আইওটিতে ব্লকচেইন এবং এজ কম্পিউটিং এর একীকরণ: সার্ভে এবং বিশ্লেষণ

সূচিপত্র

1. ভূমিকা

ব্লকচেইন এবং এজ কম্পিউটিং এর একীকরণ ইন্টারনেট অফ থিংস (আইওটি) স্থাপত্যে একটি প্যারাডাইম শিফটের প্রতিনিধিত্ব করে। ঐতিহ্যগত ক্লাউড কম্পিউটিং আইওটি ডেটার বিস্ফোরক বৃদ্ধি পরিচালনায় উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়, বিশেষত স্মার্ট গ্রিড এবং ইন্টারনেট অফ ভেহিকলস (আইওভি) এর মতো রিয়েল-টাইম প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে। টেলিকমিউনিকেশনস ইন্ডাস্ট্রি অ্যাসোসিয়েশন ২০২২ সালের মধ্যে ২৯ বিলিয়ন সংযুক্ত ডিভাইসের পূর্বাভাস দিয়েছে, যার মধ্যে প্রায় ১৮ বিলিয়ন আইওটির সাথে সম্পর্কিত, যা বিতরণিত, নিরাপদ কম্পিউটিং সমাধানের জন্য অদৃষ্টপূর্ব চাহিদা সৃষ্টি করছে।

2. পটভূমি সংক্ষিপ্ত বিবরণ

2.1 ব্লকচেইন মৌলিক বিষয়

ব্লকচেইন প্রযুক্তি একটি বিকেন্দ্রীভূত লেজার সিস্টেম প্রদান করে যা পিয়ার-টু-পিয়ার নেটওয়ার্ক, ক্রিপ্টোগ্রাফি এবং বিতরণিত স্টোরেজ ব্যবহার করে বিকেন্দ্রীকরণ, স্বচ্ছতা, ট্রেসএবিলিটি, নিরাপত্তা এবং অপরিবর্তনীয়তা সহ মূল বৈশিষ্ট্যগুলি অর্জন করে। মৌলিক ব্লকচেইন কাঠামোটি হ্যাশ চেইন সূত্র দ্বারা উপস্থাপন করা যেতে পারে:

$H_i = hash(H_{i-1} || T_i || nonce)$

যেখানে $H_i$ হল বর্তমান ব্লক হ্যাশ, $H_{i-1}$ হল পূর্ববর্তী ব্লক হ্যাশ, $T_i$ লেনদেনগুলিকে প্রতিনিধিত্ব করে, এবং $nonce$ হল প্রুফ-অফ-ওয়ার্ক মান।

2.2 এজ কম্পিউটিং স্থাপত্য

এজ কম্পিউটিং ক্লাউডের ক্ষমতাগুলিকে নেটওয়ার্কের প্রান্তে প্রসারিত করে, বিতরণিত, কম-বিলম্বের কম্পিউটিং পরিষেবা প্রদান করে। স্থাপত্যে সাধারণত তিনটি স্তর থাকে: ক্লাউড স্তর, এজ স্তর এবং ডিভাইস স্তর। এজ নোডগুলি কৌশলগতভাবে ডেটা উত্সের কাছাকাছি অবস্থান করে, ক্লাউড কম্পিউটিংয়ে গড়ে ১০০-২০০ms থেকে এজ পরিবেশে ১০-২০ms এ বিলম্ব হ্রাস করে।

3. একীকরণ স্থাপত্য

সমন্বিত ব্লকচেইন এবং এজ কম্পিউটিং (আইবিইসি) স্থাপত্যে চারটি মূল উপাদান রয়েছে:

• ডিভাইস স্তর: আইওটি সেন্সর এবং অ্যাকচুয়েটর
• এজ স্তর: কম্পিউটিং ক্ষমতা সহ এজ নোড
• ব্লকচেইন স্তর: নিরাপত্তা এবং বিশ্বাসের জন্য বিতরণিত লেজার
• ক্লাউড স্তর: কেন্দ্রীভূত সম্পদ ব্যাকআপ এবং স্টোরেজ

এই শ্রেণীবদ্ধ স্থাপত্য দক্ষ ডেটা প্রক্রিয়াকরণ সক্ষম করার পাশাপাশি ব্লকচেইনের অপরিবর্তনীয় লেজারের মাধ্যমে নিরাপত্তা বজায় রাখে।

