سمینار مهندسی کامپیوتر پردازش ابری موبایل

دانلود مطالب دانشگاهی

مقدمه

در این فصل به توضیح مفاهیم پایه و اساسی در پردازش ابری موبایل و توضیح اصطلاحات و مسائل موجود در این حوزه برای آشنایی با مبحث مربوطه می­پردازیم. در ادامه این بخش نیز به ارائه مثال­هایی از برنامه­های پردازش ابری موبایل می­پردازیم تا نوع نیازها و برنامه­ها در این حوزه مشخص شود. در انتها نیز به مزایا و فواید پردازش ابری موبایل می­پردازیم.

دستگاه­های موبایل[1] (مانند گوشی­های هوشمند، نوت­بوک­ها، تبلت­ها و غیره) به عنوان یک ابزار ارتباطی مناسب و تاثیرگذار که هیچ محدودیت مکانی ندارند، جایگاه مهمی در زندگی انسان پیدا کرده­اند و استفاده از آن­ها به سرعت در حال افزایش می­باشد. کاربران موبایل از سرویس­های مختلف برنامه­های کاربردی موبایل که بر روی دستگاه­ها و یا سرورهای راه دور از طریق شبکه­های بی­سیم[2] اجرا می­شوند، استفاده­های مختلفی می­کنند [1]. رشد سریع پردازش موبایل[3]، باعث یک روند سریع و قدرتمند در توسعه فناوری اطلاعات و همچنین در تجارت و صنعت شده است [2]. با این حال، دستگاه­های موبایل با چالش­های بسیاری در منابع[4] خود (مثل عمر باتری، فضای ذخیره­سازی و پهنای باند) و ارتباطات[5] (مثل قابلیت تحرک و امنیت) روبرو هستند [3].

پردازش ابری[6] در سال­های اخیر با بسیاری از فیلدهای پردازشی و محاسباتی دیگر آمیخته شده است و تبدیل به یکی از محبوب­ترین چارچوب­های[7] پردازشی شده است. محاسباتی ابری امکان پردازش[8]، ذخیره­سازی[9]، خدمت رسانی[10]، و کاربردها[11] را بر بستر اینترنت فراهم می­کند. به ­هرحال، محاسبات ابری باعث کاهش هزینه­های سرمایه­گذاری[12]، کاهش دوباره کاری در ارائه سرویس­ها از یک تکنولوژی[13]، و افزایش انعطاف در تامین منابع[14] می­شود [4].

به طور مشابه، گوشی­های هوشمند و ابزارهای موبایل نیز طی سال­های اخیر بسیار محبوب شده­اند. همانطور که اشاره شد این ابزارها برای کاربردهای زیادی از جمله بازی[15]، پردازش تصویر[16]، پردازش ویدئو[17]، تجارت الکترونیک[18] و شبکه­های اجتماعی[19] مورد استفاده قرار می­گیرند.

همچنان که تلفن­های هوشمند پیچیده­تر و کاربردی­تر می­شوند، نیاز آن­ها به منابع پردازشی بیشتر نیز افزایش می­یابد. متاسفانه، سرعت رشد توان محاسباتی گوشی­های هوشمند در سال­های اخیر به نسبت نیاز آن­ها به توان­های پردازشی بالاتر بسیار کند بوده است. بنابراین، بسیاری از برنامه­های کاربردی به دلیل محدودیت­هایی مانند توان پردازشی پایین، حافظه محدود، عمر باتری محدود و سرعت پایین شبکه­ای در گوشی­های هوشمند مناسب نیستند[5] و [6].

به طور کلی، برای اینکه گوشی­های هوشمند و به طور کلی ابزارهای موبایل از لحاظ مصرف انرژی و قابلیت پردازشی کارا شوند، تغییرات و بروزرسانی­های اساسی سخت­افزاری و نرم­افزاری از جانب توسعه­دهندگان برنامه­های کاربردی و کارخانه­های تولید کننده مورد نیاز است [7] و [8] و [9].

با توجه به محدویت­های اندازه که در ابزارهای موبایل و گوشی­های موبایل وجود دارد امکان ارائه یک قدرت پردازشی بالا در این ابزارها وجود ندارد. بنابراین تغییرات نرم­افزاری در این زمینه بسیار کاراتر و موثرتر خواهد بود، به نوعی که محاسبات در منابع و سرورهای راه دور اجرا و نتایج به ابزارهای موبایل انتقال یابد [10].

