آزمایشگاه تحقیقاتی رایانش ابری

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

گروه مهندسی کامپیوتر

آزمایشگاه تحقیقاتی رایانش ابری

سرپرست آزمایشگاه: دکتر لیلی محمد خانلی

رسالت:

بسیاری معتقدند آینده اینترنت و فناوریهای مرتبط با آن به محاسبات ابری گره خورده است. مسلما در دنیای امروز برای استفاده از وسایل الکترونیکی در هر خانه،‌ یک کارخانه یا ژنراتور برق وجود ندارد! بلکه تنها یک اداره برق یا کارخانه تولیدکننده وجود دارد و کاربر در مقابل میزان استفاده از برق، هزینه پرداخت می‌نماید. اگر نگرش به محاسبات نیز اینگونه باشد، بدین معنا که کاربران و شرکت‌های متقاضی، در ازای نرم‌افزار، سخت‌افزار یا شبکۀ موجود، پولی را نپرداخته و تنها در قبال میزان استفاده از تجهیزات برای محاسبات خود و سرویس‌های نرم افزاری، هزینه پرداخت نمایند، بدون شک صرفه‌جویی عظیمی در حوزه IT ایجاد می‌گردد. بنابراین سیر تکاملی محاسبات بگونه ایست که پس از آب، برق، گاز و ‌تلفن می‌توان آن را بعنوان عنصر اساسی پنجم در زندگی بشر فرض نمود. در چنین حالتی، کاربران سعی میکنند بر اساس نیازهایشان و بدون توجه به اینکه یک سرویس در کجا قرار دارد و یا چگونه تحویل داده میشود، به آن دسترسی یابند.

موسسه ملی فناوری و استانداردها (NIST) رایانش ابری را اینگونه تعریف می‌کند:

"رایانش ابری مدلی است برای فراهم کردن دسترسی آسان بر اساس تقاضای کاربر از طریق شبکه به مجموعه‌ای از منابع رایانشی قابل تغییر و پیکربندی (مثل: شبکه‌ها، سرورها، فضای ذخیره‌سازی، برنامه‌های کاربردی و سرویس‌ها) که این دسترسی بتواند با کمترین نیاز به مدیریت منابع و یا نیاز به دخالت مستقیم فراهم‌کننده سرویس‏ به سرعت فراهم شده یا آزاد (رها) گردد"

نمونه های متنوعی از سیستم های محاسباتی ارائه شده است که سعی دارند چنین خدماتی را به کاربران ارئه دهند. برخی از آنها عبارتند از: محاسبات کلاستری، محاسبات توری و اخیرا محاسبات ابری. محاسبات ابری ساختاری شبیه یک توده ابر دارد که بواسطه آن کاربران میتوانند به بستر، ساختار و یا برنامه های کاربردی از هر جایی از دنیا دسترسی داشته باشند. بنابراین، محاسبات ابری میتواند با کمک ماشین های مجازی شبکه شده، بعنوان یک روش جدید برای ایجاد پویای نسل جدید مراکز داده مورد توجه قرار گیرد. بدین ترتیب، دنیای محاسبات به سرعت به سمت توسعه بستر، ساختار و یا نرم‌افزارهایی پیش می رود که به جای اجرا بر روی کامپیوترهای منفرد، بعنوان یک سرویس در دسترس میلیون ها مصرف کننده قرار میگیرند.

ابر، تصویری انتزاعی از شبکه ای عظیم و توده‌ای است که حجم آن مشخص نیست، نمی دانیم از چه میزان منابع پردازشی تشکیل شده است و ابعاد زمانی و مکانی تک تک اجزای آن نیز مشخص نیست، حتی جایگاه سخت افزار ها و نرم افزارها در این توده، نامعلوم است اما آنچه عرضه می‌شود، واضح و مشخص است. درست مثل برق! کاربر برای اینکه از وسایل و تجهیزات برقی در خانه یا محل کار استفاده نماید، لازم نیست بداند که برق از کدام نیروگاه و با چه ساختار تکنیکی، در حال تولید است و چگونه با عبور از چه مراکزی به کاربر می رسد.

حضور گسترده و روز افزون شرکتهای بزرگی نظیر Microsoft، Google، Amazon،Sun و ... در عرصه رقابتی محاسبات ابری، نشان از توسعه سریع و تسلط این گونه از محاسبات در دنیای فنّاوری اطلاعات دارد. از طرفی از آنجا که این دانش در دنیای IT بسیار نو می باشد و پیوسته ابتکارات زیادی که در این زمینه وجود دارد، کارشناسان و محققان حوزه فن آوری اطلاعات را به سمت رایانش ابری سوق می دهد. بنابراین به لحاظ اینکه از موج ایجاد شده عقب نماند لازم است هر چه سریعتر به سمت کسب این دانش و ارائه آن قدم برداشت. از سویی دیگر با فراگیر شدن تکنولوژی ابری در آینده از آنجا با بکارگیری رایانش ابری، تمام داده های کاربران، چه محرمانه و چه بی اهمیت، بر روی ابر ذخیره می شوند، بحث امنیت اطلاعات از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. با توجه به شرایط استراتژیک سیاسی ایران، اینکه اطلاعات محرمانه روی ابرهای ایجاد شده توسط شرکت های سرویس دهنده قرار داده شود، امری مخاطره آمیز است. این مطلب گویای این حقیقت است که کسب دانش و انجام تمهیداتی جهت ایجاد یک ابر بومی، امری اجتناب ناپذیر است.