4. পারস্পরিক সুবিধা বিশ্লেষণ

4.1 এজ কম্পিউটিং এর জন্য ব্লকচেইন

ব্লকচেইন বেশ কয়েকটি প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এজ কম্পিউটিং এর নিরাপত্তা বাড়ায়। স্মার্ট চুক্তি স্বয়ংক্রিয় অ্যাক্সেস নিয়ন্ত্রণ এবং প্রমাণীকরণ সক্ষম করে। বিকেন্দ্রীভূত প্রকৃতি একক ব্যর্থতার বিন্দু রোধ করে, যা গুরুত্বপূর্ণ আইওটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। সম্পদ বরাদ্দ এবং টাস্ক অফলোডিং ব্লকচেইন-ভিত্তিক অ্যালগরিদমের মাধ্যমে পরিচালনা করা যেতে পারে, স্বচ্ছতা এবং ন্যায্যতা নিশ্চিত করে।

4.2 ব্লকচেইনের জন্য এজ কম্পিউটিং

এজ কম্পিউটিং ব্লকচেইন অপারেশনের জন্য বিতরণিত গণনাগত সম্পদ প্রদান করে। এজ ডিভাইসগুলি মাইনিং কার্যকলাপে অংশগ্রহণ করতে পারে, একটি আরও বিকেন্দ্রীভূত নেটওয়ার্ক তৈরি করে। ডেটা উত্সের নৈকট্য ব্লকচেইন লেনদেন প্রক্রিয়াকরণে বিলম্ব হ্রাস করে, বিশেষত রিয়েল-টাইম আইওটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ।

5. প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ এবং সমাধান

আইবিইসি সিস্টেমের মূল চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে রয়েছে:

• সম্পদ ব্যবস্থাপনা: সীমিত এজ ডিভাইস সম্পদের জন্য দক্ষ বরাদ্দ অ্যালগরিদম প্রয়োজন
• যৌথ অপ্টিমাইজেশন: ব্লকচেইন নিরাপত্তা প্রয়োজনীয়তার সাথে এজ কম্পিউটিং কর্মক্ষমতার ভারসাম্য বজায় রাখা
• ডেটা ব্যবস্থাপনা: ব্লকচেইন অখণ্ডতা বজায় রাখার সময় বিশাল আইওটি ডেটা স্ট্রিম পরিচালনা করা
• গণনা অফলোডিং: এজ এবং ক্লাউড সম্পদের মধ্যে গতিশীল টাস্ক বিতরণ
• নিরাপত্তা প্রক্রিয়া: বিতরণিত পরিবেশে আক্রমণ থেকে সুরক্ষা

6. পরীক্ষামূলক ফলাফল

পরীক্ষামূলক মূল্যায়নগুলি আইবিইসি সিস্টেমে উল্লেখযোগ্য উন্নতি প্রদর্শন করে। আইওভি পরিস্থিতিতে, একীভূত পদ্ধতিটি খাঁটি ক্লাউড সমাধানের তুলনায় গড় প্রতিক্রিয়া সময় ৪৫% হ্রাস করে। থ্রুপুট ৬০% বৃদ্ধি পায় যখন ঐতিহ্যগত ব্লকচেইন সিস্টেমের সমতুল্য নিরাপত্তা স্তর বজায় রাখে। নিম্নলিখিত কর্মক্ষমতা মেট্রিক্স পর্যবেক্ষণ করা হয়েছে:

নিরাপত্তা বিশ্লেষণে দেখা যায় যে আইবিইসি স্থাপত্য ৯৯.৮% ডেটা অখণ্ডতা বজায় রাখে যখন ঐতিহ্যগত ব্লকচেইন মাইনিং পদ্ধতির তুলনায় শক্তি খরচ ৩৫% হ্রাস করে।

7. কোড বাস্তবায়ন

নীচে আইবিইসি সিস্টেমে সম্পদ বরাদ্দের জন্য একটি সরলীকৃত স্মার্ট চুক্তির উদাহরণ রয়েছে:

pragma solidity ^0.8.0;

contract ResourceAllocation {
    struct EdgeNode {
        address nodeAddress;
        uint256 computingPower;
        uint256 storageCapacity;
        bool isAvailable;
    }
    
    mapping(address => EdgeNode) public edgeNodes;
    
    function registerNode(uint256 _computingPower, uint256 _storageCapacity) public {
        edgeNodes[msg.sender] = EdgeNode({
            nodeAddress: msg.sender,
            computingPower: _computingPower,
            storageCapacity: _storageCapacity,
            isAvailable: true
        });
    }
    
    function allocateTask(uint256 _requiredComputing, uint256 _requiredStorage) public view returns (address) {
        // সরলীকৃত টাস্ক বরাদ্দ অ্যালগরিদম
        for (uint i = 0; i < nodeCount; i++) {
            if (edgeNodes[nodeList[i]].computingPower >= _requiredComputing && 
                edgeNodes[nodeList[i]].storageCapacity >= _requiredStorage &&
                edgeNodes[nodeList[i]].isAvailable) {
                return edgeNodes[nodeList[i]].nodeAddress;
            }
        }
        return address(0);
    }
}

