30879960 geospatial-system-on-cloud-computing

1

นาย ชยภทร เน�องคามา

Geospatial System on Cloud Computing

1. บทนา

Cloud Computing (การประมวลผลแบบกอนเมฆ ) คอ ระบบคอมพวเตอรท�มการประมวลผลอยในระบบอนเทอรเนต บนรปแบบของโครงสรางการประมวลผลขนาดใหญท�ทางานรวมกน มการ แบงปนทรพยากรในการประมวลผลร วมกนบนเครอขายอนเตอรเนต ราวกบวาเปนหนวยประมวลผล เดยวกน ปจจบนมการใหนยามจากผพฒนาแนวคดนไดแก< บรษท Gartner ไดใหนยามวา “Cloud computing is a style of computing where massively scalable IT-related capabilities are provided ‘as a service’ across the Internet to multiple external customers” หรอ ระบบการประมวลผลแบบกลมเมฆคอ แนวทางการประมวลผลท�พลงของโครงสรางทางไอทขนาดใหญท�ขยายตวไดถกนาเสนอยงลกคาภายนอกจานวนมหาศาลในรปแบบของบรการ ฟอเรสเตอรกรป ไดนยามวา “Cloud computing: A pool of abstracted, highly scalable,and managed infrastructure capable of hosting end-customer applications and billed by consumption” หรอ กลมของโครงสรางพนฐานท�ถกบรหารจดการและขยายตวไดอยางมาก ซ� งมขดความสามารถใน <การรองรบโปรแกรมประยกตตา งๆของผใชและเกบคาบรการตามการใชงาน Cloud Computing เปนเทคโนโลยท�พฒนาขนมาเพ�อตอบสนองรปแบบการทางานและการใช<งานระบบสารสนเทศผานเครอขายอนเตอรเนต โดยเนนไปท�การจดทาระบบประมวลผลและโครงสราง พนฐานคอมพวเตอรขนาดใหญเพ�อรองรบการใชงานของผ < ใชจานวนมากผานโปรแกรมประยกตท�ทางานแบบ SAAS ผใชงาน Cloud Computing ไมจาเปนท�ตองรบภาระการดาเนนการจดทาระบบคอมพวเตอร หรอการขยายระบบเม�อองคกรมจานวนผใชมากขน และจายคาบรการการใชหนวย< ประมวลผลตามการใชงานจรง ซ� งจะทาใหลดตนทนการลงทนในสวนของคอมพวเตอรประมวลผลและคาบารงรกษา แนวคด Cloud Computing น< เปรยบเสมอนกบการบรการไฟฟา โดยมองการบรการประมวลผลดวยคอมพวเตอรเปนเหมอนโครงสรางสาธารณปโภคพนฐานท� < องคกรหรอหนวยงานสามารถใชงานไดโดยไมมขอบเขต

2


2. Architectural layers of Cloud Computing

รปแบบการทางานของ Cloud Computing นนคลายคลงกบระบบ < GRID Computing บนเทคโนโลย virtualization แตแตกตางกนตรงท�มการออกแบบและพฒนา API รวมถงรายละเอยดของโปรโตคอลและการเช�อมโยงการทางานใหมใหยดหยนและเหมาะกบกจกรรมทางธรกจมาก ขน< โดย Cloud Computing นนเปนการทางานรวมกนเพ�อนาเอาความสามารถของระบบประมวลผลมหาศาลมา< ใชงาน โดยไมจาเปนท�ตองม ชนดและประเภทของ hardware และระบบปฏบตการท�เหมอนกน

สามารถจาแนกชนดของ Cloud Computing ออกไดเปน 3 ประเภทใหญตามรปแบบการบรการไดแก 1. Public Clouds : เปนระบบบรการท�ทวไปเนนไปท�การทางานแบบไมเฉพาะเจาะจง � เพ�อบรการลกคาจานวนมาก ราคาไมแพงผใชทวไปสามารถเขาถงได � 2. Private clouds : เปนระบบท�มความเฉพาะเพ�อทางานสาหรบลกคา โดยเช�อมตอการทางานโดยตรงผาน Cloud Provider มระบบการจดการขอมล การรกษาความปลอดภยท�ด 3. Hybrid Clouds: เปนระบบแบบเช�อมประสานการทางานของทง < Public Clouds และ Private clouds สามารถสงตอขอมลและคาสง � ขามระหวาง Application ของ Public Cloud และ Private Cloud ได

