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?
mario.dantas@ufsc.br

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 as
aplicações estão sendo processadas.

A abordagem big data considera cinco parâmetros:
- Volume
- Velocidade
- Variedade
- Veracidade
- Valor
Será que temos como garantir, por exemplo, velocidade sob
um 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.

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 things
S 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

[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).

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