Original Title: USING BLOCKCHAIN AND LOW POWER IN SMART CITIES TO INTERNET OF THIGS APPLICATIONS: A FOG COMPUTING APPROACH
Source: www.researchgate.net
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាប្លុកឆេន និងថាមពលទាបនៅក្នុងទីក្រុងឆ្លាតវៃសម្រាប់កម្មវិធីអ៊ីនធឺណិតនៃវត្ថុ (IoT)៖ អភិក្រមនៃកុំព្យូទ័រអ័ព្ទ (Fog Computing)

ចំណងជើងដើម៖ USING BLOCKCHAIN AND LOW POWER IN SMART CITIES TO INTERNET OF THIGS APPLICATIONS: A FOG COMPUTING APPROACH

អ្នកនិពន្ធ៖ Celio Marcio Soares Ferreira (Universidade Federal de Ouro Preto)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2022 Universidade Federal de Ouro Preto

វិស័យសិក្សា៖ Computer Science

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ឯកសារនេះដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមនៃសុវត្ថិភាព ភាពអាចទុកចិត្តបាននៃប្រភពទិន្នន័យ និងការប្រើប្រាស់ថាមពលនៅក្នុងបណ្តាញអ៊ីនធឺណិតនៃវត្ថុ (IoT) សម្រាប់ទីក្រុងឆ្លាតវៃ ដែលភាគច្រើនប្រឈមនឹងបញ្ហាឧបករណ៍ហួសសម័យ និងការខ្វះខាតស្តង់ដារួម។ វាផ្តោតលើការកសាងប្រព័ន្ធដែលអាចជឿទុកចិត្តបានដោយមិនពឹងផ្អែកលើបណ្តាញកណ្តាល ឬហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធរបស់ក្រុមហ៊ុនទូរស័ព្ទចល័ត។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការស្រាវជ្រាវនេះប្រើប្រាស់អភិក្រមចម្រុះ (Hybrid approach) ដោយគួបផ្សំបណ្តាញថាមពលទាប (LPWAN) ជាមួយនឹងបច្ចេកវិទ្យាប្លុកឆេន និងបណ្តាញន័យវិទ្យា (Semantic Web) តាមរយៈការក្លែងធ្វើ និងការសាកល្បងជាក់ស្តែង។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Centralized IoT Security Architecture
ស្ថាបត្យកម្មសុវត្ថិភាព IoT កណ្តាល (Centralized Architecture)
មានល្បឿនលឿនក្នុងការដំណើរការទិន្នន័យ និងងាយស្រួលក្នុងការគ្រប់គ្រងតាមបែបប្រពៃណី។ ងាយរងគ្រោះដោយសារការវាយប្រហារបណ្តាញ (DDoS) និងមិនមានតម្លាភាពពេញលេញក្នុងការផ្លាស់ប្តូរទិន្នន័យដោយភាគីទី៣។ ដំណើរការបានលឿន ប៉ុន្តែមានហានិភ័យខ្ពស់ចំពោះសុវត្ថិភាពទិន្នន័យ និងភាពអាចជឿទុកចិត្តបាននៃឧបករណ៍នៅតាមគែមបណ្តាញ។
Decentralized Blockchain API Gateway (Proposed)
ច្រកទ្វារ API ប្លុកឆេនវិមជ្ឈការ (វិធីសាស្ត្រស្នើឡើង)
