fog computing2016

Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação (PPGCC)Departamento de Informática e Estatística (INE)Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)

Seccom-2016

Prof. Mario A. R. Dantas

Fog Computing: Um Novo Paradigma Computacional?

[email protected]

03/10/16 Fog Computing: Um Novo Paradigma Computacional? 2

AGENDA

> Motivação

> Conceitos

> Visões do Paradigma de Fog

> Exemplos de Estudos de Casos

> Considerações


AGENDA

> Motivação

> Conceitos



> Considerações


Estudos recentes de grandes corporações de TI, como por exemplo, Cisco [1] e IBM [2], indicam que diariamente são gerados 2.5 exabytes de bytes de dados por dia.

Estima-se que em 2020 esse número atinja a casa dos 40 yottabytes, o que significa aproximadamente 5.200 gigabytes para cada pessoa na terra.

Motivação


Esta grande quantidade de informação deverá ter uma parcela majoritariamente originada da abordagem Internet das Coisas (Internet of Things - IoT).

Motivação


A motivação para a palestra é abordar os desafios relativos ao IoT, processamento paralelo e distribuído, armazenamento e big data sob um prisma, de uma nova abordagem com um desempenho diferenciado local, denominada de fog computing.

A ideia é apresentar algumas visões da novo paradigma e o diferencial da abordagem de fog computing com relação a outros paradigmas como cluster, grid e cloud computing.

Motivação


Our goal is to develop, implement, deploy, and evaluate mechanisms and policies that support High Throughput Computing (HTC) on large collections of distributively owned computing resources.

Guided by both the technological and sociological challenges of such a computing environment, the Center for High Throughput Computing at UW-Madison has been building the open source HTCondor distributed computing software (pronounced "aitch-tee-condor") and related technologies to enable scientists and engineers to increase their computing throughput. [3]

HTCondor

Motivação

Do início dos anos 90 até hoje…….


AGENDA

> Motivação

> Conceitos



> Considerações


Cluster Computing

Um cluster computacional consiste em conjunto de computadores fortemente, ou fracamente, acoplados, de uma única organização, ligados que trabalham em conjunto para muitas aplicações possam ser executadas, sob uma abordagem de uma visão única de sistema computacional.


Grid Computing

Computação em GRID é um modelo computacional onde organizações criam ambientes denominados de virtual organizations (VO) que provêm recursos computacionais de alto desempenho para os usuários das organizações participantes compartilhando esses recursos de forma cooperada.

Este tipo de abordagem computacional é muito característico entre organizações orientadas a pesquisas e indústrias de ponta em termos tecnológicos.


Exemplos de Ambientes de Grid


Exemplos de Ambientes de Software de Grid


Cloud Computing

Cloud computing is a model [4]

> for enabling ubiquitous, convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications, and services)

> that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction.


This cloud model is composed of [4]:

five essential characteristics; three service models; and four deployment models.

Cloud Computing


Essential characteristics [4]:

1) On-demand self-service;

2) Broad network access;

3) Resource pooling;

4) Rapid elasticity;

5) Measured service.

Cloud Computing


Service Model [4]:

1) SaaS (Software as a Service);

2) PaaS (Plataform as a Service);

3) IaaS (Infrastructure as a Service).

Cloud Computing


Deployment Models [4]:

1) Private cloud. The cloud infrastructure is provisioned for exclusive use by a single organization

2) Community cloud. The cloud infrastructure is provisioned for exclusive use by a specific community of consumers

3) Public cloud. The cloud infrastructure is provisioned for open use by the general public

4) Hybrid cloud. The cloud infrastructure is a composition of two or more distinct cloud infrastructures

Cloud Computing


Cloud Computing

Fonte: [4]


Cloud Computing


But, does the cloud approach have any challenge?


But, does the cloud approach have any challenge?

Essential characteristics Examples to remember 1) On-demand self-service; Self-service restaurant queues; 2) Broad network access; Different roads from different states/provinces/countries; 3) Resource pooling; Shared or distributed memory; 4) Rapid elasticity; EURO monetary elasticity; 5) Measured service. bills never delay.