در داخل کشور برخی از شرکت ها و دانشگاه ها اقدام به ایجاد این تکنولوژی نموده اند که البته تعداد آنها به انگشتان دست نمی‌رسد به عنوان نمونه طرح رایانش ابری شرکت تبیان که به عنوان مدلی برای ارائه دسترسی مناسب شبکه ای مستقل از مکان و کاملا متناسب با نیاز و خواست کاربر به مخزنی اشتراکی از منابع شبکه، سرورها و فضای مجازی کلید خورده است و یا مرکز تحقیقات رایانش ابری دانشگاه امیر کبیر که به عنوان اولین مرکز بنانهاده شده جهت رایانش ابری، سعی در عرضه یک ابر عمومی دارد. گر چه این کارها و دیگر تلاش های آغاز شده در ابتدای راه می باشند، آزمایشگاه تحقیقای رایانش ابری دانشگاه سراسری تبریز نیز قصد دارد از پیشگامان شروع این موج در داخل کشور بوده و با همکاری و امضای تفاهم‌نامه با مرکز تحقیقات رایانش ابری دانشگاه امیرکبیر، رشد سریعتری جهت نیل به اهداف نهایی خود داشته باشد.

بر این اساس آزمایشگاه تحقیقاتی رایانش ابری دانشگاه تبریز، با سه هدف بلند مدت، میان مدت و کوتاه مدت، سعی در کسب دانش و ارائه آن در حوزه IT را دارد. هدف اول یک هدف بلند مدت است که هرچند آرمان گرایانه اما در دسترس است و آن ایجاد یک ابر عمومی تحت عنوان ابر دانشگاه تبریز، است که کلیه سازمان‌ها بتوانند از خدمات آن بهره ببرند. هدف دوم یک هدف میان مدت است که سعی دارد سالانه یک کنفرانس و ماهانه یک کارگاه عملی در حوزه رایانش ابری را پشتیبانی نماید و دست آورد های خود را ارائه و این دانش را بسط دهد. و در نهایت هدف کوتاه مدت که ارائه یک نرم افزار کاربردی مانند نرم افزار کلاس بندی در قالب ابر، برای واحد های دانشگاهی است بطوریکه کاربران بتوانند به میزان نیاز خود از این نرم افزار هزینه پرداخت نمایند.

دانشجویان فعال در آزمایشگاه:

1)     آقای مهندس امیر حسین کاشفی (دانشجوی مقطع دکتری)

2)     آقای مهندس امید موسی زاده (دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد)

3)     خانم مهندس معصومه رضایی جم (دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد)

4)     آقای مهندس کاوه دولت آبادی (دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد)

5)     خانم مهندس صبا ایزدخواه (دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد)

6)      آقای مهندس سیامک عبداله زاده (دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد)

لیست پروژه‌های تحقیقاتی در حال اجرا و یا خاتمه یافته:

با توجه به گستردگی زمینه‌های پژوهشی در حوزه رایانش ابری و از طرفی با در نظر گرفتن علاقه‌مندی و توانایی اعضا، همچنین جهت به حداقل رساندن هم‌پوشانی، سه زمینه برای انجام تحقیقات در آزمایشگاه در نظر گرفته شده است. زیرساخت شبکه، سیستم های توزیع شده و مجازی سازی و برنامه نویسی و موازی سازی. هر سه حوزه مطالعات خود را با نگرش ابری دنبال می نمایند که در نهایت تجمیع مطالعات می تواند منجر به ارائه دانش گردد.

فعالیت های انجام شده در این آزمایشگاه به نحوی خواهد بود که بتوان به اهداف بیان شده در بخش قبلی جامعه عمل پوشاند. روال فعالیت های انجام شده در این آزمایشگاه به شرح زیر است: ابتدا به مطالعه و بررسی بستر های رایانش ابری موجود پرداخته می شوند و محصولات شرکت های ارائه دهنده ابر اعم از متن باز و پولی، بررسی می گردند. سپس بطور موازی پرکاربرد ترین نرم افزار هایی که می توانند در بستر ابر ارائه شوند، سنجیده می شوند. با نیل به بلوغ نسبی جهت ارائه محصول ابتدا به سراغ ارائه یک سرویس‌های برنامه کاربردی ابری یا نرم‌افزار به عنوان سرویس(SaaS) ، رفته و یک نرم افزار را به صورت سرویس روی اینترنت ارائه می نماییم. برای انجام این کار دستیابی به مرکز داده و سرور های با قابلیت بالا نیز مورد نیاز است. بنابراین بدین وسیله نیاز به نصب نرم افزار روی رایانه‌های مشتریان از بین می‌رود و نگهداری و پشتیبانی را ساده تر می‌سازد. بعد از ارائه این سرویس به سمت هدف نهایی پیش می رویم و با تامین شدن تجهیزات لازم، سرویس‌های بستر ابری یا بستر به عنوان سرویس (PaaS)  که اغلب روی زیرساخت ابری اجرا شده و برنامه کاربردی ابری را تغذیه می‌کند- را به صورت سرویس ارایه می‌دهد. سرویس بستر ابری استقرار برنامه‌های کاربردی را بدون هزینه و پیچیدگی خرید و مدیریت لایه‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری زیرین آسان می‌سازد در نهایت با دانش حاصل از مراحل قبل به سمت ارائه سرویس‌های زیرساخت ابری یا زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) یعنی زیرساخت رایانه‌ای را که عموما یک بستر مجازی را به صورت سرویس ارائه می‌دهند، حرکت می نماییم.

