АРХИТЕКТУРА ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ХРАНЕНИЯ ТЕЛЕМЕХАНИКИ

ARCHITECTURE OF A DECENTRALISED TELEMATICS TRANSMISSION AND STORAGE SYSTEM

Aidar Basharov

student, Department of Power Supply of Industrial Enterprises, Kazan State Power Engineering University,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В статье представлен обзор существующих подходов к построению децентрализованных систем, а также описаны особенности телемеханики и требования к системе передачи и хранения данных в данной области. Кроме того, исследование включает рассмотрение использования блокчейн-технологии для обеспечения безопасности и целостности данных, а также децентрализованное хранение данных с использованием IPFS протокола.

ABSTRACT

The paper presents an overview of existing approaches for building decentralised systems, and describes the features of telemechanics and the requirements for data transmission and storage system in this area. In addition, the study includes the consideration of the use of blockchain technology to ensure data security and integrity, as well as decentralized data storage using the IPFS protocol.

Ключевые слова: децентрализованная система, телемеханика, блокчейн, IPFS, безопасность, целостность, хранение данных.

Keywords: decentralised system, telematics, blockchain, IPFS, security, integrity, data storage.

Передача и хранение большого количества данных могут быть сложными процессами, особенно в условиях возможных отказов системы. Решением этой проблемы может быть использование децентрализованной системы передачи и хранения данных, которая обладает высокой отказоустойчивостью и безопасностью. Целью работы является рассмотрение архитектуры децентрализованной системы передачи и хранения данных, которая может обеспечить надежную и устойчивую работу в условиях большой нагрузки и возможных отказов системы.

В системе используют распределенные узлы для хранения и обработки данных, где каждый узел имеет равные функции и права, что позволяет системе продолжать работать в случае отказа одного или нескольких узлов. Данные распределены между несколькими узлами, и в случае отказа одного узла, другие узлы могут продолжать работать и обеспечивать доступ к данным.

Для повышения надежности системы могут использовать технологию блокчейна, основанную на хранении информации в виде блоков, содержащих уникальный код (хеш) и ссылку на предыдущий блок. Его можно использовать для управления правами доступа к данным в децентрализованной системе. В блокчейне каждый участник имеет свой уникальный идентификатор, и доступ к данным может быть разрешен только для определенных участников. Это позволяет контролировать доступ к данным и снизить риски возникновения социальной инженерии. Кроме того, возможно создание "умных контрактов" для автоматического выполнения условий, оговоренных в контракте. Например, умный контракт может автоматически удалять данные, если они были доступны для определенного участника только на определенный период времени. [1,2]

Для обеспечения высокой передачи данных необходимы соответствующие протоколы связи. Одним из самых распространенных протоколов связи является протокол TCP/IP, который используется для передачи данных через Интернет. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) обеспечивает надежную передачу данных, гарантируя, что данные будут доставлены без ошибок и в правильном порядке. Протокол IP (Internet Protocol) определяет адресацию и маршрутизацию пакетов данных. Кроме того, существуют специализированные протоколы связи, такие как протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), который оптимизирован для передачи сообщений в условиях ограниченной пропускной способности сети и может быть использован для передачи телеметрических данных. Другой пример – протокол LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), используется для передачи данных на расстоянии до нескольких километров, используя минимальное количество энергии. [3]

Поскольку система работает на распределенных узлах, необходимо балансировать нагрузку на каждом узле, чтобы избежать перегрузок и сбоев в работе системы. Для эффективного управления ресурсами возможно использование алгоритмов балансировки нагрузки, которые автоматически распределяют нагрузку на различные узлы системы, исходя из их текущей загрузки и доступных ресурсов. Такие алгоритмы могут помочь избежать перегрузок на отдельных узлах и обеспечить более эффективное использование ресурсов системы. Другой способ управления ресурсами – использование облачных технологий, которые позволяют выделить ресурсы на удаленных серверах. Это может быть полезно для систем, которые нуждаются в больших вычислительных мощностях или хранении больших объемов данных. Облачные технологии также позволяют масштабировать систему в зависимости от текущих потребностей, что может быть полезно для систем, в которых объемы данных могут изменяться со временем. Кроме того, важно управлять ресурсами системы с учетом их стоимости.

