fbpx

LiFi cho tương lai bảo mật IoT

 

Fig. 1
hybrid cloud architecture overview – Source: hcis-journal.springeropen.co

Abstract

Trong kỷ nguyên mới của Internet vạn vật (IoT), mọi thông tin liên quan đến môi trường, vạn vật và con người đều được kết nối mạng. Con người cũng vậy, có thể được coi là một phần không thể thiếu của hệ sinh thái IoT. Việc lấy con người làm trung tâm ngày càng tăng của các ứng dụng IoT làm tăng nhu cầu về tính năng động, tính không đồng nhất và khả năng mở rộng lớn hơn trong các hệ thống IoT trong tương lai. Gần đây, IoT và điện toán đám mây đều đã phát triển như những công nghệ mới nổi và đã trở thành một phần trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Các tính năng bổ sung của IoT và đám mây đang hình thành một mô hình CNTT mới để đáp ứng các yêu cầu hiện tại và tương lai. Do nhu cầu và khối lượng dữ liệu IoT ngày càng tăng, việc truyền dữ liệu từ rìa mạng đến các trung tâm dữ liệu điện toán đã trở thành một thách thức quan trọng do những hạn chế của băng thông mạng và độ trễ thời gian chờ cao hơn. Sự xuất hiện của mô hình điện toán mới trong kiến ​​trúc điện toán đám mây đã làm cho nó trở nên cần thiết để khắc phục những hạn chế cố hữu của điện toán đám mây, chẳng hạn như nhận thức về vị trí, khả năng mở rộng, hiệu quả năng lượng, tính di động, tắc nghẽn băng thông và độ trễ thời gian chờ. Để giải quyết những vấn đề này, bài báo này đề xuất một khung kiến ​​trúc đám mây kết hợp hiệu quả cùng với giao tiếp Li-Fi cho mạng IoT lấy con người làm trung tâm. Nó cũng giới thiệu kiến ​​trúc của đám mây cục bộ để giảm độ trễ độ trễ và chi phí băng thông cũng như cải thiện hiệu quả, bảo mật, độ tin cậy và tính khả dụng. Cuối cùng, bài báo thảo luận về các sơ đồ điều chế giao tiếp trong kỹ thuật Li-Fi và trình bày các tình huống liên quan đến việc áp dụng mô hình được đề xuất trong thế giới thực.

Giới thiệu

Trong bối cảnh ngày càng có nhiều ứng dụng của Internet vạn vật (IoT), điều cần thiết là con người và vạn vật phối hợp với nhau hiệu quả hơn. IoT có tiềm năng to lớn để cung cấp các dịch vụ mới cho con người trong hầu hết các lĩnh vực của xã hội. Khái niệm lấy con người làm trung tâm được đưa ra để hỗ trợ cuộc sống hàng ngày của công dân theo cách riêng biệt dựa trên nhu cầu cá nhân của họ là một yếu tố tạo điều kiện cho kịch bản sống có môi trường xung quanh hỗ trợ. Đối với các hoạt động lấy con người làm trung tâm, việc phân tích hành vi và nhu cầu của người dùng là điều cần thiết, dẫn đến việc tạo ra một lượng lớn dữ liệu cá nhân yêu cầu xử lý hiệu quả và hỗ trợ ứng dụng trong thời gian thực. Trong những năm gần đây, IoT đã trở thành đối tượng của sự đam mê công nghệ thực sự và ngày càng xuất hiện nhiều hơn trong các sản phẩm và dịch vụ cụ thể. Các tác vụ thủ công hiện tại có thể được tự động hóa và tối ưu hóa và các dịch vụ mới có thể phát triển trong IoT bằng cách kết nối mọi thứ với nhau và sử dụng tài nguyên máy tính / lưu trữ mạnh mẽ. Tuy nhiên, nó cũng là một trong những công nghệ đột phá nhất, cho phép các kịch bản tính toán phổ biến và phổ biến. IoT thường được đặc trưng bởi những thứ nhỏ trong thế giới thực được phân phối rộng rãi, với khả năng tính toán và lưu trữ hạn chế, điều này chắc chắn làm tăng mối quan tâm về bảo mật, hiệu suất và độ tin cậy. Mặt khác, điện toán đám mây đã trở nên phổ biến và chúng tôi hiện đang sử dụng các dịch vụ dựa trên đám mây như một thứ hàng hóa hàng ngày trong thập kỷ qua. Đối với các vấn đề công nghệ liên quan đến IoT, điện toán đám mây thường được quảng cáo là giải pháp khắc phục nhanh chóng. Về sức mạnh tính toán và lưu trữ, điện toán đám mây có khả năng hầu như không giới hạn. Hầu hết các vấn đề IoT có thể được giải quyết một phần bằng điện toán đám mây và nó là một công nghệ đã trưởng thành hơn nhiều. Các tính năng đám mây và IoT bổ sung này có thể tạo thành một mô hình CNTT mới và đáp ứng cả các yêu cầu hiện tại và tương lai [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10].