استفاده کنندگان از نتایج تحقیقات و پروژه‌ها:

سیستم ابری، در ساده ترین تعریف "ارائه سرویس کامپیوتری در بستر اینترنت" است. یعنی کاربران به جای آنکه تاسیسات و امکانات فن‌آوری اطلاعات خود را برای نگهداری، بروز رسانی و پردازش داده‌ها بکار بندند، از همین امکانات در شرکت‌های ارائه دهنده، بصورت اشتراکی یا شخصی، استفاده ‌نمایند. بر این اساس موسسه ها یا شرکت‌های ارائه دهنده خدمات، امکانات لازم را در اختیار کاربران قرار داده و نیاز آن را برطرف می سازند و کاربران (که خود می‌توانند شرکت‌های دیگر نیز باشند،) از طریق اینترنت می‌توانند برحسب نیاز خود از بستر، ساختار و یا نرم‌افزار ایجاد شده توسط سرویس دهنده، استفاده نمایند. استفاده کنندگان این نرم افزارها معمولا مشتریان کوچک (thin client) هستند که توسط یک مرورگر وب از طریق اینترنت از این نرم افزارها استفاده می کنند، در حالت کلی این مشتریان عبارتند از:

·        کاربران سازمان‌هایی که به طور مشترک بر روی منابع داده، کار می کنند، زیرا نیاز به انتقال آخرین نسخه نمی‌باشد.

·        کاربرانی که دائما در حال سفر هستند، زیرا هر کجا که بروند به یک نسخه واحد از داده دسترسی دارند.

·        کاربرانی که در مورد هزینه ها نگران هستند، زیرا می‌توانند چه در حوزه سخت افزار و چه در حوزه نرم افزار صرفه جویی کنند.

·        کاربرانی با نیازهای روزافزون چه در حوزه سخت افزار و چه در حوزه نرم افزار

با توجه به هدف ایجاد آزمایشگاه در ارائه خدمات ابری، دو قشر از کاربران می توانند بر اساس اهداف بلند مدت و کوتاه مدت آزمایشگاه از ارائه خدمات این آزمایشگاه بهره ببرند:

o       در راستای هدف بلند مدت ایجاد این آزمایشگاه یعنی ایجاد یک ابر عمومی تحت عنوان ابر دانشگاه تبریز، کلیه سازمان‌ها و کاربران متقاضی می توانند از خدمات ارائه شده توسط ابر استفاده نمایند. حتی می‌توان کلیه خدمات دانشگاه را نیز در بستر ابری به دانشجویان عرضه نمود. همچنین محققان و علاقمندان کار در زمینه رایانش ابری می توانند برای ادامه پژوهش‌های خود در زمینه رایانش ابری، بطور عملی با آزمایشگاه همکاری داشته باشند و نیز از دستاورد ها و نتایج مطالعات انجام شده در این زمینه استفاده نمایند.

در راستای هدف کوتاه مدت ایجاد این آزمایشگاه یعنی ایجاد یک نرم‌افزار پر کاربرد در بستر ابر، که کلیه سازمان‌ها و کاربران متقاضی می توانند از آن استفاده نمایند.

نمونه‌هایی از مقالات ژورنا‌لهای ISI‌:

1-      Leyli Mohammad Khanli, Shiva Razzaghzadeh, Sadegh Vahabzadeh Zargari , “A new step toward load balancing based on competency rank and transitional phases in grid networks”, Future Generation Computer Systems, 28 (2012) 682–688.

2-      Leyli Mohammad Khanli, Ayaz Isazadeh, Tahmuras Nohekhan, "PHFS: A dynamic replication method, to decrease access latency in the multi-tier data grid" , Future Generation Computer Systems, Volume 27, Issue 3, 233-244, March 2011.

3-       Saied Ebadi, Leyli Mohammad Khanli, "A new distributed and hierarchical mechanism for service discovery in a grid environment" ,Future Generation Computer Systems, Volume 27, Issue 6,  836-842, June 2011.

4-       Leyli Mohammad Khani, Farnaz Mahan, Ayaz Isazadeh, "Active Rule Learning using Decision Tree for Resource Management in Grid Computing", Future Generation Computer Systems, Volume 27, Issue 6, 703-710, June 2011.