สามารถจาแนกชน< (Layers) ของการทางานบน Cloud Computing ออกไดเปนดงน<

3


1. SaaS คอ Cloud Application Layer สวนท�นาขอมลจากระบบมาทาการประมวลผลตามคารองขอผานโปรแกรมประยกต โดยสวนนจะเปนสวนตดตอระหวางผใชกบ < cloud computing โดยทางานในลกษณะเวบแอปพลเคช�น ซ� งไมจาเปนตองตดตงโปรแกรม < ตวอยางเชน Hotmail, Gmail, Google Doc, Google Fusion Table, SalesForce, Twitter 2. Paas คอสวน Cloud Software Environment layer ใหบรการสงแวดลอม เคร�องมอ�สาหรบการพฒนา โปรแกรมประยกตบน cloud computing เชน Google App Engine,Heroku,Mosso,Engine Yard,Joyent,force.com(Sale force platform) 3. IaaS คอ Cloud Software Infrastructure layer สาหรบการสรางระบบ ใชงานแบบ Virtual Machines(VMs) มบรการตางๆสนบสนนการทางานครบถวน เชน Amazon Elastic Compute Cloud(EC2) , SunGrid, Gogrid 4. DaaS คอระบบจดเกบขอมล Data storage ท�ขนาดใหญไมจากด รองรบการสบคน และการจดการขอมลขนสง< เชน Amazon’s S3 5. CaaS คอสวนของ Composite Service ท�ทาหนาท�รวมโปรแกรมประยกต หรอจดลาดบการเช�อมโยงแบบ workflow ขาม network รวมถงการจดการดานความปลอดภย เชน Microsoft Connected Service Framework (CSF)

4. Benefit of cloud

1. Could Computing สามารถเพม � scalability ของระบบ โดยซอนความยงยากของการจดการ ระบบไว ลดภาระการลงทนและการบารงรกษาระบบคอมพวเตอรขนาดใหญ 2. งายตอ ผพฒนาลดการปรบแตงระบบ การขยายระบบและการทา load balancing หรอ distributed computing/database 3. Cloud Computing สนบสนนใหเกดโมเดล SaaS ซ�งเปนการเปล�ยนแนวคดของธรกจซอฟตแวรคอมพวเตอร ใหไปอยในรปการขายบรการ เนนไปท�การจายเงนตามการ ใชงานจรง

4


4. สะดวกและงายตอการเปล�ยนแปลง มความยดหยนการปรบเปล�ยนระบบคอมพวเตอรของ องคกร 5. ลดตนทนคาการตดตงและบารงรกษาระบบคอมพวเตอรประมวลผลสมรรถนะสง < 6. ลดภาระการดแลระบบ การรกษาความปลอดภย โดยผใชสามารถปลอยภาระนกบ <ผเช�ยวชาญในการจดการเร�องนผานระบบจดการ < cloud computing 7. เพมประสทธภาพในการประมวลผลของโปรแกรมประยกต ทาใหโปรแกรมท�มการ�ประมวลผลและคานวณซบซอนสามารถทางานไดเสรจในชวงวนาท เน�องจาก Cloud Computing มหนวยประมวลผลมหาศาลท�รองรบการใชงา น ดงนนโปรแก< รมสามารถทางานท�ซบซอนไดบนเคร�องคอมพวเตอรลกขายท�มทรพยาก รนอยโดยสงคาสงมาประมวลผลบน � cloud computing ผานเครอขาย อนเตอรเนต เชน โทรศพทมอถอ , เคร�องเลนเกม และ netbook