Управление сетевыми нагрузками является важным аспектом децентрализованной системы передачи и хранения телемеханики. Сетевые нагрузки могут возникать в результате большого количества запросов на доступ к данным или при передаче больших объемов информации между узлами системы. Для управления сетевыми нагрузками можно использовать различные технологии. Одна из таких технологий – кэширование данных, которое позволяет временно сохранять данные на локальных узлах, чтобы уменьшить нагрузку центрального сервера при запросах на доступ к данным. Другой способ управления сетевыми нагрузками – использование протоколов сжатия данных, которые позволяют уменьшить объем передаваемых данных при передаче больших объемов информации между узлами системы. Кроме того, можно использовать различные алгоритмы балансировки нагрузки, которые распределяют сетевую нагрузку на различные узлы системы в зависимости от их текущей загрузки и доступных ресурсов.

В децентрализованных системах передачи и хранения телемеханики энергосбережение является важным аспектом, который может существенно повлиять на экономическую эффективность системы. Ниже приведены некоторые эффективные методы энергосбережения, которые могут быть применены в таких системах.

Оптимизация алгоритмов обработки данных и аппаратного обеспечения может существенно снизить энергопотребление системы. Это может быть достигнуто путем минимизации объема передаваемых данных, оптимизации алгоритмов сжатия и декодирования данных, а также с помощью улучшения алгоритмов шифрования. Для питания узлов системы могут быть использованы возобновляемые источники энергии, позволяющие снизить зависимость системы от источников энергии с высоким уровнем выбросов углекислого газа. Оптимизация архитектуры системы может помочь снизить энергопотребление системы в виде использования меньшего количества узлов или укороченной длины сетевых кабелей.

Децентрализованные системы передачи и хранения данных используются для управления распределением электроэнергии и оптимизации энергопотребления. Например, система Grid+ использует блокчейн для оптимизации распределения энергии между потребителями и производителями энергии. Кроме того, возможно использование системы для управления транспортными средствами и оптимизации маршрутов. Также, системы используются для управления логистикой и отслеживания грузов. Проект Ambrosus использует блокчейн для отслеживания происхождения и качества продуктов, что помогает повысить прозрачность и доверие в цепочке поставок. Децентрализованные системы передачи и хранения данных используются для управления имуществом и обеспечения безопасности. Например, проекты Slock.it и SmartContract применяют блокчейн для управления доступом к арендованным объектам и управления умными контрактами. Также, возможно использование для управления медицинскими данными и обеспечения безопасности. Например, проект MedRec использует блокчейн для хранения медицинских данных и обеспечения их безопасности и конфиденциальности.

Преимуществами использования децентрализованной системы передачи и хранения информации являются: безопасность, в качестве использования блокчейна, который обеспечивает высокий уровень безопасности и надежности передачи данных; прозрачность для всех участников сети, позволяющая визуализировать все изменения и транзакции; эффективность, в виде снижения затраты на обслуживание инфраструктуры и повышении эффективности обработки данных; устойчивость к отказам и сбоям, так как данные хранятся на распределенных узлах; управление правами доступа при использовании блокчейна.

Недостатки использования децентрализованной системы передачи и хранения данных включают в себя: сложность внедрения, поскольку система требует высокой технической подготовки для развертывания и поддержки; низкую скорость в виде медленной обработки данных из-за операций для подтверждения транзакций; регулятивные риски; а также недостаток гибкости.

Таким образом, предложенная архитектура системы, которая включает в себя использование блокчейн-технологии для обеспечения безопасности и целостности данных, а также децентрализованное хранение данных с использованием IPFS протокола является наиболее перспективным решением в области развития телемеханики, поскольку обладает высокой степенью безопасности и целостности данных, а также позволяет обеспечить децентрализованное хранение данных, что повышает их доступность и надежность.

Список литературы:

1. Ямковой Н. С. Блокчейн технологии: разработка узла блокчейн // ТОГУ-Старт: фундаментальные и прикладные исследования молодых. – Хабаровск, 2022. – С. 294-303.
2. Сорокин А. А. Использование технологии распределенного реестра (блокчейн) в цивилистическом процессе и блокчейн-арбитраж // Правовое регулирование разумного потребления. Казань, 2019. – С. 174-175.
3. Сапелкин А. В., Воинов Н. В. Реализация распределенного протокола данных IPFS на клиентских устройствах // Современные технологии в теории и практике программирования (Санкт-Петербург, 19 апреля 2019) года. – СПб, 2019. – С. 234-235.