ផ្តល់នូវសុវត្ថិភាពខ្ពស់ តម្លាភាព និងការពារការក្លែងបន្លំទិន្នន័យតាមរយៈកិច្ចសន្យាឆ្លាតវៃ ទោះបីជាប្រើឧបករណ៍ចាស់ៗក៏ដោយ។ បន្ថែមការពន្យារពេល (Latency) ប្រហែល ៥ វិនាទីក្នុងការបញ្ជាក់ប្រតិបត្តិការនីមួយៗ និងទាមទារសមត្ថភាពកុំព្យូទ័រក្នុងការធ្វើសមកាលកម្ម។ ទទួលជោគជ័យក្នុងការផ្ទៀងផ្ទាត់ឧបករណ៍ IoT ប្រកបដោយសុវត្ថិភាព ជាមួយនឹងការពន្យារពេលត្រឹម ៥ វិនាទី ដែលអាចទទួលយកបានសម្រាប់កម្មវិធីដែលមិនត្រូវការពេលវេលាជាក់ស្តែងភ្លាមៗ។
Single-Gateway vs Multi-Gateway LoRa Network
បណ្តាញ LoRa ច្រកផ្លូវមួយ ទល់នឹង ច្រកផ្លូវច្រើន
ការប្រើប្រាស់ច្រកផ្លូវច្រើនជួយកាត់បន្ថយការប៉ះទង្គិចទិន្នន័យ (Collisions) បានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព និងបង្កើនលទ្ធភាពពង្រីកបណ្តាញ។ ច្រកផ្លូវតែមួយងាយនឹងឆ្អែតបណ្តាញ (Saturate) នៅពេលមានឧបករណ៍លើសពី ៤,០០០ ភ្ជាប់ក្នុងពេលតែមួយ។ ការក្លែងធ្វើបង្ហាញថា បណ្តាញមានច្រកផ្លូវ ៣ អាចទ្រទ្រង់ឧបករណ៍បានដល់ ២០,០០០ ដោយរក្សាអត្រាទទួលជោគជ័យ (DER) លើសពី ០.៩៥។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការអនុវត្តប្រព័ន្ធនេះទាមទារការប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ផ្នែករឹងដែលមានតម្លៃសមរម្យសម្រាប់គែមបណ្តាញ (Edge) ប៉ុន្តែត្រូវការម៉ាស៊ីនមេកម្រិតមធ្យមសម្រាប់តួនាទីជាច្រកទ្វារ Blockchain និងចំណុចកណ្តាល។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើតេស្តជាក់ស្តែងនៅទីក្រុង Belo Horizonte ប្រទេសប្រេស៊ីល និងផ្អែកលើការក្លែងធ្វើ (Simulation)។ លទ្ធផលនៃការបញ្ជូនទិន្នន័យបញ្ជូនតាមរលកសញ្ញា LoRa អាចប្រែប្រួលអាស្រ័យលើភូមិសាស្ត្រជាក់ស្តែងដូចជា អគារខ្ពស់ៗ ឬព្រៃក្រាស់។ សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ការរចនាបណ្តាញនេះត្រូវគិតគូរពីឧបសគ្គភូមិសាស្ត្រ និងកម្រិតនៃការអភិវឌ្ឍន៍ហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធបណ្តាញតាមតំបន់។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

អភិក្រមនៃការរួមបញ្ចូល Blockchain និង LoRa នេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់កម្ពុជា ពិសេសក្នុងការជំរុញគម្រោងទីក្រុងឆ្លាតវៃ និងកសិកម្មទំនើប។

