(TIỂU LUẬN) báo cáo môn học hệ thống và mạng máy tính chủ đề tác động của iot đến data center

là một tầm quan trọng thiết yếu đối với các doanh nghiệp ngày nay.Trung tâm dữ liệu có thể khác nhau tùy thuộc vào chức năng chính của nó, nhưng thông thường nó được hỗ trợ và quản lý bở

Bùi Thị Lan Chi - 20195952

Đinh Tuấn Anh - 20185429

Phạm Thanh Nhã - 20195986

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Nguyễn Đình Hân

2 Ứng dụng của IoT đối với cuộc sống 10

III CÁC GIAO THỨC TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU 13

1 MQTT - Message Queueing Telemetry Transport (Vận chuyển từ xa xếp

hàng đợi tin nhắn) 14

2 HTTP (Giao thức truyền siêu văn bản) 15

3 WebSocket 16 4 Các giao thức sẽđược sử dụng trong những trường hợp nào? 18

IV Sự tác động của Data Center đến IoT và ngược lại 19

1 IoT tối ưu Data Center như thế nào? 19

2 10 ứng dụng thế giới thực của Internet of Things 20

3 Ví dụ điển hình về tác động của IoT lên Data Center 24

4 Mô hình mô phỏng một trung tâm dữ liệu được áp dụng cảm biến IoT nhằm đo

lường nhiệt độ và các thông số khác như trên: 28

V DATA CENTER TĂNG HIỆU SUẤT CỦA IoT NHƯ THẾ NÀO? 29

1 Tác động của datacenter đến IoT 29

2 Data center là một giải pháp cho lưu trữ dữ liệu IoT 29

3 Data center thì là một trong những giải pháp lưu trữ dữ liệu IoT phổ biến 30

VI IoT tác động tiêu cực DATA CENTER NHƯ THẾ NÀO 33

VII Giới thiệu về Edge Computing 35

1 Giới thiệu về điện toán biên 35

2 Sự phát triển của Điện toán biên 36

3 IoT đã thúc đẩy sự phát triển của điện toán biên 37

4 Những thách thức của hệ thống điện toán biên 38

VIII Mô phỏng 39 1 Giới thiệu EdgeCloudSim 39

2 Các khía cạnh của mô hình mô phỏng điện toán biên 40

3 Các module chính của EdgeCloudSim 40

4 Khả năng mở rộng 43

5 Kết quả mô phỏng 44

là một tầm quan trọng thiết yếu đối với các doanh nghiệp ngày nay.

Trung tâm dữ liệu có thể khác nhau tùy thuộc vào chức năng chính của nó, nhưng thông thường nó được hỗ trợ và quản lý bởi một trong bốn loại sau: Trung tâm dữ liệu doanh nghiệp, Trung tâm dữ liệu nhiều người thuê và các cơ sở định vị, siêu quy mô và đám mây, cuối cùng là nhà vận chuyển và cung cấp dịch vụ Trong trung tâm dữ liệu, các không gian kỹ thuật và hệ thống con được quản lý bởi các nhân viên vận hành hệ thống an ninh vật lý, Hệ thống mạng và CNTT, tài nguyên điện năng, kiểm soát môi trường, quản lý hiệu suất và hoạt động Những hệ thống con này có thể có những thách thức sau đây: quản lý rủi ro, di chuyển mạng, tối ưu hóa điện năng, hiệu suất nhiệt, kích hoạt

Bảo mật vật lý trong trung tâm dữ liệu được giải quyết bằng phân đoạn macro sử dụng phương pháp tiếp cận sáu lớp Bên ngoài là cấp độ phòng thủ đầu tiên, khu thông thủy ở mặt tiền và quầy lễ tân tiếp nhận dịch vụ dữ liệu Sảnh dữ liệu, tủ dữ liệu, hệ thống CNTT được nối mạng và hệ thống cáp cấu trúc trong trung tâm dữ liệu bắt đầu từ phòng vào và đi qua khu vực phân phối chính, khu vực phân phối thiết bị ngang và sau đó đến khu vực phân phối thiết bị Chuỗi điện thông minh quan trọng đối với hoạt động của trung tâm dữ liệu bao gồm các nguồn cấp điện áp vào trung bình từ các máy phát điện dự phòng tiện ích, phòng ắc quy,

