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5G对工业物联网(IIoT)应用的支持——移动云端、区块链及人工智能(十三)

2020-02-25 区块链研究员 来源:区块链网络

摘要:工业物联网(IIoT)具有特殊的通信需求,包括高可靠性、低延迟、灵活性和安全性。5G移动技术本能地提供了这些功能,使其成为支持工业物联网(IIoT)场景的成功候选。本文的目的是基于这两个领域的初始需求和承诺,识别当前与5G工业物联网相关的研究挑战和解决方案。本文的研究方法遵循以下步骤:调查研究现状,比较结果以确定进一步的挑战,并为每个研究领域的经验教训作出结论。这些领域包括IIoT应用及其需求;移动云端;后端性能调优;网络虚拟化;还有安全,IIoT的区块链,5G的人工智能支持,以及私有园区网络。除了调查当前的挑战和解决方案外,本文还旨在对这些领域(与5g支持的IIoT相关)进行有意义的比较,从而得出当前研究的不足之处。


接上文:5G对工业物联网(IIoT)应用的支持——移动云端、区块链及人工智能(十二)

对于基于RDMA的虚拟底层网络,当应用程序能够在容器化环境中运行的裸金属环境中使用RDMA时,可以看到这种覆盖网络的相关性,因此作者实现了一个库,该库显示用于RDMA的动词API,并可由虚拟化应用程序使用。解决方案的性能几乎与本机RDMA的基准性能相同。

对于另一种SDN软件交换机原型——ESwiti——它可以很容易地扩展到100 Gbps以上。另一方面,作者详细介绍了最常用的基于switch的开源软件Open vSwitch的工作原理。文中还将原型机与OVS进行了比较,结果表明ESwitch的性能明显优于OVS。ESwitch的实现依赖于DPDK, OVS为测量配备了DPDK数据路径。

6.5 经验教训

现在有越来越多成熟的解决方案来满足日益增长的对可靠网络架构的需求,这些架构同时支持低延迟通信和高带宽。另一方面,也减轻了主机CPU、FPGA和智能NIC的负担。为了有效地处理大量数据,在云中使用了GPU。然而,这些资源的调度是至关重要的,因此开发了几种技术来在大型云系统中共享这些资源。在表4和表5中,我们展示了所审查的技术的用例。


表4 网络解决方案的比较

表5 智能NIC和FPGA的能力

6.6 确定研究空白

上面提到的每一项技术在该领域都有很大的发展;然而,我们找不到研究物理网络解决方案的组合,特别是两个基本的高性能网络解决方案DPDK和RDMA的组合。GPU的使用是当今的一个热门话题,然而在异构GPU集群中却没有公开的研究。另一方面,加速网络解决方案的多样性限制了将虚拟环境连接到底层高性能网络的标准化。

7.虚拟化技术

当为特定的任务选择VNF/NFV技术时,底层技术是资源虚拟化。

虚拟化技术的发展呈现出一种趋势,虚拟环境越来越轻量化。一开始,强大的虚拟机(VM)使用自己的内核在云中运行;在绝大多数情况下,运行主机操作系统的完整副本。然而,基于轻量级容器的虚拟化技术可以使用较少的资源。尽管容器提供的隔离比VM少,非内核(专门的、单地址空间机器映像,也称为微VM)支持比容器更快的启动时间,根据测量,非内核提供非常类似于基于容器的解决方案的内存和CPU占用。

7.1 功能即服务

不仅技术在发展,它们的用途也在发展。功能即服务(Function as a Service, FaaS)是云计算的新范式。FaaS只支持更高级别服务的构建块虚拟化,而以前的解决方案将完整的服务封装到虚拟化环境中。FaaS允许开发人员实现高度分布式的应用程序,并且可以产生更细粒度的扩展策略。FaaS的用户只负责编写他们的函数并声明何时应该触发这些函数。FaaS的计费是细粒度的,因为用户只需要为函数执行期间使用的资源付费。

FaaS通常与无服务器计算相关联,无服务器计算是指服务器的存在只是对开发人员隐藏的模型。即使服务器仍然存在,开发人员也不必管理和操作它们。无服务器计算鼓励并简化了开发面向微服务的解决方案,以便将复杂的应用程序分解为可以轻松交换的小型独立模块。

7.2 与冷启动相关的挑战和解决方案

这些系统中的功能是在轻量级虚拟化环境中运行的,该环境利用了其较低的启动时间。FaaS函数存在的时间很短,在第一次调用函数实例后,会在短时间内保持运行;如果在这段时间内没有重新调用,则框架将卸载它们。但是,调用被卸载的函数要花费更多的时间,因为应该初始化函数所在的环境。这种现象被称为冷启动。


(待续)

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我是您身边的区块链研究员,如果您有志于区块链或者交易技术的学习,欢迎和我交流。微信:chanhai13。更多文章请添加微信公众号:链学园。原文名称: 5G support for Industrial IoT Applications— Challenges, Solutions, and Research gaps

作者:Pal Varga, Jozsef Peto

原创翻译:区块链研究员(区块链Robin)

英文源自Budapest University,译文有编辑及删减,如有侵权,请联系译者删除。

中文版权所有,转载需完整注明以上内容。

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编译者/作者:区块链研究员

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