Tối ưu hóa mạng không đồng nhất dựa trên tái cấu trúc luồng dữ liệu tích hợp công nghệ SDN trong nhà máy thông minh

Để tối ưu hóa khả năng chuyển tiếp linh hoạt dữ liệu sản xuất đa nguồn trong các mạng không đồng nhất và sử dụng tối ưu tài nguyên mạng, bài báo đã đề xuất thuật toán tái cấu trúc luồng dữ liệu dựa trên giao thức định tuyến, theo đặc thù của các quy trình xử lý và chuyển tiếp dữ liệu khác nhau, được thiết kế lại và xác định luồng dữ liệu trong môi trường sản xuất thông minh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa mạng không đồng nhất dựa trên tái cấu trúc luồng dữ liệu tích hợp công nghệ SDN trong nhà máy thông minh TỐI ƯU HÓA MẠNG KHÔNG ĐỒNG NHẤT DỰA TRÊN TÁI CẤU TRÚC LUỒNG DỮ LIỆU TÍCH HỢP CÔNG NGHỆ SDN TRONG NHÀ MÁY THÔNG MINH Nguyễn Danh Minh Trí 1 1. Viện Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Thủ Dầu MộtTÓM TẮT Trong nhà máy thông minh, việc ứng dụng rộng rãi nhiều loại thiết bị sản xuất thông minhvà cảm biến tiên tiến dẫn đến nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau ngày càngtăng. Để tối ưu hóa khả năng chuyển tiếp linh hoạt dữ liệu sản xuất đa nguồn trong các mạngkhông đồng nhất và sử dụng tối ưu tài nguyên mạng, bài báo đã đề xuất thuật toán tái cấu trúcluồng dữ liệu dựa trên giao thức định tuyến, theo đặc thù của các quy trình xử lý và chuyển tiếpdữ liệu khác nhau, được thiết kế lại và xác định luồng dữ liệu trong môi trường sản xuất thôngminh. Trong phần sau của bài báo, kết quả thử nghiệm mô phỏng mạng Mininet trong kịch bảnsản xuất điện thoại thông minh cho thấy thuật toán được đề xuất đã làm giảm độ trễ truyền trungbình của hệ thống mạng không đồng nhất, góp phần tối ưu hóa tài nguyên mạng và nâng caohiệu quả trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau trong nhà máy thông minh.Từ khóa: mạng không đồng nhất sản xuất thông minh, nhà máy thông minh, SDN, tái cấu trúc luồng dữ liệu.1. GIỚI THIỆU Trong bối cảnh của cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư, cùng với sự phát triển mạnhmẽ của các mô hình nhà máy thông minh, nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị sản xuất trênnền tảng Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) ngày càng tăng cao và kiến trúc phân cấp cốđịnh (kiến trúc bảy lớp OSI/ISO) của mạng truyền thống đã biến thành trở ngại cho sự phát triểnhơn nữa của Internet vạn vật trong tương lai. Đáp ứng xu thế phát triển này, ảo hóa chức năngmạng (Network Function Virtualization - NFV) và nhiều kiến trúc mạng mới đang dần xuất hiện. Nhu cầu nâng cao năng suất cho các quá trình sản xuất công nghiệp đã đặt ra những yêucầu ngày càng cao hơn cho các nhà máy thông minh. Thông qua việc giới thiệu Mạng đượcĐiều khiển bằng Phần mềm (Software-Defined Networking - SDN), các nhà nghiên cứu đã đưara một khái niệm mới cho môi trường sản xuất công nghiệp, đó là Internet vạn vật Công nghiệpđược điều khiển bằng phần mềm (Software-Defined Industrial Internet of Things) nhằm mụctiêu nâng cao tính linh hoạt cho toàn bộ hệ thống mạng. Ý tưởng cốt lõi của SDN nhằm khắcphục các hạn chế của mạng truyền thống, tách rời việc chuyển tiếp dữ liệu và kiểm soát mạng,đồng thời mở trực tiếp các giao diện điều khiển mạng có thể lập trình để đạt được kiến trúcmạng ngắn gọn và cấu hình mạng linh hoạt hơn. Nhằm khắc phục các hạn chế của bộ điều khiển (controller) duy nhất trong kiến trúc SDN,việc giảm chi phí bộ điều khiển từ thuật toán đã trở thành trọng tâm của các nghiên cứu ngành.Việc phân loại và xử lý các luồng dữ liệu đã trở thành một cơ sở quan trọng để nâng cao hiệuquả truyền dữ liệu trong các mạng không đồng nhất, đồng thời điều này cũng đặt ra những thách 462thức mới đối với tính linh hoạt và khả năng cấu hình của mạng. Nhiều nghiên cứu đã phân tíchcác tiến bộ của việc tối ưu hóa hiệu suất của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trongkiến trúc SDN và giới thiệu các công nghệ liên quan từ việc tối ưu hóa thiết kế cấu trúc bảngluồng (flow table), sử dụng hiệu quả không gian bảng luồng để tra cứu và chuyển tiếp bảng mộtcách nhanh chóng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng các mạng được điều khiển bằng phầnmềm có thể đạt được khả năng quản lý luồng chi tiết thông qua việc kết hợp chính xác và kiểmsoát tập trung. Việc phân bổ bảng luồng hợp lý có thể giảm mức tiêu thụ tài nguyên mạng, giảmđộ trễ chuyển tiếp của bảng luồng, tăng thông lượng của bộ chuyển mạch và do đó cải thiệnhiệu suất chuyển tiếp lưu lượng mạng.2. CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN Nhằm mục tiêu tối ưu hóa hiệu suất mạng, Zhang và nnk. (2019) đã giảm đáng kể việcsử dụng các mục luồng (flow entries) thông qua định tuyến kết hợp và đạt được cân bằng tảicho nhiều ma trận lưu lượng truy cập cùng một lúc [20]. Để nâng cao khả năng thích ứng củaviệc thay đổi bảng lưu lượng, Wang và nnk. (2017) đã điều chỉnh thời gian tồn tại và mức độưu tiên của các mục trong bảng quy trình phản hồi thời gian thực theo tỉ lệ của các mục trongbảng quy trình đang hoạt động để cải thiện tốc độ truy cập phù hợp của bảng quy trình và giảmđộ trễ chuyển tiếp [15]. Shi và nnk. (2017) đã đề xuất dự đoán số lượng mục trong bảng quytrình mới tại thời điểm tiếp theo bằng cách thu thập số lượng mục trong bảng quy trình mới trênmột đơn vị thời gian và trên cơ sở đó tính toán hệ số điều chỉnh để tự động tối ưu thời gian chờtạm dừng của các mục nhập quy trình [7]. Xie và nnk. (2014) đã đề xuất cơ chế điều kh ...