Hệ thống UPS dưới sàn và tủ phân phối điện trên không được đo lường, giám sát các PDU

và cuối cùng dẫn đến nguồn điện của thiết bị CNTT được quản lý Kiểm soát môi trường của

cơ sở trung tâm dữ liệu bắt đầu với nhà máy làm lạnh, sau đó dẫn đến các đơn vị xử lý và điều hòa không khí trong phòng máy tính vào phòng dữ liệu với quản lý luồng không khí để làm mát các vùng nóng thông qua một số công nghệ làm mát có sẵn để đáp ứng các yêu cầu

cụ thể của các tải CNTT khác nhau tạo ra nhiệt độ cần được quản lý 1 cách cẩn thận Cuối cùng, hoạt động kỹ thuật độc đáo này yêu cầu các quy trình quản lý cơ sở hạ tầng trung tâm

dữ liệu liên quan đến quản lý tài sản, giám sát điện năng, quản lý thay đổi giám sát môi trường và lập kế hoạch năng lực để đảm bảo đạt được hiệu suất và khả năng mở rộng thời gian hoạt động tối đa.

Vai trò của Data Center đối với doanh nghiệp là tạo ra môi trường chuẩn chophép thuê không gian cùng các dịch vụ hỗ trợ kèm theo mà không cần thiết lập cáccài đặt phức tạp Doanh nghiệp chỉ cần cài đặt kết nối đến trung tâm dữ liệu qua cáctrường truyền như PSTN/ISD, xDSL

2 Tiêu chuẩn đánh giá trung tâm dữ liệu:

Một trung tâm dữ liệu bao gồm 4 level

Tier Đặc điểm

Tier 1 Chỉ bao gồm một đường mạng đơn, không hỗ trợ các thiết bị IT Không có

các thiết bị dự phòng Các cơ sở hạ tầng cơ bản sẵn sàng đáp ứng 99.671%Tier 2 Thỏa mãn hoặc vượt trội hơn các yêu cầu ở level 1 Các trang thiết bị, cơ

sở hạ tầng dự phòng sẵn sàng đáp ứng 99.741%

Tier 3 Thỏa mãn hoặc vượt trội hơn các yêu cầu ở level 2 Có nhiều đường kết nối

mạng để phục vụ các trang thiết bị IT Đáp ứng được các thiết bị IT cónguồn điện kép (2 nguồn) và hoàn toàn tương thích với cấu trúc của từngthiết bị Cơ sở hạ tầng đáp ứng nhu cầu bảo trì 99.928%

Tier 4 Thỏa mãn hoặc vượt trội hơn các yêu cầu ở level 3 Tất cả các thiết bị làm

lạnh đều phải có nguồn điện dự phòng Cơ sở hạ tầng có khả năng dựphòng sự cố xảy ra đạt 99.995%

Dự kiến trong giai đoạn 2021–2026, thị trường đầu tư trung tâm dữ liệu Đông Nam

Á sẽ tăng trưởng với tỷ lệ tăng trưởng gộp hàng năm (CAGR) trên 8% Trên thực tế,

xu hướng sử dụng Internet và phương tiện truyền thông đã làm tăng đáng kể nhucầu về các mạng Internet và Data Center nhằm lưu trữ dữ liệu được tạo ra Từ năm

2020, đã có hàng loạt nhà đầu tư lớn rót vốn vào thị trường trung tâm dữ liệu ĐôngNam Á như: Equinix, Digital Realty, Trung tâm dữ liệu toàn cầu NTT, Space DC GIC,Trung tâm dữ liệu toàn cầu ST Telemedia, DTP và DCI Indonesia

Internets of thing hay IoT đang ảnh hưởng đến lối sống của chúng ta một cách rõ rệt.