8. ভবিষ্যতের প্রয়োগ এবং দিকনির্দেশ

আইবিইসি প্যারাডাইম একাধিক ডোমেনে প্রতিশ্রুতিশীলতা দেখায়:

• স্মার্ট হেলথকেয়ার: এজ অবস্থানে নিরাপদ রোগীর ডেটা প্রক্রিয়াকরণ
• স্বায়ত্তশাসিত যানবাহন: যাচাইকৃত ডেটা অখণ্ডতা সহ রিয়েল-টাইম সিদ্ধান্ত গ্রহণ
• শিল্প আইওটি: শিল্প প্রক্রিয়াগুলির নিরাপদ নিরীক্ষণ এবং নিয়ন্ত্রণ
• স্মার্ট সিটি: বিতরণিত নগর ব্যবস্থাপনা সিস্টেম

ভবিষ্যতের গবেষণার দিকগুলির মধ্যে রয়েছে কোয়ান্টাম-প্রতিরোধী ব্লকচেইন অ্যালগরিদম, এআই-বর্ধিত সম্পদ ব্যবস্থাপনা এবং বহু-ডোমেন আইওটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ক্রস-চেইন আন্তঃপরিচালনযোগ্যতা।

9. মূল বিশ্লেষণ

ব্লকচেইন এবং এজ কম্পিউটিং এর একীকরণ একটি মৌলিক স্থাপত্যিক পরিবর্তনের প্রতিনিধিত্ব করে যা ঐতিহ্যগত ক্লাউড কম্পিউটিং এবং স্ট্যান্ডালোন এজ সিস্টেম উভয়েরই সমালোচনামূলক সীমাবদ্ধতাগুলি সমাধান করে। এই সমীক্ষা সম্পূর্ণরূপে পরীক্ষা করে যে কীভাবে এই প্রযুক্তিগুলি সমন্বয়মূলক সুবিধা তৈরি করে যা তাদের পৃথক ক্ষমতাকে ছাড়িয়ে যায়। যেমনভাবে সাইকেলজিএএন জোড়া উদাহরণ ছাড়াই দ্বি-দিকনির্দেশক ইমেজ অনুবাদ প্রদর্শন করেছিল, তেমনই আইবিইসি ফ্রেমওয়ার্ক দ্বি-দিকনির্দেশক নিরাপত্তা এবং কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি সক্ষম করে যা পূর্ববর্তী স্থাপত্যের সাথে অর্জনযোগ্য ছিল না।

একটি প্রযুক্তিগত দৃষ্টিকোণ থেকে, সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য অবদান হল ট্রাস্ট-কম্পিউটেশন ট্রেডঅফ সমাধানে যা বিতরণিত আইওটি সিস্টেমগুলিকে বিপর্যস্ত করেছে। ঐতিহ্যগত এজ কম্পিউটিং কর্মক্ষমতার জন্য কিছু নিরাপত্তা ত্যাগ করে, যখন খাঁটি ব্লকচেইন বাস্তবায়ন গণনাগত দক্ষতার বিনিময়ে নিরাপত্তাকে অগ্রাধিকার দেয়। এই সমীক্ষায় নথিভুক্ত হিসাবে, আইবিইসি পদ্ধতিটি প্রদর্শন করে যে সঠিকভাবে নকশাকৃত একীকরণ একই সাথে উভয় উদ্দেশ্য অর্জন করতে পারে। এটি IEEE কমিউনিকেশনস সার্ভে অ্যান্ড টিউটোরিয়ালসের ফলাফলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা জোর দেয় যে জটিল বিতরণিত সিস্টেমে হাইব্রিড স্থাপত্য প্রায়শই একক পদ্ধতিকে ছাড়িয়ে যায়।

সমীক্ষায় চিহ্নিত সম্পদ ব্যবস্থাপনা চ্যালেঞ্জগুলি ভবিষ্যতের গবেষণার জন্য একটি সমালোচনামূলক ক্ষেত্রকে হাইলাইট করে। এজ ইন্টেলিজেন্স বিষয়ে ACM কম্পিউটিং সার্ভে বিশেষ সংখ্যায় উল্লিখিত হিসাবে, এজ ডিভাইসগুলির বৈচিত্র্য অনন্য অপ্টিমাইজেশন সমস্যা তৈরি করে যা সমজাতীয় ক্লাউড পরিবেশে বিদ্যমান নেই। এই সমস্যাগুলির গাণিতিক গঠন প্রায়শই দ্বন্দ্বযুক্ত সীমাবদ্ধতা সহ বহু-উদ্দেশ্য অপ্টিমাইজেশন জড়িত, যেমন বিলম্ব কমানোর পাশাপাশি নিরাপত্তা সর্বাধিক করা। যৌথ অপ্টিমাইজেশন পদ্ধতিগুলির উপর সমীক্ষার আলোচনা এই জটিল সমস্যার স্থানে মূল্যবান অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে।

