МІКРОСЕРВІСНА АРХІТЕКТУРА ДЛЯ КІБЕРФІЗИЧНИХ СИСТЕМ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2024.2.34Ключові слова:
хмарні обчислення, кіберфізичні системи, індустрія 4.0, інтернет речей, мікросервіси.Анотація
Кіберфізичні системи з’єднують фізичний і цифровий світи. Вони складаються з апаратного забезпечення, пов’язаного з фізичним світом, програмного забезпечення та, можливо, інших типів систем. Вони використовуються в різних галузях, включаючи робототехніку, охорону здоров’я, розумні міста, автомобілебудування, промисловість і космос. Ці системи дуже складні в проектуванні та реалізації. Технології хмарних обчислень забезпечують чудове середовище для програмного забезпечення та інструментів кіберфізичних систем для під- тримки та масштабування інфраструктури. Одна з головних проблем полягає в тому, як правильно проектува- ти хмарні системи для кіберфізичних систем. В даний час мікросервісна архітектура широко використовуєть- ся для програмного забезпечення в хмарі. За своєю суттю мікросервіси забезпечують гнучкість, доступність, масштабованість і незалежність модулів, а також гнучкі процеси розробки та розгортання. Ці переваги добре узгоджуються з потребами кіберфізичних систем. Однак все ще існує багато проблем у впровадженні мікросервісної архітектури для кіберфізичних систем. Виклики включають складну розподілену мережу системи, обробку даних у реальному часі, мікросервісну архітектуру програмного забезпечення, доступність мікросервісів та надійність компонентів системи. У цій статті представлено дослідження, основною метою якого є наведення основних принципів та шаблонів проєктування мікросервісної архітектури, що використовуються, узагальнення переваг та проблем, а також покращення знань про мікросервісну архітектуру, що використовується для кіберфізичних систем. Спочатку був проведений огляд літератури сучасних наукових робіт. Потім була проаналізована кожна робота. Підготовлено резюме всіх вибраних наукових робіт. Розділи з результатами та висновками містять підсумки та дають подальші напрямки досліджень.
Посилання
Tyagi, A. K., Sreenath N., (2021). Cyber Physical Systems: Analyses, challenges and possible solutions, Internet of Things and Cyber-Physical Systems, vol. 1, pp. 22–33. https://doi.org/10.1016/j.iotcps.2021.12.002.
Serôdio, C., Mestre, P., Cabral, J., Gomes, M., Branco, F., (2024). Software and Architecture Orchestration for Process Control in Industry 4.0 Enabled by Cyber-Physical Systems Technologies, Applied Sciences, vol. 14, no. 5, Art. no. 5. DOI: https://doi.org/10.3390/app14052160.
Pontarolli, R. P., Bigheti, J. A., De Sá L. B. R., Godoy, E. P., (2023). Microservice-Oriented Architecture for Industry 4.0, Eng, vol. 4, no. 2, pp. 1179–1197, DOI: https://doi.org/10.3390/eng4020069.
Blinowski, G., Ojdowska, A., & Przybylek, A. (2022). Monolithic vs. Microservice Architecture: A performance and scalability evaluation. IEEE Access, 10, 20357–20374. https://doi.org/10.1109/access.2022.3152803.
Mena, M., Criado, J., Iribarne, L., Corral, A., Chbeir, R., Manolopoulos, Y., (2023). “Towards high-availability cyber-physical systems using a microservice architecture,” Computing, vol. 105, no. 8, pp. 1745–1768. https://doi.org/10.1007/s00607-023-01165-x.
Fritzsch, J. et al., (2023). “Adopting microservices and DevOps in the cyber‐physical systems domain: A rapid review and case study,” Softw Pract Exp, vol. 53, no. 3, pp. 790–810. https://doi.org/10.1002/spe.3169.
Aldalur, I., Arrieta, A., Agirre, A., Sagardui, G., Arratibel, M., (2024). “A microservice-based framework for multi-level testing of cyber-physical systems,” Software Qual J, vol. 32, no. 1, pp. 193–223. https://doi.org/10.1007/s11219-023-09639-z.
Islam, Md. M., Bhuiyan, Z. A., (2023). “An Integrated Scalable Framework for Cloud and IoT Based Green Healthcare System,” IEEE Access, vol. 11, pp. 22266–22282, 2023. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3250849.
Ward, G., Janczewski, L., (2022). “Investigating Data Risk Considerations in Emergent Cyber Physical Production Systems,” JSCI, vol. 20, no. 2, pp. 51–62. https://doi.org/10.54808/JSCI.20.02.51.
Usman, M., Ferlin, S., Brunstrom, A., Taheri, J., (2022). “A Survey on Observability of Distributed Edge & Container-Based Microservices,” IEEE Access, vol. 10, pp. 86904–86919. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3193102.
Naqvi, M. A., Malik, S., Astekin, M., Moonen, L., (2022). “On Evaluating Self-Adaptive and Self-Healing Systems using Chaos Engineering,” in 2022 IEEE International Conference on Autonomic Computing and Self-Organizing Systems (ACSOS), pp. 1–10. https://doi.org/10.1109/ACSOS55765.2022.00018.