Từ máy điều hòa không khí mà bạn có thể kiểm soát với điện thoại thông minh, ô tô thông minh cung cấp đường đi ngắn nhất hay đồng hồ thông minh đang theo dõi các hoạt động hàng ngày IoT là một mảng khổng lồ với các thiết bị được kết nối với nhau Tất cả đc thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến được nhúng trong mọi thiết bị vật lý Nó có thể là điện thoại di động, đồ điện gia dụng, cảm biến mã vạch, đèn giao thông và gần như mọi thứ mà bạn gặp trong cuộc sống hàng ngày Những cảm biến này liên tục phát ra dữ liệu về trạng thái làm việc của các thiết bị, nhưng câu hỏi quan trọng là làm thế nào để họ chia sẻ được lượng dữ liệu khổng lồ này Và chúng ta đặt dữ liệu này như thế nào IoT cung cấp một nền tảng chung cho tất cả các thiết bị này để kết xuất dữ liệu và một ngôn

ngữ chung cho tất cả các thiết bị giao tiếp với mọi người Dữ liệu được phát ra từ các cảm biến khác nhau và gửi đến nền tảng bảo mật IoT Cuối cùng, kết quả được chia sẻ với các thiết bị khác để cải thiện tốt hơn trải nghiệm người dùng Cụ thể, trong ngành sản xuất AC

cả máy sản xuất và dây chuyền có gắn cảm biến chúng liên tục gửi dữ liệu liên quan đến tình trạng máy móc và các chi tiết sản xuất cụ thể cho nhà sản xuất để xác định trước các vấn đề Một mã vạch được đính kèm đến từng sản phẩm trước khi dời dây chuyền Nó chứa thông tin chi tiết nhà sx, mã hướng dẫn đặc biệt, v.v Nhà sx sử dụng dữ liệu này để xác định sản phẩm ở đâu, đã được phân phối và theo dõi hàng tồn kho của các nhà bán lẻ Tiếp theo sản phẩm này được đóng gói và chuyển đến các nhà bán lẻ khác nhau Mỗi nhà bán lẻ có một đầu đọc mã vạch để theo dõi các sản phẩm đến từ các nhà sản xuất khác nhau, quản lý hàng tồn kho, kiểm tra các hướng dẫn đặc biệt và nhiều hơn nữa Ví dụ nữa là Máy nén của máy điều hòa không khí có một cảm biến nhúng phát ra dữ liệu về sức khỏe và nhiệt độ của

nó Dữ liệu này liên tục cho phép bộ phận chăm sóc khách hàng liên hệ với bạn để sửa chữa kịp thời Đây chỉ là một trong hàng triệu ví dụ về IoT Các Thiết bị thông minh, Ô tô thông minh, Nhà thông minh hay cả Thành phố thông minh đang thay đổi cách chúng ta tương tác với Công nghệ Tương lai của ngành công nghiệp IoT là rất lớn Thông tin của Business Insider ước tính rằng 24 tỷ thiết bị IoT sẽ được cài đặt vào năm 2020 và ITC dự đoán rằng Doanh thu IoT sẽ đạt khoảng ba trăm năm mươi bảy tỷ vào năm 2019, dẫn đến rất nhiều cơ hội việc làm trong ngành CNTT.

Ngoài việc theo dõi tài sản vật lý, IoT có thể được sử dụng để cải thiện sự an toàn

của người lao động Ví dụ, nhân viên làm việc trong môi trường nguy hiểm như hầm

mỏ, mỏ dầu và khí đốt, nhà máy hóa chất và điện năng cần biết về sự xuất hiện củamột sự kiện nguy hiểm có thể ảnh hưởng đến họ Khi chúng được kết nối với cácứng dụng dựa trên cảm biến IoT, chúng có thể được thông báo về các tai nạn hoặcđược giải cứu khỏi chúng nhanh nhất có thể Các ứng dụng IoT cũng được sử dụngcho các thiết bị đeo có thể theo dõi sức khỏe con người và điều kiện môi trường Cácloại ứng dụng này không chỉ giúp mọi người hiểu rõ hơn về sức khỏe của chính mình

mà còn cho phép các bác sĩ theo dõi bệnh nhân từ xa

CÁC GIAO THỨC TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU

Mặc dù một số giao thức hiệu quả hơn những giao thức khác tùy thuộc vào nhucầu của ứng dụng, nhưng có ba phương pháp phổ biến được sử dụng để truyền dữliệu từ các thiết bị IoT đến các dịch vụ đám mây: MQTT, HTTP và WebSockets Cả

ba giao thức đều có điểm tốt và điểm kém của chúng, vì vậy điều quan trọng là phảiđánh giá cái nào sẽ hoạt động tốt nhất cho ứng dụng của bạn

