A Computational Field Framework for Collaborative Task Execution in Volunteer Clouds

The increasing diffusion of cloud technologies is opening new opportunities for distributed and collaborative computing. Volunteer clouds are a prominent example, where participants join and leave the platform and collaborate by sharing their computational resources. The high dynamism and unpredictability of such scenarios call for decentralized self-* approaches to guarantee QoS. We present a simulation framework for collaborative task execution in volunteer clouds and propose one concrete instance based on Ant Colony Optimization, which is validated through a set of simulation experiments based on Google workload data

Energy-aware service provisioning in P2P-assisted cloud ecosystems

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i Instituto Tecnico de LisboaEnergy has been emerged as a first-class computing resource in modern systems. The trend has primarily led to the strong focus on reducing the energy consumption of data centers, coupled with the growing awareness of the adverse impact on the environment due to data centers. This has led to a strong focus on energy management for server class systems. In this work, we intend to address the energy-aware service provisioning in P2P-assisted cloud ecosystems, leveraging economics-inspired mechanisms. Toward this goal, we addressed a number of challenges. To frame an energy aware service provisioning mechanism in the P2P-assisted cloud, first, we need to compare the energy consumption of each individual service in P2P-cloud and data centers. However, in the procedure of decreasing the energy consumption of cloud services, we may be trapped with the performance violation. Therefore, we need to formulate a performance aware energy analysis metric, conceptualized across the service provisioning stack. We leverage this metric to derive energy analysis framework. Then, we sketch a framework to analyze the energy effectiveness in P2P-cloud and data center platforms to choose the right service platform, according to the performance and energy characteristics. This framework maps energy from the hardware oblivious, top level to the particular hardware setting in the bottom layer of the stack. Afterwards, we introduce an economics-inspired mechanism to increase the energy effectiveness in the P2P-assisted cloud platform as well as moving toward a greener ICT for ICT for a greener ecosystem.La energía se ha convertido en un recurso de computación de primera clase en los sistemas modernos. La tendencia ha dado lugar principalmente a un fuerte enfoque hacia la reducción del consumo de energía de los centros de datos, así como una creciente conciencia sobre los efectos ambientales negativos, producidos por los centros de datos. Esto ha llevado a un fuerte enfoque en la gestión de energía de los sistemas de tipo servidor. En este trabajo, se pretende hacer frente a la provisión de servicios de bajo consumo energético en los ecosistemas de la nube asistida por P2P, haciendo uso de mecanismos basados en economía. Con este objetivo, hemos abordado una serie de desafíos. Para instrumentar un mecanismo de servicio de aprovisionamiento de energía consciente en la nube asistida por P2P, en primer lugar, tenemos que comparar el consumo energético de cada servicio en la nube P2P y en los centros de datos. Sin embargo, en el procedimiento de disminuir el consumo de energía de los servicios en la nube, podemos quedar atrapados en el incumplimiento del rendimiento. Por lo tanto, tenemos que formular una métrica, sobre el rendimiento energético, a través de la pila de servicio de aprovisionamiento. Nos aprovechamos de esta métrica para derivar un marco de análisis de energía. Luego, se esboza un marco para analizar la eficacia energética en la nube asistida por P2P y en la plataforma de centros de datos para elegir la plataforma de servicios adecuada, de acuerdo con las características de rendimiento y energía. Este marco mapea la energía desde el alto nivel independiente del hardware a la configuración de hardware particular en la capa inferior de la pila. Posteriormente, se introduce un mecanismo basado en economía para aumentar la eficacia energética en la plataforma en la nube asistida por P2P, así como avanzar hacia unas TIC más verdes, para las TIC en un ecosistema más verde.Postprint (published version

ARTA: An economic middleware to exchange pervasive energy and computing resources

Studies reveal that an integrated system of smart grid and cloud computing ecosystems can better attain the energy efficiency objectives, considering all the aspects. To facilitate the integration, in this paper, we introduce an agent-oriented economic middleware architecture (ARTA) to exchange pervasive energy and computing resources in different layers of the service provisioning platform, from the edge layer of micro-grid and P2P-cloud to the mass production layer of the giant power plants and data centers. ARTA follows a semi-decentralized economic model by operating through partial system view in the edge-layer negotiations and considers system dynamics and uncertainties in the agents decisions.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