5. Cloud Computing กบระบบ GIS

GIS เปนระบบสารสนเทศอกประเภทท�ซอฟตแวรตองการการประมวลผลแบบขนสง และ<ตองการเคร�องคอมพวเตอรสมรรถนะสงมาทาการประมวลผลและใชในการวเคราะหขอมลเชงพนท�ท�ม<จานวนมากและมความสมพนธท�ซบซอน cloud computing จงเปนอกเทคโนโลยท�เขามาเตมเตมในเร�องน ปจจบนมบรษทผพฒนาโปรแก< รมภมสารสนเทศ (GIS) ไดเรมปรบเปล�ยนโมเดลธกจของการ� ขายซอฟตแวร GIS โดยพฒนาโปรแกรม GIS ใหอยในรปแบบ SaaS และเนนไปท�การประมวลผลเชงขนาน เพ�อเพมประสทธภาพในการประมวลผลเชงตาแหนงท�มภาระงานมากและซบซอน � , ลดการตดตงและบารงรกษาซอฟตแวร โด< ยซอฟตแวร GIS ยคใหมจะทางานผานเวบแอปพลเคช �น รปแบบการจายคาบรการกจะเปนไปตามการใชงานจรงและตามความตองการใชงานของผใช ทาใหตนทนตอ หนวยของซอฟตแวรมราคาถกลง เน�องจากผใชไมจาเปนท�จะตองซอซอฟตแวรขนาดใหญ ในกรณท�ใช <งานเพยงฟงกช �นเบองตนไมมากนก < ปจจบนซอฟตแวร GIS ท�มฟงกชน � Geo Processing และ Geo Analysis ไดมการพฒนาในรปแบบ SaaS (Software as a Service) รองรบการประมวลผลขอมลเชงพนท�แบบออนไลน < (Online GeoProcessing Service) และสนนสนนการทางานแบบ Internet GIS หรอ WebGIS เพ�อปลอยออกมาใหองคกรและผใชไดรบบรการ โดยอาศยการทางานบนระบบ Cloud Computing ท�มใหบรการในรปแบบ PaaS (Platform as a Service) และ IaaS (Infrastructure as a Service) เชน Amazon S3, Amazon EC2, Gogrid, Google App Engine, Azure Services Platform เปนตน รวมไปถงการพฒนารปแบบการบรการของซอฟตแวรเพ�อรองรบการทางานของระบบภมสารสนเทศผานเวบเซอรวสแบบ

5


สถาปตยกรรมบรการ(Service Orientation Architecture, SOA) บนบรการ Cloud Computing แบบ CaaS (Composite as a Service) ซ� งจะทาใหการพฒนาระบบภมสารสนเทศในองคกรมรปแบบท�เปล�ยนไป กลาวคอมความยดหยนและเพมประสทธภาพการทางาน รวมถงการเพมขดความสามารถใน � �การเช�อมโยงระบบภมสารสนเทศและระบบสารสนเทศในองคกรใหสามารถหลอมรวมเปนเนอ<เดยวกนไดอยางลงตว นอกจากนยงเปนการเพมประสทธภา< � พในการประมวลผลขอมลเชงพนท�ท�มความซบซอนและ<มขนาดของขอมลจานวนมหาศาลเชน การประมวลผลขอมลพนผวแบบสามมต < , การประมวลผลขอมลจาก Lidar และอ�นๆ รวมถงการนาระบบ cloud computing เช�อมโยงการทางานกบฐานขอมลเชงพนท� <(Spatial Database) เชน Oracal spatial และ Oracle GeoRaster, Microsoft SQL Server 2008 ท�รองรบ Spatial SQL Azure โดยเทคโนโลย Cloud Computing นไดมการนามาปฏบตอยางเปนรปธรรมแลว ทง< <ในดานงานวจยและพฒนา ตลอดจนถงการออกเปนผลตภณฑตวอยางเชนดงตอไปน < 5.1 ARCGIS Server on the Cloud

บรษท ESRI ออกผลตภณฑใหมบน ArcGIS 10 ซ� งเปนการผนวกรวมซอฟตแวร ArcGIS ในรปแบบ SaaS ใน IaaS ของ Amazon Cloud Computing บน Amazon Independent Software Vendor ผใชสามารถนาฟเจอรของ ArcGIS มาพฒนาระบบภมสารสนเทศผาน AWS AMIS (Windows Server AMI)

ผใชสามารถใชงาน ARCGIS Server ผาน AMIS โดยการประมวลผลจะอยบน Cloud Computing ผใชท�มบญชการใชงาน Amazon Cloud Computing กสามารถใชงานได โดยขอมลสามารถจดเกบบน Cloud Storage Amazon S3 การใชงานและการจายคาซอฟตแวรอยในรป แบบ on demand ทดลองใชงานท� Arcgis.com

6


ตวอยางสถาปตยกรรมของระบบ

ตวอยางซอฟตแวร ArcGIS ท�ทางานผานเวบแอปพลเคช �น

7


ตวอยาง ARC Catalog สาหรบการเลอก Map Project บน Storage

5.2 Autodesk on Cloud

บรษท Autodesk ออกโปรเจคนารองการพฒนาซ อฟตแวรภมสารสนเทศแบบ SaaS ในช�อ Butterfly Project โดยใช PaaS ของ Amazon Cloud Computing (EC2 และ S3) เนนไปท�การทา Spatial Digitization แบบเดยวกบโปรแกรม AutoDesk Map สามารถเรยกไฟลขอมลท�เกบบน S3 มาใชในการสรางแผนท� รวมไปถงการซอนทบขอมลแผนท�จากภาพถายดาวเทยม และแผนท�จากระบบ Google Map Service โปรแกรมทางานแบบเวบแอปพลเคช�น บนโปรแกรมประยกตท�พฒนาจาก Flash Technology ทดลองใชงานไดท� http://butterfly.autodesk.com/index.html