1 MQTT - Message Queueing Telemetry Transport (Vận chuyển từ xa xếp hàng đợi tin nhắn)

MQTT là một giao thức dữ liệu IoT nhẹ Giao thức MQTT cho phép xuất bản/đăng

ký mô hình nhắn tin theo cách cực kỳ nhẹ Nó hữu ích cho các kết nối với các vị trí ở xanơi yêu cầu dấu vết mã nhỏ và/hoặc băng thông mạng ở mức cao Điểm hấp dẫn chínhcủa MQTT là kiến trúc của nó Cấu tạo di truyền của nó là cơ bản và nhẹ, do đó, nó cóthể cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp cho các thiết bị Nó cũng hoạt động dựa trêngiao thức TCP/IP Các giao thức dữ liệu IoT được thiết kế để giải quyết các mạng truyềnthông không đáng tin cậy Điều này đã trở thành một nhu cầu trong thế giới IoT do ngàycàng có nhiều đối tượng nhỏ, rẻ và công suất thấp hơn xuất hiện trong mạng trong vàinăm qua Mặc dù khả năng thích ứng rộng rãi của MQTT - đáng chú ý nhất là tiêu chuẩnIoT với các ứng dụng công nghiệp - nó không hỗ trợ chế độ cấu trúc quản lý thiết bị vàbiểu diễn dữ liệu xác định Do đó, việc triển khai các khả năng quản lý dữ liệu và thiết bị

là hoàn toàn dựa trên nền tảng hoặc nhà cung cấp cụ thể

Kiến trúc mức cao (high-level) của MQTT gồm 2 phần chính là Broker và Clients

Trong đó, broker được coi như trung tâm, nó là điểm giao của tất cả các kết nốiđến từ client Nhiệm vụ chính của broker là nhận mesage từ publisher, xếp cácmessage theo hàng đợi rồi chuyển chúng tới một địa chỉ cụ thể Nhiệm vụ phụ củabroker là nó có thể đảm nhận thêm một vài tính năng liên quan tới quá trình truyềnthông như: bảo mật message, lưu trữ message, logs, .

Client thì được chia thành 2 nhóm là publisher và subscriber Client là các software components hoạt động tại edge device nên chúng được thiết kế để có thể hoạt động một cách linh hoạt (lightweight) Client chỉ làm ít nhất một trong 2 việc là publish các message lên một topic cụ thể hoặc subscribe một topic nào đó để nhận message từ topic này.

Các bạn có thể tưởng tượng broker giống như một sạp báo Publisher là cáctòa soạn báo Tòa soạn in báo và chuyển cho sạp báo Người đọc báo đến sạp báo,chọn tờ báo mình cần đọc (subscriber)

Bởi vì giao thức này sử dụng băng thông thấp trong môi trường có độ trễ caonên nó là một giao thức lý tưởng cho các ứng dụng M2M (Machine to machine)

Giao thức HTTP không được ưa thích như một tiêu chuẩn IoT vì chi phí, tuổithọ pin, tiêu thụ điện năng lớn và các vấn đề về trọng lượng tuy nhiên, nó vẫn được

sử dụng trong một số ngành công nghiệp Ví dụ: sản xuất và in 3-D dựa vào giaothức HTTP do lượng lớn dữ liệu mà nó có thể xuất bản Nó cho phép kết nối PC vớimáy in 3-D trong mạng và in các vật thể ba chiều

Dữ liệu HTTP truyền trên giao thức TCP, đảm bảo độ tin cậy của việc phân phối vàchia nhỏ các yêu cầu và phản hồi dữ liệu lớn thành các phần mạng có thể quản lý được