ការអនុវត្តបច្ចេកវិទ្យាទាំងនេះអាចជួយប្រទេសកម្ពុជាលោតផ្លោះទៅរកការប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធ IoT ដែលមានសុវត្ថិភាពខ្ពស់ ឯករាជ្យពីក្រុមហ៊ុនបណ្តាញទូរស័ព្ទចល័ត និងកាត់បន្ថយចំណាយប្រតិបត្តិការរយ:ពេលវែង។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃបណ្តាញថាមពលទាប (LPWAN & WPAN): និស្សិតត្រូវស្វែងយល់អំពីដំណើរការនៃបណ្តាញ LoRa និង BLE ដោយអនុវត្តផ្ទាល់ជាមួយឧបករណ៍ Pycom LoPy4 និងរៀនក្លែងធ្វើបណ្តាញពង្រីកទំហំ (Scalability) តាមរយៈកម្មវិធី LoRaSim (Python)
  2. រៀបចំបរិស្ថាន Fog Computing: អនុវត្តការដំឡើងប្រព័ន្ធកុងតឺន័រដោយប្រើ Docker និង Docker Compose ដើម្បីបង្កើតបរិស្ថានដាច់ដោយឡែកសម្រាប់ FogNet, EdgeNet និងប្រព័ន្ធកណ្តាល។
  3. អភិវឌ្ឍកិច្ចសន្យាឆ្លាតវៃ (Smart Contracts Development): រៀនសរសេរកូដកិច្ចសន្យាឆ្លាតវៃដោយប្រើភាសា Solidity និងសាកល្បងដាក់ឱ្យដំណើរការនៅលើបណ្តាញសាកល្បងដូចជា Ethereum (Ropsten ឬ Sepolia Testnet) តាមរយៈឧបករណ៍ TruffleHardhat
  4. ការកសាងចំណុចប្រទាក់ API Gateway: បង្កើតកម្មវិធី Server ដោយប្រើ Node.js រួមជាមួយបណ្ណាល័យ web3.js ដើម្បីទទួលទិន្នន័យពី IoT ផ្ទៀងផ្ទាត់ Merkle Tree និងបញ្ជូនទៅកាន់គណនី Blockchain។
  5. សមាហរណកម្មទិន្នន័យន័យវិទ្យា (Semantic Web Extraction): ប្រើប្រាស់បណ្ណាល័យ RDFLib និង Web3.py ដើម្បីទាញយកទិន្នន័យពី Blockchain បង្កើតជាទម្រង់ RDF Graphs រួចសាកល្បងសរសេរកូដ SPARQL ដើម្បីស្វែងរកនិងតភ្ជាប់ទិន្នន័យជាមួយប្រភពខាងក្រៅ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Fog Computing វាគឺជាបច្ចេកវិទ្យាដែលទាញយកសមត្ថភាពកុំព្យូទ័រ និងការរក្សាទុកទិន្នន័យពីម៉ាស៊ីនមេក្លោដ (Cloud) មកដាក់ឱ្យជិតបំផុតទៅនឹងឧបករណ៍ប្រើប្រាស់នៅតាមគែមបណ្តាញ (Edge IoT) ដើម្បីកាត់បន្ថយពេលវេលារង់ចាំក្នុងការបញ្ជូនទិន្នន័យ និងសន្សំសំចៃកម្រិតបញ្ជូន (Bandwidth)។ វាដូចជាការមានសាខាផ្សារទំនើបនៅជិតផ្ទះរបស់អ្នក ដើម្បីកុំឱ្យអ្នកត្រូវធ្វើដំណើរឆ្ងាយទៅទិញឥវ៉ាន់នៅទីស្នាក់ការកណ្តាល។
Smart Contract គឺជាកូដកម្មវិធីដែលដំណើរការដោយស្វ័យប្រវត្តិនៅលើប្លុកឆេន (Blockchain) នៅពេលដែលលក្ខខណ្ឌដែលបានកំណត់ទុកជាមុនត្រូវបានបំពេញ ដោយធ្វើការផ្ទៀងផ្ទាត់ និងកត់ត្រាប្រតិបត្តិការដោយមិនត្រូវការភាគីកណ្តាលជាអ្នកសម្របសម្រួល។ វាដូចជាម៉ាស៊ីនលក់ភេសជ្ជៈស្វ័យប្រវត្តិ ដែលនឹងទម្លាក់កំប៉ុងទឹកឱ្យអ្នកភ្លាមៗនៅពេលអ្នកដាក់លុយគ្រប់ចំនួន ដោយមិនចាំបាច់មានអ្នកលក់នៅទីនោះបញ្ជាក់ឡើយ។