8


ตวอยางการเรมตนใชงาน � โปรแกรม AutoCad Map

ทดลองดจไทลแปลงท�ดน โดยสามารถบนทกไฟลในรปแบบ dwg บน Cloud Storage

9


ดจไทลขอมลอาคารและสนามกฬาจากภาพถายดาวเทยมจากระบบ Google Map Service 5.3 WeoGEO +FME Server on the Cloud

WeoGeo เปน Spatial Content Management ท�บรการเร�องการ จดเกบ จดการและจาหนายขอมลเชงตาแหนงแบบออนไลนผานอนเตอรเนต โดยมการบรการไลบาร�สาหรบการแสดงผล และประมวลผลขอมลเชงตาแหนงเชน LibraryTM internet-based service ปจจบน WeoGeo รองรบการทางานบน cloud computing environment บน Amazon Web Services (AWS) และรวมตวกบระบบประมวลผลและวเคราะหขอมลเชงพนท� < FME Server และ spatial ETL

5.4 Spatial Cloud Computing (SC2) Spatial Cloud Computing (SC2) เปน Spatial platform ท�รองรบการทางานบน Cloud Computing เนนไปท�การจดการขอมลเชงพนท� การวเคราะหและประมวลผลขอมล < แบบ SaaS ทางานรวมกบโมดล Business systems integration ในรปแบบ Geo portal ซ�งรองรบการทางานแบบโปรแกรม GIS ทวไปแต� สามารถทางานไดบนเวปเบราเซอร โดย SaaS ทางานบน IaaS ของ Amazon's Elastic Compute Cloud (EC2)

10


ตวอยางการนาเขาขอมลอาคาร

5.5 GIS Cloud GIS Cloud เปนการพฒนาซอฟตแวร GIS ในรปแบบของ SaaS ทางานบน Cloud Computing รองรบงานดานการแกไข นาเขาขอมล ภมสารสนเทศ ,การวเคราะหและการประมวลผลเชงพนท� รวมถงการจดทาแผนท�และการสรางขอมลเชงบรรยาย< โดยคดคาบรการในลกษณะ pay-per-use ม

11


รปแบบการทางานบน Restful API ,รองรบการประมวลผลขอมลออนไลน และสามารถสนบสนนการทางานบน Iphone และ Ipad ได

หนาตา งควบคมการทางานของระบบ

การแกไขขอมล และการนาเขาขอมล

12


6. การทดลองพฒนาระบบ Spatial Caching on Cloud Computing

6.1 เปาหมาย 1. เรยนรการทางานของระบบ CloudComputing เชนการจดการขอมล , การประมวลผลขอมล เปนตน 2. พฒนาซอฟตแวร จดการขอมลภมสารสนเทศทางานในรปแบบ SaaS บน Cloud Computing 6.2 การทดลอง ศกษาพฒนาระบบบรการขอมลภาพถายดาวเทยมรายละเอยดสงผานอนเตอรเนต โดย ใชเทคนค Spatial Caching รวมกบเทคนค Multi tile Service บนระบบ Cloud Computing ของ Google App Engine (Google Cloud Computing Platform) โดยทาการจดเกบขอมลดชนเชงตาแหนงใน รปแบบกรด MBR และตาแหนงของ Sensor บน Bigtable (Cloud Database) รวมถงการสราง Caching File ในรปแบบ BitMap และ upload ไปจดเกบบน Cloud Storage แบบ GFS (Google File System)

