Addressing the Challenges in Federating Edge Resources

This book chapter considers how Edge deployments can be brought to bear in a global context by federating them across multiple geographic regions to create a global Edge-based fabric that decentralizes data center computation. This is currently impractical, not only because of technical challenges, but is also shrouded by social, legal and geopolitical issues. In this chapter, we discuss two key challenges - networking and management in federating Edge deployments. Additionally, we consider resource and modeling challenges that will need to be addressed for a federated Edge.Comment: Book Chapter accepted to the Fog and Edge Computing: Principles and Paradigms; Editors Buyya, Sriram

SDN-based virtual machine management for cloud data centers

Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm to logically centralize the network control plane and automate the configuration of individual network elements. At the same time, in Cloud Data Centers (DCs), even though network and server resources converge over the same infrastructure and typically over a single administrative entity, disjoint control mechanisms are used for their respective management. In this paper, we propose a unified server-network control mechanism for converged ICT environments. We present a SDN-based orchestration framework for live Virtual Machine (VM) management where server hypervisors exploit temporal network information to migrate VMs and minimize the network-wide communication cost of the resulting traffic dynamics. A prototype implementation is presented and Mininet is used to evaluate the impact of diverse orchestration algorithms

Service Migration from Cloud to Multi-tier Fog Nodes for Multimedia Dissemination with QoE Support.

A wide range of multimedia services is expected to be offered for mobile users via various wireless access networks. Even the integration of Cloud Computing in such networks does not support an adequate Quality of Experience (QoE) in areas with high demands for multimedia contents. Fog computing has been conceptualized to facilitate the deployment of new services that cloud computing cannot provide, particularly those demanding QoE guarantees. These services are provided using fog nodes located at the network edge, which is capable of virtualizing their functions/applications. Service migration from the cloud to fog nodes can be actuated by request patterns and the timing issues. To the best of our knowledge, existing works on fog computing focus on architecture and fog node deployment issues. In this article, we describe the operational impacts and benefits associated with service migration from the cloud to multi-tier fog computing for video distribution with QoE support. Besides that, we perform the evaluation of such service migration of video services. Finally, we present potential research challenges and trends