স্প্রিংগার এজ কম্পিউটিং কম্পিলেশনে আলোচিত অন্যান্য একীকরণ ফ্রেমওয়ার্কের তুলনায়, ব্লকচেইন-ভিত্তিক পদ্ধতি অডিটেবিলিটি এবং টেম্পার-প্রতিরোধে স্বতন্ত্র সুবিধা প্রদান করে। যাইহোক, সমীক্ষা সঠিকভাবে স্কেলেবিলিটিকে একটি অবশিষ্ট চ্যালেঞ্জ হিসাবে চিহ্নিত করে। ভবিষ্যতের কাজটি ইথেরিয়াম ২.০-এর জন্য বিকশিত হওয়ার মতো শার্ডিং কৌশলগুলি অন্বেষণ করা উচিত, যা সম্ভাব্যভাবে থ্রুপুট সীমাবদ্ধতাগুলি সমাধান করতে পারে যখন সেই নিরাপত্তা বৈশিষ্ট্যগুলি বজায় রাখে যা সমালোচনামূলক আইওটি অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ব্লকচেইনকে মূল্যবান করে তোলে।

প্রস্তুত পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি, ৪৫% বিলম্ব হ্রাস এবং ৩৫% শক্তি সঞ্চয় দেখায়, বাস্তব-বিশ্বের স্থাপনায় গৃহীতকরণ ত্বরান্বিত করতে পারে এমন মূর্ত সুবিধাগুলি প্রদর্শন করে। এই ফলাফলগুলি বিশেষত স্বায়ত্তশাসিত যানবাহন এবং শিল্প স্বয়ংক্রিয়করণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য প্রাসঙ্গিক, যেখানে কর্মক্ষমতা এবং নিরাপত্তা উভয়ই আলোচনার বাইরের প্রয়োজনীয়তা। যেহেতু আইওটি ইকোসিস্টেম অনুমানিত ২৯ বিলিয়ন সংযুক্ত ডিভাইসের দিকে প্রসারিত হতে থাকে, ভবিষ্যতের সংযুক্ত সিস্টেমগুলির স্কেল এবং জটিলতা পরিচালনার জন্য আইবিইসির মতো স্থাপত্য ক্রমবর্ধমানভাবে অপরিহার্য হয়ে উঠবে।

10. তথ্যসূত্র

1. টেলিকমিউনিকেশনস ইন্ডাস্ট্রি অ্যাসোসিয়েশন। "গ্লোবাল নেটওয়ার্ক ডিভাইস ফোরকাস্ট ২০২২।" TIA, ২০২০।
2. এম. সত্যনারায়ণন। "দি এমার্জেন্স অফ এজ কম্পিউটিং।" কম্পিউটার, ৫০(১):৩০-৩৯, ২০১৭।
3. এস. নাকামোতো। "বিটকয়েন: আ পিয়ার-টু-পিয়ার ইলেকট্রনিক ক্যাশ সিস্টেম।" ২০০৮।
4. ডব্লিউ. ওয়াং এট আল। "এ সার্ভে অন কনসেনসাস মেকানিজমস অ্যান্ড মাইনিং স্ট্র্যাটেজি ইন ব্লকচেইন।" IEEE অ্যাক্সেস, ২০২০।
5. ওয়াই. সি. হু এট আল। "ইন্টারনেট অফ থিংসের জন্য এজ কম্পিউটিং: একটি সমীক্ষা।" ACM কম্পিউটিং সার্ভে, ২০২১।
6. জেড. ঝোউ এট আল। "এজ ইন্টেলিজেন্স: পেভিং দ্য লাস্ট মাইল অফ আর্টিফিশিয়াল ইন্টেলিজেন্স উইথ এজ কম্পিউটিং।" প্রসিডিংস অফ দি IEEE, ২০২০।
7. IEEE কমিউনিকেশনস সার্ভে অ্যান্ড টিউটোরিয়ালস। "আইওটি সিকিউরিটির জন্য ব্লকচেইন।" ভলিউম ২৩, নং ১, ২০২১।
8. ACM কম্পিউটিং সার্ভে। "এজ ইন্টেলিজেন্স অ্যান্ড ব্লকচেইন।" ভলিউম ৫৪, নং ৮, ২০২২।