On service optimization in community network micro-clouds

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyInternet coverage in the world is still weak and local communities are required to come together and build their own network infrastructures. People collaborate for the common goal of accessing the Internet and cloud services by building Community networks (CNs). The use of Internet cloud services has grown over the last decade. Community network cloud infrastructures (i.e. micro-clouds) have been introduced to run services inside the network, without the need to consume them from the Internet. CN micro-clouds aims for not only an improved service performance, but also an entry point for an alternative to Internet cloud services in CNs. However, the adaptation of the services to be used in CN micro-clouds have their own challenges since the use of low-capacity devices and wireless connections without a central management is predominant in CNs. Further, large and irregular topology of the network, high software and hardware diversity and different service requirements in CNs, makes the CN micro-clouds a challenging environment to run local services, and to achieve service performance and quality similar to Internet cloud services. In this thesis, our main objective is the optimization of services (performance, quality) in CN micro-clouds, facilitating entrance to other services and motivating members to make use of CN micro-cloud services as an alternative to Internet services. We present an approach to handle services in CN micro-cloud environments in order to improve service performance and quality that can be approximated to Internet services, while also giving to the community motivation to use CN micro-cloud services. Furthermore, we break the problem into different levels (resource, service and middleware), propose a model that provides improvements for each level and contribute with information that helps to support the improvements (in terms of service performance and quality) in the other levels. At the resource level, we facilitate the use of community devices by utilizing virtualization techniques that isolate and manage CN micro-cloud services in order to have a multi-purpose environment that fosters services in the CN micro-cloud environment. At the service level, we build a monitoring tool tailored for CN micro-clouds that helps us to analyze service behavior and performance in CN micro-clouds. Subsequently, the information gathered enables adaptation of the services to the environment in order to improve their quality and performance under CN environments. At the middleware level, we build overlay networks as the main communication system according to the social information in order to improve paths and routes of the nodes, and improve transmission of data across the network by utilizing the relationships already established in the social network or community of practices that are related to the CNs. Therefore, service performance in CN micro-clouds can become more stable with respect to resource usage, performance and user perceived quality.Acceder a Internet sigue siendo un reto en muchas partes del mundo y las comunidades locales se ven en la necesidad de colaborar para construir sus propias infraestructuras de red. Los usuarios colaboran por el objetivo común de acceder a Internet y a los servicios en la nube construyendo redes comunitarias (RC). El uso de servicios de Internet en la nube ha crecido durante la última década. Las infraestructuras de nube en redes comunitarias (i.e., micronubes) han aparecido para albergar servicios dentro de las mismas redes, sin tener que acceder a Internet para usarlos. Las micronubes de las RC no solo tienen por objetivo ofrecer un mejor rendimiento, sino también ser la puerta de entrada en las RC hacia una alternativa a los servicios de Internet en la nube. Sin embargo, la adaptación de los servicios para ser usados en micronubes de RC conlleva sus retos ya que el uso de dispositivos de recursos limitados y de conexiones inalámbricas sin una gestión centralizada predominan en las RC. Más aún, la amplia e irregular topología de la red, la diversidad en el hardware y el software y los diferentes requisitos de los servicios en RC convierten en un desafío albergar servicios locales en micronubes de RC y obtener un rendimiento y una calidad del servicio comparables a los servicios de Internet en la nube. Esta tesis tiene por objetivo la optimización de servicios (rendimiento, calidad) en micronubes de RC, facilitando la entrada a otros servicios y motivando a sus miembros a usar los servicios en la micronube de RC como una alternativa a los servicios en Internet. Presentamos una aproximación para gestionar los servicios en entornos de micronube de RC para mejorar su rendimiento y calidad comparable a los servicios en Internet, a la vez que proporcionamos a la comunidad motivación para usar los servicios de micronube en RC. Además, dividimos el problema en distintos niveles (recursos, servicios y middleware), proponemos un modelo que proporciona mejoras para cada nivel y contribuye con información que apoya las mejoras (en términos de rendimiento y calidad de los servicios) en los otros niveles. En el nivel de los recursos, facilitamos el uso de dispositivos comunitarios al emplear técnicas de virtualización que aíslan y gestionan los servicios en micronubes de RC para obtener un entorno multipropósito que fomenta los servicios en el entorno de micronube de RC. En el nivel de servicio, construimos una herramienta de monitorización a la medida de las micronubes de RC que nos ayuda a analizar el comportamiento de los servicios y su rendimiento en micronubes de RC. Luego, la información recopilada permite adaptar los servicios al entorno para mejorar su calidad y rendimiento bajo las condiciones de una RC. En el nivel de middleware, construimos redes de overlay que actúan como el sistema de comunicación principal de acuerdo a información social para mejorar los caminos y las rutas de los nodos y mejoramos la transmisión de datos a lo largo de la red al utilizar las relaciones preestablecidas en la red social o la comunidad de prácticas que están relacionadas con las RC. De este modo, el rendimiento en las micronubes de RC puede devenir más estable respecto al uso de recursos, el rendimiento y la calidad percibidas por el usuario.Postprint (published version

An Analysis of Distributed Systems Syllabi With a Focus on Performance-Related Topics

We analyze a dataset of 51 current (2019-2020) Distributed Systems syllabi from top Computer Science programs, focusing on finding the prevalence and context in which topics related to performance are being taught in these courses. We also study the scale of the infrastructure mentioned in DS courses, from small client-server systems to cloud-scale, peer-to-peer, global-scale systems. We make eight main findings, covering goals such as performance, and scalability and its variant elasticity; activities such as performance benchmarking and monitoring; eight selected performance-enhancing techniques (replication, caching, sharding, load balancing, scheduling, streaming, migrating, and offloading); and control issues such as trade-offs that include performance and performance variability.Comment: Accepted for publication at WEPPE 2021, to be held in conjunction with ACM/SPEC ICPE 2021: https://doi.org/10.1145/3447545.3451197 This article is a follow-up of our prior ACM SIGCSE publication, arXiv:2012.0055