DZIEKAN i RADA WYDZIAŁU
INFORMATYKI, ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI
AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ im. ST. STASZICA W KRAKOWIE
zapraszają na
publiczą dyskusję nad rozprawą doktorską

mgr inż. Piotra Boryło
Provisioning of Energy-Aware Cloud Services Over Optical Networks
Dyskusja odbędzie się 22 stycznia 2016 roku o godz. 11:00 w sali 1.20
pawilon D-17, ul. Kawiory 21, 30-059 Kraków
PROMOTOR: Prof. dr hab. inż. Andrzej Jajszczyk, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica
PROMOTOR POMOCNICZY: Dr inż. Artur Lasoń, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica
RECENZENCI: Prof. dr hab. inż. Józef Woźniak, Politechnika Gdańska
Dr hab. inż. Krzysztof Walkowiak, prof. n., Politechnika Wrocławska
Z rozprawą doktorską i opiniami recenzentów można się zapoznać
w Czytelni Biblioteki Głównej AGH, al. Mickiewicza 30


Provisioning of Energy-Aware Cloud Services Over Optical Networks

mgr inż. Piotr Boryło

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrzej Jajszczyk (AGH)
Promotor pomocniczy: dr inż. Artur Lasoń (AGH)
Dyscyplina: Telekomunikacja


Niniejsza rozprawa doktorska jest poświęcona świadczeniu usług w chmurze obliczeniowej z uwzględnieniem pochodzenia wykorzystywanej energii. Zbadano możliwość redukcji emisji dwutlenku węgla przy założeniu, że chmura obliczeniowa jest złożeniem dwóch infrastruktur utrzymywanych odpowiednio przez operatora sieci optycznej oraz dostawcę zasobów obliczeniowych w centrach przetwarzania danych. Przedstawiono rozwiązanie problemu dynamicznego rutingu w komutowanej sieci optycznej z jednoczesnym świadczeniem usług w centrach przetwarzania danych. Zarówno architektura chmury jak i sposób świadczenia usług pociągają za sobą szereg wymagań jakie to rozwiązanie powinno spełnić. Oczekuje się, że proponowane rozwiązanie będzie wybierać docelowe centrum danych opierając się na dostępności energii odnawialnej. Przy czym powinna istnieć możliwość dopasowania preferencji do aktualnych warunków panujących w sieci. Strategie rutingu typu anycast spełniają te wymagania. Proponowane rozwiązanie powinno ponadto uwzględniać fakt oferowania różnych typów usług w chmurze w celu efektywnego wykorzystania energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych. Trzy typy usług w chmurze są rozważane. W rozprawie doktorskiej zaproponowano schemat dopasowywania strategii rutingu anycast do cech charakterystycznych tych typów usług. Badania potwierdziły możliwość osiągnięcia istotnej poprawy przez wykorzystanie zaproponowanego schematu dopasowywania. Od zaproponowanego rozwiązania oczekuje się wreszcie aby brało pod uwagę fakt, że infrastruktura sieci i chmury zarządzane są przez oddzielne organizacje. Rozważa się różne poziomy współpracy i styków służących wymianie danych pomiędzy operatorami. W rozprawie zaproponowano model takiej współpracy oraz poddano go szczegółowym badaniom. Opierając się na analizie przeprowadzonej w rozprawie, założono że sieć sterowana jest przez centralny sterownik zgodny z ideą SDN podczas gdy do automatycznego sterowania zasobami obliczeniowymi użyto narzędzi organizacji pracy chmury (cloud orchestration software). Wydajność zaproponowanych mechanizmów i strategii została przebadana za pomocą symulacji komputerowej w dwóch topologiach sieciowych. Szczegółowym badaniom poddano wszystkie proponowane mechanizmy. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że zaproponowane rozwiązanie spełnia narzucone wymagania i pozwala na obniżenie ilości emitowanego dwutlenku węgla bez istotnego pogorszenia wydajności sieci.

Postawiono następującą tezę:

It is possible to reduce carbon dioxide emissions of a cloud infrastructure comprising data centers interconnected via optical networks using energy-aware resource provisioning strategies.

W tłumaczeniu na język polski teza brzmi następująco:

Możliwa jest redukcja ilości dwutlenku węgla emitowanego przez centra danych tworzące chmurę obliczeniową połączoną siecią optyczną przez zastosowanie strategii rozkładu obciążenia uwzględniającego pochodzenie wykorzystywanej energii.