> Interoperability: Lack of (or to many) standards; > Human Resources: Small number of people with real good knowledge of distributed systems; > Security : . Byzantines attacks; . not yet known...... (e.g. Cyber attacks such as Stuxnet and flame)


A Internet das Coisas (Internet of Things - IoT) é uma abordagem tecnológica que visa conectar dispositivos eletrônicos utilizados no dia-a-dia, tais como os como aparelhos eletrodomésticos, eletroportáteis, máquinas industriais, meios de transporte à Internet.

IoT é um sistema onde dispositivos são interligados computacionalmente, sem a necessidade de humanos, ou seja máquinas mecânicas e digitais, objetos, animais ou pessoas possuem identificadores únicos e a capacidade de transferir dados através de uma rede.

IoT


The Internet of Everything is a $19 trillion global opportunity over the next decade: Private-sector firms can create as much as $14.4 trillion of value while cities, governments and other public-sector organizations can create $4.6 trillion. (Cisco, [5])

IoE em português seria a Internet de Todas as Coisas.

IoE


AGENDA

> Motivação

> Conceitos



> Considerações


Visões de Fog Computing

Dresden – TU - Germany [6]

Fog Computing is a new reference architecture for sensor networks at the edge of the cloud. Its basic idea is to process data locally, in complex sensor nodes, gateways and routers, before moving them into the cloud. Thereby, it protects privacy by default, and delivers speed (low latency, high bandwidth).

Its business perspectives for Germany are tremendous, because starting from the sensor markets, Germany companies can try to penetrate into the future cloud markets. And combined with LED-based transmission of data (LiFi), it will also result in highly energy-efficient infrastructures for Industry 4.0, smart homes and smart environments.


University of Alcala – Spain [7]

Fog computing or fog networking, also known as fogging, is an architecture that uses one or a collaborative multitude of end-user clients or near-user edge devices to carry out a substantial amount of storage (rather than stored primarily in cloud data centers), communication (rather than routed over the internet backbone), and control, configuration, measurement and management (rather than controlled primarily by network gateways such as those in the LTE core network).



Trabalhos de pesquisa

> Fog computing and its role in the internet of things [8]

> Fog computing: Mitigating insider data theft attacks in the cloud [9]

> Fog computing: A platform for internet of things and analytics [10]> Finding your way in the fog: Towards a comprehensive definition of fog computing [11]

Visões de Pesquisas em Fog Computing


Trabalhos de pesquisa

> Improving web sites performance using edge servers in fog computing architecture [12]

> Reliability in the utility computing era: Towards reliable fog computing [13]

> Fog computing and smart gateway based communication for cloud of things [14]

> Fog computing: Focusing on mobile users at the edge [15]

Visões de Pesquisas em Fog Computing



Tendências de mercado:

Importante entender o que verifica-se no mercado e como asaplicações estão sendo processadas.


A abordagem big data considera cinco parâmetros:

- Volume- Velocidade- Variedade- Veracidade- Valor

Será que temos como garantir, por exemplo, velocidade sobum determinado período especifico (time constraint)?


Fonte: [16]


#Beer-Storage-Professional-A

#Beer-Storage-Casa

#Beer-Consulta


Como as informações estão sendo armazenadas?


Elementos de armazenamento distribuído e/ou paralelo


AGENDA

> Motivação

> Conceitos



> Considerações


https://fogproject.org/

The FOG Project Computer cloning and management

Estudo de Caso 1


Estudo de Caso 2

Estudo de Caso 3


Estudo de Caso - Ambient Assisted Living [17]


Estudo de Caso - Data Compression and Security [18]


AGENDA

> Motivação

> Conceitos



> Considerações


A abordagem de Fog Computing deve ser entendida como uma redefinição escalar do paradigma de Cloud computing.


A abordagem está relacionada com algumas tecnologias:

IoT : Coisas

IoE : Pessoas, Dados, Processos e Coisas

Redes de sensores: de ambiente e bio-médicos

Redes de alto desempenho: SDN


A abordagem está relacionada com algumas tecnologias:

Abordagens de armazenamendo de alto desempenho;

Paradigmas de orientação a contexto: volume de dados e segurança.