تخلیه محاسبات[20] فرآیندی است که در آن محاسباتی که نیاز به منابع زیاد[21] دارند از دستگاه­های موبایل به مراکزی که دارای توان پردازشی بالا[22] هستند، مانند محیط ابر یا سرورهای قدرتمند انتقال می­یابد. تخلیه محاسبات به محیط ابری باعث افزایش توان محاسباتی در دستگاه­های موبایل، کاهش مصرف باتری و اجرای برنامه­های کاربردی که از لحاظ زیرساختی قابلیت اجرا بر روی دستگاه­های موبایل را ندارند، می­شود. علاوه بر این، محیط ابر می­تواند سرویس­های ذخیره­سازی داده و اطلاعات را نیز برای مقابله با محدودیت حافظه در دستگاه­های موبایل را نیز برطرف سازد.

اخیرا، برنامه­های کاربردی زیادی با پشتیبانی محیط ابری برای حوزه­های مختلف، مانند تجارت [11]، سلامت[12] و [13]، آموزش [14] و [15]، شبکه­های اجتماعی [16]، بازی [17]، اشتراک فایل و جستجو [18] و ... به­ وجود آمده است.

پردازش ابری موبایل به صورت ترکیب تکنولوژی محیط محاسبات ابری با دستگاه­های موبایل برای کامل کردن ابزارهای موبایل از نظر پردازشی، ذخیره­سازی، انرژی و آگاهی از متن[23] تعریف می­شود. پردازش ابری موبایل حاصل رویکردی بین­رشته­ای شامل پردازش موبایل و پردازش محیط ابری می­باشد. این حوزه فرا رشته­ای همچنین به عنوان پردازش موبایل-ابر نیز شناخته می­شود[19].

اگرچه محیط ابری برای محاسبات و ذخیره­سازی مناسب می­باشد، از روش­های تخلیه محاسبات سنتی به صورت مستقیم برای گوشی­های هوشمند نمی­توان استفاده نمود. دلیل این امر هم این است که این روش­ها در حالت کلی از لحاظ مصرف انرژی بهینه نیستند و نیاز به حجم زیادی از پهنای باند دارند. علاوه بر این، برنامه­های کاربردی سنتی موبایل به نحوی توسعه یافته­اند که فقط امکان اجرا بر روی دستگاه­های موبایل را دارند و امکان تخلیه محاسبات در آن­ها تعبیه نشده است [20] و [21] و [22]. فقط تعداد کمی برنامه­های کاربردی موبایل وجود دارد که مبتنی بر ابر هستند که محدود به ذخیره­سازی اطلاعات و سرویس­های برنامه­های کاربردی می­شوند مانند Apple’s Siri (Voice Based Personal Assistant) و iCloud storage service.

بنابراین، گوشی­های هوشمند نیازمند مدل کاربردی[24] برای پشتیبانی از تخلیه محاسبات هستند به طوریکه برای محیط محاسبات ابری موبایل با در نظر گرفتن شرایط ناهمگنی[25]، آگاهی از متن[26]، سربار تقسیم­بندی برنامه کاربردی[27]، هزینه داده­های شبکه[28]، پهنای باند[29] و مصرف انرژی، بهینه باشد. در فصول بعدی به طور مفصل به مدل­های محاسبات ابری موبایل خواهیم پرداخت.

1-2 پردازش ابری موبایل

با توجه به مقدمه­ای که گفته شد، در این قسمت سعی داریم تا پردازش ابری موبایل را به صورت رسمی و اصولی تعریف کنیم.

پردازش ابری ارائه پردازش و توان محاسباتی به مشتری بجای ارائه محصول به وی می­باشد. این تکنولوژی پردازش، نرم­افزار، و فضای ذخیره­سازی را برای کاربران فراهم می­کند، بدون اینکه نیاز باشد کاربران بدانند این تجهیزات به صورت فیزیکی در کجا قرار دارد و از چه تنظیماتی بهره می­برد. تحقیقات اخیر در حوزه پردازش ابری بر روی چگونگی مدیریت پردازش، فضای ذخیره­سازی و منابع ارتباطی که بین چندین کاربر در یک محیط مجازی[30] و ایزوله[31] به اشتراک گذاشته شده است، تمرکز دارد.