Đây là cách nó hoạt động: ban đầu, client gửi một gói SYN đến Server và sau

đó Server sẽ phản hồi với gói SYN-ACK để xác nhận việc nhận thành công Tiếptheo, Client lại gửi một gói ACK, bao gồm một thiết lập kết nối – điều này cũngthường được gọi là bắt tay 3 bước Ngoài ra, Client gửi một yêu cầu HTTP đếnServer để tìm tài nguyên và đợi nó phản hồi một yêu cầu Sau đó webserver sẽ xử lýyêu cầu, tìm tài nguyên và gửi phản hồi đến Client Nếu Client không yêu cầu thêmtài nguyên, nó sẽ gửi gói FIN để đóng kết nối TCP

WebSocket ban đầu được phát triển vào năm 2011 như một phần của sángkiến HTML5 Thông qua một kết nối TCP duy nhất, các thông báo có thể được gửigiữa máy khách và máy chủ Giống như CoAp, giao thức kết nối tiêu chuẩn củaWebSocket giúp đơn giản hóa nhiều sự phức tạp và khó khăn liên quan đến việcquản lý các kết nối và giao tiếp hai chiều trên internet Nó có thể được áp dụng chomạng IoT nơi dữ liệu được giao tiếp liên tục trên nhiều thiết bị Do đó, bạn sẽ thấy nóđược sử dụng phổ biến nhất ở những nơi hoạt động như máy khách hoặc máy chủ.Điều này bao gồm môi trường thời gian chạy hoặc thư viện

Không giống với giao thức HTTP là cần client chủ động gửi yêu cầu cho server, client sẽchời đợi để nhận được dữ liệu từ máy chủ Hay nói cách khác với giao thức Websocketthì server có thể chủ động gửi thông tin đến client mà không cần phải có yêu cầu từclient WebSockets hỗ trợ phương thức giao tiếp 2 chiều giữa client và server thông qua

TCP (port 80 và 443).WebSockets có thể giảm kích thước của HTTP header lên đến

500 – 1000 lần, giảm độ trễ của network lên đến 3 lần Do đó, hỗ trợ tốt hơn đối vớicác ứng dụng web apps real-time

Để có thể sử dụng được Websocket thì không phải chỉ cần trình duyệt hỗ trợ màcòn phải có server Websocket, server Websocket có thể được tạo ra bằng bất kỳ ngônngữ server-side nào, nhưng Node.js được sử dụng rộng rãi hơn cả vì nó viết bằngJavascript nên mang nhiều ưu điểm so với các ngôn ngữ server-side truyền thống khác

Giao thức có hai phần: Bắt tay và truyền dữ liệu Ban đầu client sẽ gửi yêu cầukhởi tạo kết nối websocket đến server, server kiểm tra và gửi trả kết quả chấp nhậnkết nối, sau đó kết nối được tạo và quá trình gửi dữ liệu có thể được thực hiện, dữliệu chính là các Ws frame

Quá trình bắt tay: Đầu tiên client sẽ gửi một http request yêu cầu nâng cấp, sau

đó server trả về Để xác nhận việc kết nối, client sẽ gửi một giá trị Key được mã hóa bằng Based64 đến server Sau đó bên server sẽ thực hiện: Nốithêm chuỗi cố định, Thực hiện mã hóa SHA-1 chuỗi, Mã hóa kết quả vừa nhận đượcbằng Base64 và Gửi response lại client kèm với giá trị Sec-WebSocket-Accept.Client sẽ kiểm tra status code (phải bằng 101) và Sec-WebSocket-Accept xem cóđúng với kết quả mong đợi không và thực hiện kết nối

Sec-WebSocket-Quá trình truyền dữ liệu: Dữ lệu sẽ được truyền thông qua một kết nối duy nhấtđược tạo ra sau quá trình bắt tay Dữ liệu được truyền bằng các Frame, ta có thểthấy nó khi bật trình debug của trình duyệt lên

4 Các giao thức sẽ được sử dụng trong những trường hợp nào?

Nếu bạn cần gửi dữ liệu từ các thiết bị IoT lên đám mây, tôi sẽ đề xuất giao thứcMQTT vì độ trễ thấp MQTT là một giao thức kết nối giữa máy và máy (M2M) Nó đượcthiết kế như một phương tiện truyền tải tin nhắn xuất bản/đăng ký cực kỳ nhẹ Nó hữuích cho các kết nối với các vị trí ở xa nơi yêu cầu dấu chân mã nhỏ và băng thông mạng

