. Mô hình kết nối này cho thấy một hệ thống trong đó các máy khách từ xa liên hệ với một hoặc nhiều máy chủ trung tâm cung cấp tài nguyên để đáp ứng các yêu cầu đơn lẻ hoặc đang diễn...

Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng chiến lược tối ưu hóa chung có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt hơn. Hiện nay, các hệ thống nối mạng ngày càng có xu hướng không đồng nhất về cấu hình phần cứng, ngăn xếp phần mềm, phương tiện truyền dẫn và miền ứng dụng. Cụ thể, khối lượng dữ liệu, tốc độ dữ liệu và chất lượng rất đa dạng trong môi trường điện toán biên. Sự không đồng nhất như vậy đặt ra rất nhiều thách thức, chẳng hạn như như cách giải quyết tình trạng thiếu tài nguyên, hay cân bằng giữa khả năng tính toán hạn chế và các hạn chế về năng lượng.

Vì vậy, nhu cầu phát triển các thuật toán phân tải tối ưu sẽ được phân tích và đánh giá trong luận văn này. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn này tập trung vào giải pháp phân tải tối ưu trong điện toán biên. Các nội dung nghiên cứu chính gồm: Kiến trúc và đặc điểm của tính toán biên; Các tiêu chuẩn truyền dẫn trong tính toán biên; Khảo sát và đánh giá giải pháp phân tải trong tính toán biên.

Chương 1 trình bày tổng quan về điện toán biên trên các khía cạnh kiến trúc, công nghệ và ứng dụng. Nó giới thiệu các khái niệm cơ bản, lợi ích và thách thức của điện toán biên, cũng như các mô hình tính toán khác nhau liên quan đến nó.

Chương 2 tập trung vào phân tích và đánh giá các tiêu chuẩn công nghệ hiện thời sử dụng để phát triển điện toán biên. Nó xem xét các công nghệ như điện toán biên di động (MEC), điện toán sương mù (Fog Computing) và các kiến trúc liên quan.

Trong IoT công nghiệp, điện toán biên giúp giảm độ trễ và tăng tính bảo mật cho các ứng dụng như giám sát và điều khiển từ xa, bảo trì dự đoán và tự động hóa quy trình sản xuất.

Đối với xe tự hành, điện toán biên cung cấp khả năng xử lý dữ liệu thời gian thực từ các cảm biến và camera, cho phép xe đưa ra quyết định nhanh chóng và an toàn.

Trong thành phố thông minh, điện toán biên hỗ trợ các ứng dụng như quản lý giao thông, giám sát môi trường và an ninh công cộng.

Bảo mật là một trong những thách thức lớn nhất đối với điện toán biên, do các thiết bị biên thường có tài nguyên hạn chế và dễ bị tấn công.

Quản lý tài nguyên hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của các ứng dụng điện toán biên.

Khả năng mở rộng là một yếu tố quan trọng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng điện toán biên.