شکل 1-1 مدل سرویس­ها در یک محیط پردازش ابری را نشان می­دهد، که پیشنهادات و امکانات یک محیط ابری را به سه دسته عمده تقسیم کرده است: [23]

  • نرم­افزار به عنوان سرویس[32]:

که امکان دسترسی کاربران نهایی به یک برنامه خاص مانند مایکروسافت آفیس[33] یا سرویس پست الکترونیکی گوگل[34] را فراهم می­کند.

  • سکو به عنوان سرویس[35]:

که واسط برنامه­نویسی کاربردی[36] و محیط توسعه برنامه­نویسی را برای توسعه دهندگان فراهم می­کند. مانند google application engine و Amazon Web Services و Microsoft Azure.

  • زیرساخت به عنوان سرویس[37]:

که تسهیلات پردازشی و ذخیره­سازی را در محیطی مجازی با استفاده از چارچوب­هایی مانند Amazon EC2 و S3 فراهم می­کند.

با توجه به تعریفی که در [24] ارائه شده است، پردازش ابری موبایل، مجموعه­ای از تکنیک­ها برای بهره­برداری از منابع محیط ابری به منظور قدرتمند کردن برنامه­های کاربردی موبایل می­باشد. هدف اصلی فراهم کردن امکان استفاده بهتر از دستگاه­های موبایل می­باشد، دستگاه­هایی که از نظر پردازش، ذخیره­سازی و باتری دارای محدودیت هستند.

شکل 1-2 ساختار کلی پردازش ابری موبایل به همراه عامل­های مهم این حوزه، مانند فراهم کننده محیط ابر، محتوا و سرویس­ها و شبکه و گوشی­های هوشمند را نشان می­دهد [3].

مهندسی کامپیوتر رایانش ابری در موبایل

رایانش ابری موبایل

3 برنامه­ های پردازش ابری موبایل

در این بخش به توضیح چندین نمونه از برنامه­های گوشی­های هوشمند که مبتنی بر پردازش موبایل ابری هستند، پرداخته می­شود. سعی شده است که این برنامه­ها در حوزه­های مختلف انتخاب و ارائه شوند.

برنامه­های کاربردی موبایل تبدیل به بخشی مهم و اساسی از جامعه در حوزه­های مختلف از قبیل آموزش، تجارت، سلامت و حمل و نقل شده است. تحقق این برنامه­های کاربردی در مقیاس بزرگ، یکی از چالش­های مهم برای توسعه دهندگان برنامه­های کاربردی موبایل می­باشد. توسعه­دهندگان در این حوزه با چالش­های زیادی از قبیل محدودیت منابع در گوشی­های موبایل، امنیت و حفظ حریم شخصی و ... روبرو هستند.

در این قسمت به معرفی چندین نمونه از برنامه­های کاربردی موبایل می­پردازیم که با استفاده از پردازش ابری موبایل عملکرد آن­ها کاراتر و بهتر شده است.

1-3-1 یادگیری موبایل[1]

با ترکیب پردازش موبایل و پردازش ابری، این امکان به وجود آمده است تا برنامه­های کاربردی متنوع تری در زمینه آموزش و یادگیری برای گوشی­های هوشمند به وجود آیند. یادگیری موبایل به صورت زیر تعریف می­شود: [26]

استفاده از تکنولوژی موبایل برای بهبود و افزایش دانش، توانایی­ها و رفتار آموزشی در میان مردم، یادگیری موبایل گفته می­شود.

یادگیری موبایل سطحی از قابلیت حمل[2] را به روند آموزش از طریق تبلت­ها و گوشی­های هوشمند اضافه می­کند، مانند دیگر سیستم­های یادگیری الکترونیک، یادگیری موبایل نیز یک سیستم مشارکتی می­باشد.

یک برنامه نمونه برای یادگیری موبایل برنامه Mobile Learning System (MLE) می­باشد: [14] و [15]

این برنامه قابلیت انجام اعمال مختلف با ساختاری چند رسانه­ای[3] را بر روی محتوای موبایل کاربران از قبیل موقعیت مکانی، زمان، تاریخ فعالیت و ... فراهم می­کند.

مهندسی کامپیوتر رایانش ابری در موبایل

رایانش ابری موبایل

ترکیب محتوا به همراه دانش موجود در آن حوزه فواید زیادی دارد. اولا، ارتباط و فعل و انفعال پویا بین دانش­ آموزان و معلم به بهبود و افزایش کارایی روند آموزش کمک می­کند. ثانیا، اشتراک عقاید و دیدگاه­ها بین دانش آموزان باعث بحث و تبادل نظر در حین روند آموزش می­شود. همانطور که یادگیری دانش آموزان از یکدیگر یکی از مراحل مهم آموزش می­باشد.