LoRa (Long Range) ជាបច្ចេកវិទ្យាបណ្តាញឥតខ្សែដែលអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍បញ្ជូនទិន្នន័យបានចម្ងាយឆ្ងាយ (រហូតដល់ច្រើនគីឡូម៉ែត្រ) ជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់ថាមពលថ្មតិចតួចបំផុត ដែលស័ក្តិសមសម្រាប់ការបញ្ជូនទិន្នន័យទំហំតូចៗពីឧបករណ៍ IoT នៅតំបន់ដាច់ស្រយាល។ វាដូចជាការប្រើប្រាស់អំពូលពិលបញ្ជូនសញ្ញាម៉ូស (Morse code) ទៅកាន់នរណាម្នាក់នៅឆ្ងាយ ដែលស៊ីភ្លើងថ្មតិច ប៉ុន្តែមិនអាចនិយាយជាសំឡេងបានលឿននិងច្រើននោះទេ។
Semantic Web គឺជាការរៀបចំទិន្នន័យនៅលើបណ្តាញឱ្យមានទម្រង់ស្តង់ដារ និងមានទំនាក់ទំនងគ្នាជាក្រាហ្វ (Ontologies/RDF) ដែលអាចឱ្យកុំព្យូទ័រយល់ដឹងពីអត្ថន័យ និងទាញយកទិន្នន័យពីប្រភពផ្សេងៗគ្នាមកវិភាគរួមគ្នាបានយ៉ាងងាយស្រួល។ វាដូចជាការបិទស្លាកសញ្ញាបញ្ជាក់យ៉ាងច្បាស់លាស់នៅលើទំនិញគ្រប់ប្រភេទក្នុងឃ្លាំង ដែលជួយឱ្យមនុស្សយន្តអាចស្វែងរក និងរៀបចំទំនិញទាំងនោះបានយ៉ាងត្រឹមត្រូវដោយខ្លួនឯង។
Merkle Tree ជារចនាសម្ព័ន្ធទិន្នន័យរាងដូចមែកធាងដែលប្រើក្នុងប្លុកឆេន ដើម្បីបំប្លែងទិន្នន័យច្រើនទៅជាកូដសម្ងាត់តែមួយ (Root Hash) សម្រាប់ផ្ទៀងផ្ទាត់ភាពត្រឹមត្រូវនៃទិន្នន័យធំៗបានយ៉ាងរហ័សដោយមិនចាំបាច់ទាញយកទិន្នន័យទាំងអស់នោះមកពិនិត្យឡើងវិញ។ វាដូចជាការពិនិត្យតែត្រាប្រថាប់នៅមាត់ស្រោមសំបុត្រ ប្រសិនបើត្រានោះនៅដដែល នោះមានន័យថាឯកសាររាប់សិបទំព័រខាងក្នុងមិនត្រូវបានគេលួចកែបន្លំឡើយ។
Decentralized Application (DApp) ជាកម្មវិធីកុំព្យូទ័រដែលមិនដំណើរការលើម៉ាស៊ីនមេកណ្តាលតែមួយ ប៉ុន្តែដំណើរការកូដនិងរក្សាទិន្នន័យនៅលើបណ្តាញកុំព្យូទ័រជាច្រើន (P2P / Blockchain) ដែលធ្វើឱ្យវាមិនងាយរងការវាយប្រហារផ្តាច់ដំណើរការ ឬត្រួតត្រាដោយភាគីណាមួយឡើយ។ វាដូចជាការចែករំលែកសៀវភៅកំណត់ហេតុមួយច្បាប់ទៅឱ្យមនុស្សរាប់ពាន់នាក់កាន់ក្នុងពេលតែមួយ ប្រសិនបើសៀវភៅរបស់អ្នកណាម្នាក់រហែក ក៏អ្នកផ្សេងទៀតនៅតែអាចអានវាបាន។
API Gateway គឺជាប្រព័ន្ធចំណុចកណ្តាលដែលឈរនៅចន្លោះឧបករណ៍ IoT និងម៉ាស៊ីនមេ ដើម្បីទទួលយកការស្នើសុំ ធ្វើការត្រួតពិនិត្យសុវត្ថិភាព បញ្ជាក់អត្តសញ្ញាណ និងបញ្ជូនទិន្នន័យបន្តទៅកាន់ប្រព័ន្ធខាងក្រោយ។ វាប្រៀបបាននឹងអ្នកយាមទ្វារនៅច្រកចូលអគារ ដែលមានតួនាទីត្រួតពិនិត្យកាតសម្គាល់ខ្លួន និងសួរនាំគោលបំណងរបស់អ្នកមុននឹងអនុញ្ញាតឱ្យចូល។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