Respondendo a dúvida:

- Fog Computing é um novo paradigma computacional?

Não: se considerarmos com um ambiente de pré-processamento para as Clouds;

SIM: se considerarmos a multidisciplinaridade envolvida nos ambientes de IoT e IoE.


Referências

[1] Bringing Big data to the Enterprise,” http://www 01.ibm.com/software/in/data/bigdata, acessado em Outubro de 2016.

[2] R. Pepper and J. Garrity, “The Internet of Everything: How the Network Unleashes the Benefits of Big Data,” Global Information Technology Report, Cisco, 2014, pp. 35–42; http://blogs.cisco.com/wp-content/uploads/GITR-2014-Cisco-Chapter.pdf.

[3] HTCondor, https://research.cs.wisc.edu/htcondor/, acessado em Outubro de 2016.

[4] NIST, https://www.nist.gov/, acessado em Outubro de 2016.

[5] Cisco, http://ioeassessment.cisco.com/, acessado em Outubro de 2016.

[6] Aßmann, Uwe, http://www1.inf.tu-dresden.de/~ua1/Talks/Talk-Overview-By-Years.html, acessado em 10/2016.

http://www/

http://www/

http://www/

https://research.cs.wisc.edu/htcondor/



https://www.nist.gov/

https://www.nist.gov/

http://ioeassessment.cisco.com/

http://ioeassessment.cisco.com/


Referências

[7] Charles C. Byers, Patrick Wetterwald, Fog Computing Distributing Data and Intelligence for Resiliency and Scale Necessary for IoT The Internet of Things (Ubiquity symposium), Ubiquity, Volume 2015 Issue November, November 2015, http://ubiquity.acm.org/article.cfm?id=2822875.

[8] F Bonomi, R Milito, J Zhu, Fog computing and its role in the internet of thingsS Addepalli - … on Mobile cloud computing, 2012 – dl.acm.org

[9] SJ Stolfo, MB Salem, Fog computing: Mitigating insider data theft attacks in the cloud- Security and Privacy …, 2012 – ieeexplore.ieee.org

[10] F Bonomi, R Milito, P Natarajan, J Zhu, Fog computing: A platform for internet of things and analytics - Big Data and Internet of Things: A …, 2014 – Springer

[11] LM Vaquero, L Rodero-Merino , Finding your way in the fog: Towards a comprehensive definition of fog computing - ACM SIGCOMM Computer …, 2014 – dl.acm.org

http://ubiquity.acm.org/article.cfm?id=2822875





[12] J Zhu, DS Chan, MS Prabhu , Improving web sites performance using edge servers in fog computing architecture - … (SOSE), 2013 IEEE …, 2013 – ieeexplore.ieee.org.

[13] H Madsen, B Burtschy, G Albeanu, Reliability in the utility computing era: Towards reliable fog computing on Systems, Signals …, 2013 – ieeexplore.ieee.org.

[14] M Aazam, EN Huh, Fog computing and smart gateway based communication for cloud of thing, Future Internet of Things and Cloud ( …, 2014 – ieeexplore.ieee.org

[15] TH Luan, L Gao, Z Li, Y Xiang, L Sun, Fog computing: Focusing on mobile users at the edge - arXiv preprint arXiv:1502.01815, 2015 - arxiv.org.

[16] Cisco, https://www.cisco.com/c/dam/en_us/solutions/trends/iot/docs/computing-overview.pdf,acessado em 10/2016.

[17] Madalena Pereira Silva ; Dantas, M. A. R ; GONCALVES, ALEXANDRE L. . Autonomic Quality of Experience Management of Software-Defined Networks,. Revue des Nouvelles Technologies de l'information, v. RNTI-L-8, p. 79-98, 2016.

[18] SIDDEQ, Mohammed Mand RODRIGUES, Marcos(2016).Novel 3D compression methods for geometry, connectivity and texture.3D Research,7(13).

http://lattes.cnpq.br/0471818332882195

http://shura.shu.ac.uk/12099/

Amazon.com.br