استفاده از این نوع از برنامه­های یادگیری موبایل طی آزمایشی که انجام شده است، نشان داده است که باعث بهبود 22 درصدی عملکرد دانش آموزان در امتحانات نهایی شده است [27]. در نهایت نیز با استفاده از نیازها، محتوا و یادگیری الگوهای رفتاری دانش آموزان، درس­ها و هم­کلاسی­ها و اساتید مرتبط برای بهبود روند آموزش پیشنهاد می­شود.

چالش­های اصلی در این حوزه عبارتند از:

  • مصرف باتری و انرژی برای پخش جریان ویدئو با کیفیت بالا یکی از مهمترین چالش­ها در این حوزه می­باشد. برای این منظور روش­های تحویل منابع که از لحاظ انرژی کارا هستند مورد استفاده قرار می­گیرد. یکی از این روش­ها بدین صورت است که تمام بخش­های یک اسلاید یا یک فایل آموزشی با کیفیت بالا برای کاربران ارسال نمی­شود و فقط بخش­هایی که مهم هستند با کیفیت بالا ارسال می­گردند.
  • به دلیل استفاده شبکه وایرلس اشتراکی که برای این نوع از برنامه­ها استفاده می­شود، اغلب با مشکل کمبود پهنای باند مواجه هستیم. برای این منظور از تکنیک­ها و روش­های نوین برای کنترل و مدیریت پهنای باند در این برنامه­های استفاده می­شود.
  • چالش دیگر در این حوزه حفظ امنیت و حریم شخصی افراد است که می­تواند بین خود دانش آموزان با هم و یا بین دانش­آموزان با معلم در نظر گرفت.

حل چالش­های بالا و ارائه راه­حل هایی برای مقابله با آن­ها از حوزه­های تحقیقاتی باز در زمینه پردازش موبایل می­باشد.

 

[1] Mobile Learning

[2] Portability

[3] Multimedia

[1] Mobile Devices

[2] Wireless Network

[3] Mobile Computing

[4] Resources

[5] Communications

[6] Cloud Computing

[7] Framework

[8] Computing

[9] Storage

[10] Services

[11] Applications

[12] Capital Cost

[13] Decouple Services from the underlying Technology

[14] Resource Provisioning

[15] Games

[16] Image Processing

[17] Video Processing

[18] E-commerce

[19] Social Networks

[20] Computation offloading

[21] Resource Intensive

[22] Resource Rich

[23] context awareness

[24] Application Model

[25] Heterogeneity

[26] Context Awareness

[27] Application Partitioning Overhead

[28] Network Data Cost

[29] Bandwidth

[30] Virtualized

[31] Isolated

[32] Software as a Service (SaaS)

[33] Microsoft Office

[34] Gmail

[35] Platform as a Service (PaaS)

[36] Application Programming Interfaces (API)

[37] Infrastructure as a Service (IaaS)

 

برای دریافت فایل کامل سمینار از طریق لینک زیر درخاوست دهید:

لینک کامل سمینار پردازش ابری موبایل 

پروپوزال  مهندسی کامپیوتر تلفیق الگوریتم ژنتیک و منطق فازی برای خوشه بندی نابرابر در شبکه های حسگر بیسیم

آموزش تخصصی انجام پایان نامه مهندسی کامپیوتر، شبکه حسگر بیسیم

پروپوزال مهندسی کامپیوتر ردیابی هدف متحرک در شبکه حسگر بی‌سیم با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی کوکو

پروپوزال مهندسی کامپیوتر ارائه چارچوب و مدلی برای امنیت داده های حجیم

پروپوزال مهندسی کامپیوتر ارائه‌ی یک روش تخصیص منابع جهت انتخاب طیف در شبكه­‌هاي  بي‌سيم راديوشناختی در محیطهای پویاچ

پروپوزال مهندسی کامپیوتر استفاده از روشهای داده کاوی جهت بهره برداری در بازاریابی بانک جهت افتتاح حسابهای سپرده های سرمایه گذاری

مهندسی کامپیوتر

اگر برای هریک از موارد فوق نیاز به مشاوره رایگان دارید، همین الان با ما تماس بگیرید.