Loseto, G. et al., (2022). “Osmotic Cloud-Edge Intelligence for IoT-Based Cyber-Physical Systems,” Sensors, vol. 22, no. 6, Art. no. 6. https://doi.org/10.3390/s22062166.
Jwo, J.-S., Lee, C.-H., Lin, C.-S., (2022). “Data Twin-Driven Cyber-Physical Factory for Smart Manufacturing,”Sensors, vol. 22, no. 8, p. 2821. https://doi.org/10.3390/s22082821.
Garcia, A., Franco, J., Sáez, F., Sánchez, J. R., Bruse, J. L., (2022). “Containerized edge architecture for manufacturing data analysis in Cyber-Physical Production Systems,” Procedia Computer Science, vol. 204, pp. 378–384. https://doi.org/10.1016/j.procs.2022.08.046.
Dobaj, J., Riel, A., Krug, T., Seidl, M., Macher, G., Egretzberger, M., (2022). “Towards digital twin-enabled Dev-Ops for CPS providing architecture-based service adaptation & verification at runtime,” in Proceedings of the 17th Symposium on Software Engineering for Adaptive and Self-Managing Systems, Pittsburgh Pennsylvania: ACM, pp. 132–143. https://doi.org/10.1145/3524844.3528057.
Muzumdar, P., Bhosale, A., Basyal, G. P., Kurian, G., (2024). “Navigating the Docker Ecosystem: A Comprehensive Taxonomy and Survey,” AJRCoS, vol. 17, no. 1, pp. 42–61. https://doi.org/10.9734/ajrcos/2024/v17i1411.
Bernal, A., Cambronero, M. E., Núñez, A., Cañizares, P. C., Valero, V., (2022). “Evaluating cloud interactions with costs and SLAs,” J Supercomput, vol. 78, no. 6, pp. 7529–7555. https://doi.org/10.1007/s11227-021-04197-2.
Elkhatib, Y. Poyato, J. P., (2023). “An Evaluation of Service Mesh Frameworks for Edge Systems,” in Proceedings of the 6th International Workshop on Edge Systems, Analytics and Networking, in EdgeSys ’23. New York, NY, USA: Association for Computing Machinery, pp. 19–24. https://doi.org/10.1145/3578354.3592867.
Aslanpour, M. S., Toosi, A. N., Cheema, M. A., Chhetri, M. B., Salehi, M. A., (2024). “Load balancing for heterogeneous serverless edge computing: A performance-driven and empirical approach,” Future Generation Computer Systems, vol. 154, pp. 266–280. https://doi.org/10.1016/j.future.2024.01.020.
Boor, M. V., Borst, S. C., Van Leeuwaarden, J. S. H., Mukherjee, D., (2022). “Scalable Load Balancing in Networked Systems: A Survey of Recent Advances,” SIAM Rev., vol. 64, no. 3, pp. 554–622. https://doi.org/10.1137/20M1323746.
Giamattei, L. et al., (2024). “Monitoring tools for DevOps and microservices: A systematic grey literature review,” Journal of Systems and Software, vol. 208, p. 111906. https://doi.org/10.1016/j.jss.2023.111906.
Guo, X. et al., (2021). “Towards scalable, secure, and smart mission-critical IoT systems: review and vision,” in Proceedings of the 2021 International Conference on Embedded Software, Virtual Event: ACM, pp. 1–10. https://doi.org/10.1145/3477244.3477624.
Eze, C., (2024). “Internet of Things Meets Robotics: A Survey of Cloud-based Robots.” arXiv, Feb. 20, 2024. https://doi.org/10.48550/arXiv.2306.02586
Al-Doghman, F., Moustafa, N., Khalil, I., Sohrabi, N., Tari, Z., Zomaya, A. Y., (2023). “AI-Enabled Secure Microservices in Edge Computing: Opportunities and Challenges,” IEEE Trans. Serv. Comput., vol. 16, no. 2, pp. 1485–1504. https://doi.org/10.1109/TSC.2022.3155447.
Aldea, C. L., Bocu, R., Vasilescu, A., (2023). “Relevant Cybersecurity Aspects of IoT Microservices Architectures Deployed over Next-Generation Mobile Networks,” Sensors, vol. 23, no. 1, 2023. https://doi.org/10.3390/s23010189.
Alshudukhi, K. S., Khemakhem, M. A., Eassa, F. E., Jambi, K. M., (2023). “An Interoperable Blockchain Security Frameworks Based on Microservices and Smart Contract in IoT Environment,” Electronics (Switzerland), vol. 12, no. 3. https://doi.org/10.3390/electronics12030776.
Ali, Z. et al., (2023). “A Generic Internet of Things (IoT) Middleware for Smart City Applications,” Sustainability (Switzerland), vol. 15, no. 1. https://doi.org/10.3390/su15010743.