6.3 ขนตอนการพฒน< า 1. ตดตงชดพฒนาซอฟตแวรและชดสภาวะแวดลอม < GAE Python SDK ทางานรวมกบตวประมวลผลภาษา Python บนเคร�องคอมพวเตอร 2. ออกแบบระบบ ระบบจะทาการบรการขอมลแผนท�ภาพถายดาวเทยมรายละเอยดสงในรปแบบ WMST โดยขอมลภาพจะถกทาดชนและจดเกบบนคลงภาพ โดยเม�อโปรแกรมประยกตรองขอขอมลภาพแผนท�มายงแมขาย Spatial-Cache Engine จะทาการสงภาพท�แบงเปน Tile ยอยไปยงโปรแกรมลกคาย และทาการบนทกภาพท�ถกแบงและบบอดเปนภาพ Jpeg พรอมดชนเชงตาแหนงลงบน Google Cloud ในกรณท�เกดการรองขอแผนท�ภาพคร < งใหม Spatial-Cache Engine จะทาการตรวจเชคดชนและ Caching ID บน Google Cloud ถามการสราง Caching แลวกจะทาการสงภาพ ผลลพธไปยงโปรแกรมปลายทางทนท โดยไมตองทาการเรยกอานและคนหาขอมลดบ GeoRefencing Image บนคลงภาพอก ซ� งลดเวลาในการทางานลง โดยขอมลแผนท�จะแสดงบนระบบพกดอางองแบบ Spherical Mercator ปจจบนทดสอบการทางานของ Tiles Image บน Cloud computing จานวน 4000 ภาพ

13


รปแบบการออกแบบ Tile Coordinates และ Caching Index

ภาพสถาปตยกรรมระบบ

14


3. พฒนาโคดการทางาน ในรปแบบ OOP สราง Class ตางๆท�ใชใน Spatial Cache Management

4. Deploy Code บน Google Cloud Environment

5. การควบคมการทางานและการประมวลผลบน Cloud Computing 5.1 ตรวจสอบการทางานและการเรยกใชงาน CPU บนหนวยประมวลผลของ Google

15


ภาพแสดง ตวอยางการใชงาน CPU บน Cloud Computing

การ Query Processing บนตารางฐานขอมล Tile Storage บน BigTable ของ Google Cloud Computing

16


ตวอยางรายละเอยดการจดเกบ Blob บนฐานขอมล

ทดสอบการทางานของ Spatial Cache Management API เพ�อเขาถงภาพถายดาวเทยม

6. พฒนาโปรแกรมประยกตเพ�อทดสอบการทางาน โดยใชเทคนคของ Multi Proxy Server สาหรบการเขาถงขอมลบน Cloud Computing โดยพฒนาโปรแกรมเพมเตมจาก � Open layers library

17


7. สรปผล ในอนาคต Cloud Computing จะเขามามบทบาทในระบบสารสนเทศ โดยจะเขามาเพม�ประสทธภาพและศกยภาพของระบบภมสารสนเทศ ดวยซอฟตแวรท�ทางานในรปแบบ SaaS โดยการพฒนาจะควบคไปกบการสรางโครงขายอนเตอรเนตความเรวสง เพ�อรองรบการทางานในลกษณะน <

8. อางองจาก

1. http://news.gislounge.com/2010/04/“how-will-gis-companies-weather-the-cloud-computing-storm”/ 2. http://joesonic.com/blog/2010/03/21/cloud-computing-the-new-gis-trend-online-version-of-arcgis-coming-soon/ 3. http://www.esri.com/news/releases/10_1qtr/amazon.html 4. http://www.esri.com/news/arcwatch/0110/feature.html 5. Full Paper for the UKUUG Spring 2009 Conference “Instant Cloud Computing with openORM” by Mattias Rechenburg 6. White Paper “A New Paradigm for Geographic Information Services”

http://pkgeoweb.appspot.com/c1/tile_2.py




18


7. http://pragmaticgeographer.blogspot.com/2008/10/gis-in-cloud.html 8. http://www.esri.com/news/arcuser/1009/cloudcomputing.html 9. http://www.giscloud.com/about/gis-cloud-vs-traditional-gis/ 10. http://en.wikipedia.org/wiki/Software_as_a_service 11. http://www.vector1media.com/vectorone/?p=624 12. http://www.skeinc.com/pages/SC2/SKE_SC2_White_Paper.pdf 13. http://www.pbinsight.com/files/resource-library/resource-files/pbbi-gisplugsin-wp-4-13.pdf 14. http://whitepapers.virtualprivatelibrary.net/Grid%20Resources.pdf 15. http://www.slideshare.net/geocommunitylive/tim-warr-cloud-computing-and-gis-all-hype-or-something-useful 16. http://www.davidchappell.com/CloudPlatforms--Chappell.pdf 17. http://www.isprs.org/proceedings/XXXVIII/7-C4/126_GSEM2009.pdf 18. http://www.springerlink.com/content/j27037741134r8w8/

Documents

30879960 geospatial-system-on-cloud-computing