Trong mạng IoT, để thu thập và truyền một lượng lớn dữ liệu theo thời gian thực trong một môi trường không đồng nhất, các thiết bị thông minh được phân phối dày đặc với các nguồn năng lượng, tính toán và lưu trữ hạn chế. Nhưng trong điện toán đám mây, do khối lượng dữ liệu lớn nên việc truyền dữ liệu từ rìa mạng đến trung tâm điện toán là không dễ dàng vì cần băng thông lớn cho quá trình truyền tải của nó. Trong tương lai, trong lĩnh vực không dây, một hệ thống phức tạp như thế này là không khả thi do các hạn chế về băng thông, tính toán và tài nguyên năng lượng. Ngoài những vấn đề này, trong trường hợp các ứng dụng nhạy cảm với thời gian như phân tích thời gian thực, dịch vụ khẩn cấp và tương tác giữa người và máy, sự chậm trễ không thể đoán trước có thể làm hỏng trải nghiệm người dùng. Đối với người dùng trong một mô hình điện toán mới trong kiến ​​trúc điện toán đám mây, cần phải khắc phục những nhược điểm cố hữu của điện toán đám mây liên quan đến nhận thức vị trí, khả năng mở rộng, hiệu quả năng lượng, tính di động, tắc nghẽn băng thông và độ trễ thời gian chờ [11,12,13 ].

Trong khi đó, trong mạng IoT, phổ vô tuyến có sẵn đã trở nên không đủ do nhu cầu ngày càng tăng về truyền thông dữ liệu không dây. Năm 2011, Giáo sư Harald Haas tại Đại học Edinburgh, Scotland lần đầu tiên đề xuất ý tưởng về Li-Fi. Trong kỹ thuật Li-Fi, chúng ta có thể truyền dữ liệu qua giao tiếp ánh sáng nhìn thấy (VLC). Gần đây, nó đã trở nên thú vị hơn do các đặc tính bảo mật, tính sẵn sàng, hiệu quả và tốc độ, có thể giúp giải quyết nhiều vấn đề mà các tổ chức khác nhau gặp phải [14,15,16,17,18,19]. Theo dự báo mới nhất của nghiên cứu thị trường, công nghệ Li-Fi dự kiến ​​sẽ đạt giá trị thị trường 8500 triệu đô la vào năm 2020 [20]. Li-Fi bao gồm phương tiện truyền đường nhìn, nguồn sáng và máy dò ánh sáng. Do những cân nhắc như hiệu quả năng lượng, giảm chi phí và các quy tắc an toàn được nới lỏng, đèn LED là nguồn sáng ưa thích cho hầu hết các ứng dụng. Là nguồn chiếu sáng chính, hầu hết các môi trường công cộng và dân cư sẽ thay thế bóng đèn sợi đốt và phần lớn các thiết bị chiếu sáng tiết kiệm năng lượng mới nên là đèn LED vào năm 2018. Điốt laze dường như là lựa chọn tốt hơn cho khoảng cách xa hơn và tốc độ cao hơn [21, 22].

Do đó, nghiên cứu này đề xuất một kiến ​​trúc đám mây lai để giải quyết các vấn đề nêu trên. Những đóng góp chính của nghiên cứu này như sau:

Kiến trúc đám mây kết hợp hiệu quả với giao tiếp Li-Fi được đề xuất cho mạng IoT lấy con người làm trung tâm.

Để giải quyết các vấn đề như giảm độ trễ độ trễ, chi phí băng thông, v.v., kiến ​​trúc đám mây cục bộ dựa trên SDN được kích hoạt với giao tiếp Li-Fi được đề xuất; và các sơ đồ điều chế khác nhau có thể được sử dụng trong giao tiếp Li-Fi sẽ được thảo luận.

Đối với chứng minh khái niệm, các kịch bản trường hợp sử dụng thực tế khác nhau trong đó mô hình đề xuất có thể tích hợp một cách hiệu quả được trình bày.