Migration of networks

Tese de mestrado em Engenharia Informática, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021A forma como os recursos computacionais são geridos, mais propriamente os alojados nos grandes centros de dados, tem vindo, nos últimos anos, a evoluir. As soluções iniciais que passavam por aplicações a correr em grandes servidores físicos, comportavam elevados custos não só de aquisição, mas também, e principalmente, de manutenção. A razão chave por trás deste facto prendia-se em grande parte com uma utilização largamente ineficiente dos recursos computacionais disponíveis. No entanto, o surgimento de tecnologias de virtualização de servidores foi o volte-face necessário para alterar radicalmente o paradigma até aqui existente. Isto não só levou a que os operadores dos grandes centros de dados pudessem passar a alugar os seus recursos computacionais, criando assim uma interessante oportunidade de negócio, mas também permitiu potenciar (e facilitar) negócios dos clientes. Do ponto de vista destes, os benefícios são evidentes: poder alugar recursos, num modelo pay-as-you-go, evita os elevados custos de capital necessários para iniciar um novo serviço. A este novo conceito baseado no aluguer e partilha de recursos computacionais a terceiros dá-se o nome de computação em nuvem (“cloud computing”). Como referimos anteriormente, nada disto teria sido possível sem o aparecimento de tecnologias de virtualização, que permitem o desacoplamento dos serviços dos utilizadores do hardware que os suporta. Esta tecnologia tem-se revelado uma ferramenta fundamental na administração e manutenção dos recursos disponíveis em qualquer centro de dados. Por exemplo, a migração de máquinas virtuais facilita tarefas como a manutenção das infraestruturas, a distribuição de carga, a tolerância a faltas, entre outras primitivas operacionais, graças ao desacoplamento entre as máquinas virtuais e as máquinas físicas, e à consequente grande mobilidade que lhes é assim conferida. Atualmente, muitas aplicações e serviços alojados na nuvem apresentam dimensão e complexidade considerável. O serviço típico é composto por diversos componentes que se complementam de forma a cumprir um determinado propósito. Por exemplo, diversos serviços são baseados numa topologia de vários níveis, composta por múltiplos servidores web, balanceadores de carga e bases de dados distribuídas e replicadas. Daqui resulta uma forte ligação e dependência dos vários elementos deste sistema e das infraestruturas de comunicação e de rede que os suportam. Esta forte dependência da rede vem limitar grandemente a flexibilidade e mobilidade das máquinas virtuais, o que, por sua vez, restringe inevitavelmente o seu reconhecido potencial. Esta dependência é particularmente afetada pela reduzida flexibilidade que a gestão e o controlo das redes apresentam atualmente, levando a que o processo de migração de máquinas virtuais se torne num demorado processo que apresenta restrições que obrigam à reconfiguração da rede, operação esta que, muitas vezes, é assegurada por um operador humano (de que pode resultar, por exemplo, a introdução de falhas). Num cenário ideal, a infraestrutura de redes de que depende a comunicação entre as máquinas virtuais seria também ela virtual, abstraindo os recursos necessários à comunicação, o que conferiria à globalidade do sistema uma maior flexibilidade e mobilidade que, por sua vez, permitiria a realização de uma migração conjunta das referidas máquinas virtuais e da infraestrutura de rede que as suporta. Neste contexto, surgem as redes definidas por software (SDN) [34], uma nova abordagem às redes de computadores que propõe separar a infraestrutura responsável pelo encaminhamento do tráfego (o plano de dados) do plano de controlo, planos que, até aqui, se encontravam acoplados nos elementos de rede (switches e routers). O controlo passa assim para um grupo de servidores, o que permite criar uma centralização lógica do controlo da rede. Uma SDN consegue então oferecer uma visão global da rede e do seu respetivo estado, característica fundamental para permitir o desacoplamento necessário entre a infraestrutura física e virtual. Recentemente, várias soluções de virtualização de rede foram propostas (e.g., VMware NSX [5], Microsoft AccelNet [21] e Google Andromeda [2]), ancoradas na centralização oferecida por uma SDN. No entanto, embora estas plataformas permitam virtualizar a rede, nenhuma delas trata o problema da migração dos seus elementos, limitando a sua flexibilidade. O objetivo desta dissertação passa então por implementar e avaliar soluções de migração de redes recorrendo a SDNs. A ideia é migrar um dispositivo de rede (neste caso, um switch virtual), escolhido pelo utilizador, de modo transparente, quer para os serviços que utilizam a rede, evitando causar disrupção, quer para as aplicações de controlo SDN da rede. O desafio passa por migrar o estado mantido no switch de forma consistente e sem afetar o normal funcionamento da rede. Com esse intuito, implementámos e avaliámos três diferentes abordagens à migração ( freeze and copy, move e clone) e discutimos as vantagens e desvantagens de cada uma. É de realçar que a solução baseada em clonagem se encontra incorporada como um módulo do virtualizador de rede Sirius.The way computational resources are managed, specifically those in big data centers, has been evolving in the last few years. One of the big stepping-stones for this was the emergence of server virtualization technologies that, given their ability to decouple software from the hardware, allowed for big data center operators to rent their resources, which, in its turn, represented an interesting business opportunity for both the operators and their potential customers. This new concept that consists in renting computational resources is called cloud computing. Furthermore, with the possibility that later arose of live migrating virtual machines, be it by customer request (for example, to move their service closer to the target consumer) or by provider decision (for example, to execute scheduled rack maintenances without downtimes), this new paradigm presented really strong arguments in comparison with traditional hosting solutions. Today, most cloud applications have considerable dimension and complexity. This complexity results in a strong dependency between the system elements and the communication infrastructure that lays underneath. This strong network dependency greatly limits the flexibility and mobility of the virtual machines (VMs). This dependency is mainly due to the reduced flexibility of current network management and control, turning the VM migration process into a long and error prone procedure. From a network’s perspective however, software-defined networks (SDNs) [34] manage to provide tools and mechanisms that can go a long way to mitigate this limitation. SDN proposes the separation of the forwarding infrastructure from the control plane as a way to tackle the flexibility problem. Recently, several network virtualization solutions were proposed (e.g., VMware NSX [5], Microsoft AccelNet [21] and Google Andromeda [2]), all supported on the logical centralization offered by an SDN. However, while allowing for network virtualization, none of these platforms addressed the problem of migrating the virtual networks, which limits their functionality. The goal of this dissertation is to implement and evaluate network migration solutions using SDNs. These solutions should allow for the migration of a network element (a virtual switch), chosen by the user, transparently, both for the services that are actively using the network and for the SDN applications that control the network. The challenge is to migrate the virtual element’s state in a consistent manner, whilst not affecting the normal operation of the network. With that in mind, we implemented and evaluated three different migration approaches (freeze and copy, move and clone), and discussed their respective advantages and disadvantages. It is relevant to mention that the cloning approach we implemented and evaluated is incorporated as a module of the network virtualization platform Sirius