ở mức cao Trong giao tiếp giữa các thiết bị IoT và đám mây, các cổng kết nốiIoTđảm nhận vai trò chủ đạo Các cổng giao tiếp với cảm biến/thiết bị qua các loại kếtnối khác nhau, sau đó xử lý trước và lọc dữ liệu do cảm biến/thiết bị tạo ra để giảmtruyền Cuối cùng, dữ liệu đã xử lý được dịch sang một giao thức tiêu chuẩn nhưMQTT để gửi lên đám mây thông qua kết nối internet

Khi nói đến giao thức, không có gì là ’tốt nhất’ nếu không nêu chi tiết bối cảnh

mà nó được cho là hoạt động Đối với giao tiếp giữa Things và Cloud, mọi thứ hiếmkhi kết nối trực tiếp với đám mây (mặc dù bây giờ đã có giao thức để làm điều đó).Thông thường mọi thứ giao tiếp thông qua IoT Gateway để giao tiếp với đám mây.IoT Gateway nằm gần với sự vật Thông thường, có sự ràng buộc về yêu cầu nguồnđiện, tuổi thọ pin, tính khả dụng của tín hiệu, khả năng tính toán, v.v đối với thiết bịđược gắn vào thiết bị Và do đó IoT Gateway phải xuất hiện trong hình ảnh

IoT Device to IoT Gatway thường là một giao thức rất nhẹ Một số tùy chọn củagiao thức như vậy có sẵn cho mục đích này như 6LoWPAN, NFC, ANT, Bluetooth,Zigbee, Wifi, WiMax, v.v

Cổng kết nối IoT với đám mây: MQTT, MQTT-SN, CoAP, XMPP, XMPP-IoT

Sự tác động của Data Center đến IoT và ngược lại

IoT liên quan đến trung tâm dữ liệu có thể được định nghĩa là thứ kết nối "nộidung từ xa" và đẩy dữ liệu giữa chúng và hệ thống quản lý tập trung.Các công ty cóthể tích hợp dữ liệu đó và các tài sản đó trong các quy trình để cải thiện việc sử dụng

và năng suất Với tính khả dụng của thông tin thời gian thực về trạng thái, vị trí,chứcnăng và hành vi bằng cách tích hợp IoT với các tài sản và các quy trình tổ chức liênquan, nó trở nên dễ dàng cải thiện hiệu quả và năng suất thông qua việc sử dụng tối

ưu và hỗ trợ quyết định chính xác hơn

a) IoT giúp Tối ưu hóa trước khi tiếp cận Data Center

• Tăng trí thông minh trong các thiết bị cạnh

• Làm cho quá trình xử lý gần hơn với điểm phát sinh

• Có một máy chủ vi mô ở giữa điểm cuối và đám mây

• Các thuật toán quyết định hiệu quả để chọn nhiều loại dữ liệu được lưu trữ

• Bộ lọc dữ liệu thông minh

• Chạy các công cụ quyết định thông minh trên các thiết bị tiên tiến

b) IoT giúp tối ưu hóa sau khi tiếp cận Data Center

• Cấu trúc chuyển đổi lưu trữ tốc độ cao

• Bộ điều khiển lưu trữ tốc độ cao

• Loại bỏ dữ liệu trùng lặp

• Lưu trữ đối tượng

c) IoT giúp Tối ưu hóa Lưu trữ trong Data Center

• Bộ nhớ flash tốc độ cao

• Xếp hạng lưu trữ

• Cơ sở hạ tầng siêu hội tụ

• Tính khả dụng của dữ liệu

• Bộ điều khiển lưu trữ tốc độ cao

• Công tắc lưu trữ tốc độ cao

• Bộ điều khiển lưu trữ với IOPS cao

2 10 ứng dụng thế giới thực của Internet of Things

• Smart home

• Các thiết bị đeo thông minh

• Những chiếc ô tô được kết nối

• Internet Công nghiệp

• IoT trong Nông nghiệp

• Bán lẻ thông minh

• Năng lượng

• Sức khỏe

• IoT và chăn nuôi gia cầm, sản xuất nông trại