Phần còn lại của bài báo được cấu trúc như sau: Phần “Các công việc liên quan” giới thiệu những điểm quan tâm của kỹ thuật Li-Fi, những thách thức của kiến ​​trúc điện toán đám mây hiện có và nghiên cứu hiện có; Phần “Kiến trúc đám mây kết hợp được đề xuất” trình bày một kiến ​​trúc đám mây kết hợp hiệu quả mới cùng với giao tiếp Li-Fi cho mạng IoT lấy con người làm trung tâm; Phần “Nghiên cứu điển hình về mô hình được đề xuất và thảo luận” thảo luận về các tình huống sử dụng của mô hình được đề xuất trong thế giới thực.

Fig. 4
Smart parking – Nguồn: hcis-journal.springeropen.com

Điểm quan tâm của kỹ thuật Li-Fi

Công nghệ không dây đã cải cách môi trường làm việc hiện tại. Với những ưu điểm của WiFi, nó cũng có những hạn chế nhất định vì công nghệ không dây luôn gặp khó khăn trong việc hòa giải với kẻ thù không đội trời chung: những bức tường. Tuy nhiên, có vẻ như một số lỗ hổng này có thể được giải quyết bằng công nghệ Li-Fi. Công nghệ Li-Fi là công nghệ không dây hai chiều, tốc độ cao, sử dụng quang phổ ánh sáng để cung cấp trải nghiệm người dùng tương tự như các hệ thống không dây truyền thống. Những ưu điểm của kỹ thuật Li-Fi được tóm tắt dưới đây.

Hiệu suất năng lượng

Li-Fi hoạt động dựa trên công nghệ giao tiếp bằng ánh sáng nhìn thấy sử dụng bóng đèn LED. Nhiều cơ sở trong nhà đã có bóng đèn LED cho mục đích chiếu sáng; cùng một nguồn ánh sáng có thể được sử dụng như một phương tiện liên lạc để truyền dữ liệu. Có thể điều chỉnh bóng đèn Li-Fi để mắt người gần như không nhìn thấy ánh sáng, khi không cần thiết.

Khả thi

Internet có thể ở mọi nơi, mọi nơi có nguồn sáng. Việc truyền dữ liệu tốc độ cao có thể khả dụng ở mọi nơi vì các bóng đèn LED hiện nay hầu như có thể được tìm thấy ở bất cứ đâu trong khuôn viên trong nhà.

Security

Không giống như WiFi, Li-Fi hoạt động bằng cách sử dụng một hệ thống rất độc đáo và nó không thể bị tấn công vì ánh sáng không thể xuyên qua các cấu trúc mờ và rắn. Nó chỉ khả dụng cho người dùng trong một phòng, trong khi bất kỳ ai bên ngoài máy trạm đều không thể truy cập được.

Tốc độ

Li-Fi nhanh đến mức khó tin, tức là nó có khả năng đạt được tốc độ 1 Gbps trong môi trường bình thường và 100 Gbps trong môi trường phòng thí nghiệm. Li-Fi nhanh hơn Wi-Fi 100 lần.

Sự an toàn

Không giống như tia hồng ngoại, không gây nguy hiểm cho sức khỏe từ ánh sáng nhìn thấy trong điều kiện chiếu sáng. Điều kiện chiếu sáng Li-Fi đạt tiêu chuẩn an toàn cho da và mắt, giúp bạn có thể yên tâm sử dụng trong mọi môi trường hay hoàn cảnh.

Dễ dàng triển khai trong cơ sở hạ tầng hiện có
Với việc bổ sung các thành phần front-end tương đối đơn giản và rẻ tiền chạy trên băng tần cơ sở, Li-Fi có thể được triển khai trong cơ sở hạ tầng chiếu sáng hiện có. Do mối quan hệ cộng sinh với chiếu sáng bằng bóng đèn LED tiết kiệm năng lượng, bộ phát Li-Fi được triển khai rộng rãi.

Cost

Các bóng đèn LED được lắp đặt có thể được sử dụng để truyền thông tin trực tiếp đến đích mà không cần phải chạy gần một dặm cáp. Các cơ sở trong nhà vẫn có thể kết nối với nhau bằng cách sử dụng mạng điểm – điểm mà không cần sử dụng thêm cáp từ điểm truy cập này sang điểm truy cập khác.

 

References

  1. Botta A, De Donato W, Persico V, Pescapé A (2016) Integration of cloud computing and internet of things: a survey. Future Gener Comput Syst 56:684–700

    Article Google Scholar

  2. Zhou J et al (2013) Cloud things: a common architecture for integrating the internet of things with cloud computing. In: Computer supported cooperative work in design (CSCWD), 2013 IEEE 17th international conference on, pp 651–657

  3. Díaz M, Martín C, Rubio B (2016) State-of-the-art, challenges, and open issues in the integration of Internet of things and cloud computing. J Netw Comput Appl 67:99–117

    Article Google Scholar

  4. Steiner W, Poledna S (2016) Fog computing as enabler for the Industrial Internet of Things. e & i Elektrotechnik und Informationstechnik 133(7):310–314

    Article Google Scholar

  5. Sharma PK, Moon SY, Park JH (2017) Block-VN: a distributed blockchain based vehicular network architecture in smart City. J Inf Process Syst 13(1):184–195

    Google Scholar

  6. Yin C, Xi J, Sun R, Wang J (2017) Location privacy protection based on differential privacy strategy for big data in industrial internet-of-things. IEEE Trans Ind Inform. https://doi.org/10.1109/TII.2017.2773646

    Google Scholar

  7. Sharma PK, Singh S, Park JH (2018) OpCloudSec: open cloud software defined wireless network security for the Internet of Things. Comput Commun 122:1–8

    Article Google Scholar

  8. Tirkolaee EB, Hosseinabadi AAR, Soltani M, Sangaiah AK, Wang J (2018) A hybrid genetic algorithm for multi-trip green capacitated arc routing problem in the scope of urban services. Sustainability 10(5):1366–1386

    Article Google Scholar

  9. Sharma PK, Park JH (2018) Blockchain based hybrid network architecture for the smart city. Future Gener Comput Syst 86:650–655

    Article Google Scholar

  10. Sharma PK, Singh S, Jeong YS, Park JH (2017) Distblocknet: a distributed blockchains-based secure sdn architecture for iot networks. IEEE Commun Mag 55(9):78–85

    Article Google Scholar

  11. Hao Z, Novak E, Yi S, Li Q (2017) Challenges and software architecture for fog computing. IEEE Internet Comput 21(2):44–53

    Article Google Scholar

  12. Baccarelli E, Naranjo PGV, Scarpiniti M, Shojafar M, Abawajy JH (2017) Fog of everything: energy-efficient networked computing architectures, research challenges, and a case study. IEEE Access 5:9882–9910

    Article Google Scholar

  13. Keegan N, Ji SY, Chaudhary A, Concolato C, Yu B, Jeong DH (2016) A survey of cloud-based network intrusion detection analysis. Hum-centric Comput Inf Sci 6(1):19–34

    Article Google Scholar

  14. Fath T, Haas H (2013) Performance comparison of MIMO techniques for optical wireless communications in indoor environments. IEEE Trans Commun 61(2):733–742

    Article Google Scholar

  15. Tsiatmas A, Willems FM, Linnartz JPM, Baggen S, Bergmans JW (2015) Joint illumination and visible-Light Communication systems: data rates and extra power consumption. In: Communication workshop (ICCW), 2015 IEEE international conference on, pp 1380–1386

  16. Gilliard R (2010) The Li-Fi® lamp high efficiency high brightness light emitting plasma with long life and excellent color quality. In: Plasma science, 2010 Abstracts IEEE international conference on, pp 1–1

  17. Thayananthan V, Abdulkader O, Jambi K, Bamahdi AM (2017) Analysis of cybersecurity based on Li-Fi in green data storage environments. In: Cyber security and cloud computing (CSCloud), 2017 IEEE 4th international conference on, pp 327–332

  18. Sharma PK, Rathore S, Park JH (2018) DistArch-SCNet: blockchain-based distributed architecture with li-fi communication for a scalable smart city network. IEEE Consum Electron Mag 7(4):55–64

    Article Google Scholar

  19. Sharma PK, Jeong YS, Park JH (2018) EH-HL: Effective Communication Model by IntegratedEH-WSN and Hybrid LiFi/WiFi for IoT. IEEE Internet Things J. https://doi.org/10.1109/JIOT.2018.2791999

    Google Scholar

  20. Markets and Markets. Free space optics (FSO) and visible light communication (Li-Fi) market by component, application (smart store, consumer electronics, defense, transportation, aviation, hospital, underwater, and hazardous environment), and by geography—Global forecast to 2020. http://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/visible-light-communication-market-946.html. Accessed 20 Oct 2017

  21. Grobe L et al (2013) High-speed visible light communication systems. IEEE Commun Mag 51(12):60–66

    MathSciNet Article Google Scholar

  22. Haas H, Yin L, Wang Y, Chen C (2016) What is Li-Fi? J Lightwave Technol 34(6):1533–1544

 

 

Nguồn:

Sharma, P.K., Ryu, J.H., Park, K.Y. et al. Li-Fi based on security cloud framework for future IT environment. Hum. Cent. Comput. Inf. Sci. 8, 23 (2018). https://doi.org/10.1186/s13673-018-0146-5

Leave a Reply