Rozważany problem świadczenia usług w chmurze na żądanie z wykorzystaniem sieci optycznych oraz z uwzględnieniem źródła pochodzenia energii elektrycznej jest aktualnym i istotnym tematem. Proponowane rozwiązanie zostało w sposób przemyślany umiejscowione w architekturze chmury zakładającej koegzystencje infrastruktury obliczeniowej i sieciowej. W związku z powyższym proponowane rozwiązanie może być rozważane do wdrożenia w rzeczywistych systemach bez istotnego zwiększenia złożoności warstwy sterującej.

Najważniejsze osiągnięcia pracy można streścić w następujących punktach:

  1. W rozprawie określono nowoczesną architekturę chmury, w której zasoby IT oraz zasoby sieciowe są zarządzane przez osobne organizacje. W związku z tym modele sieci optycznej i zasobów IT zostały omówione wraz z modelami trzech typów usług świadczonych w chmurze. Przepływ żądań zakładany w rozprawie odzwierciedla charakter chmury, gdzie żądania obsługiwane są po zgłoszeniu przez użytkownika.
  2. Opierając się na danych dotyczących poboru energii przez centra danych oraz ich udziału w globalnej emisji dwutlenku węgla, przedstawiono motywację dla poszukiwania rozwiązań minimalizujących negatywny wpływ sektora ICT na środowisko naturalne.
  3. Sformułowano problem dynamicznego rutingu typu jeden do jednego z wielu w sieciach optycznych połączony z problemem przydziału zasobów chmury obliczeniowej z uwzględnieniem źródła pochodzenia energii elektrycznej.
  4. W rozprawie zdefiniowano wymagania jakie nakłada architektura chmury i sposób świadczenia przez nią usług na rozwiązanie zadanego problemu badawczego.
  5. Zaproponowano trzy strategie rutingu typu jeden do jednego z wielu: randomGreen, closestGreen i closestGreenWithPenalty. Strategie te zostały szczegółowo przebadane oraz porównane z rozwiązaniami referencyjnymi.
  6. Zaproponowano schemat compound dopasowujący różne strategie anycast do różnych typów usług oferowanych w chmurze. Schemat ten porównano z rozwiązaniami, w których wszystkie usługi obsługiwane są przez tę samą strategię anycast.
  7. Przedstawiono modele współpracy pomiędzy operatorem sieci a operatorem infrastruktury IT. Dwa z tych modeli, overlay i augmented, są formalnie opisanymi modelami intuicyjnymi. Zaproponowany model peer został porównany z tymi modelami.
  8. Zaproponowano kompletne rozwiązanie sformułowanego problemu badawczego z uwzględnieniem opisanych wymagań. Rozwiązanie to jest wydajną kombinacją mechanizmów składowych: strategii rutingu typu anycast, schematów dopasowywania oraz modeli współpracy.
  9. Korzystając z symulatora OMNeT++ zbudowano narzędzie symulacyjne.
  10. Przeprowadzono szczegółowe badania i dokonano oceny wszystkich mechanizmów składowych. Podejście przyrostowe do tworzenia kompletnego rozwiązania ułatwiło zrozumienie zarówno poszczególnych mechanizmów, jak i zależności pomiędzy nimi. W celu dokładnej analizy przeanalizowano wiele scenariuszy symulacyjnych przy zmiennych parametrach wejściowych.


Dłuższa wersja autoreferatu tutaj.



Recenzje


prof. dr hab. inż. Józef Woźniak

dr hab. inż. Krzysztof Walkowiak, prof. n.




Ważniejsze publikacje dokotoranta (opcjonalnie):

  1. P. Boryło, A. Lasoń, J. Rząsa, A. Szymański i A. Jajszczyk. Usługi w chmurze korzystąjace z sieci optycznych o minimalnym zużyciu energii. Przegląd Telekomunikacyjny, Wiadomości Telekomunikacyjne, 86(10):1323–1330, 2013.
  2. P. Boryło, A. Lasoń, J. Rząsa, A. Szymański i A. Jajszczyk. Anycast Routing for Carbon Footprint Reduction in WDM Hybrid Power Networks with Data Centers. In Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC 2014), pages 3720–3726, Sydney, Australia, June 2014.
  3. P. Boryło, A. Lasoń, J. Rząsa, A. Szymański i A. Jajszczyk. Assessment of green anycast strategies in hybrid power networks having regular topologies. Przegląd Telekomunikacyjny, Wiadomości Telekomunikacyjne, 83(8-9):748–754, 2014.
  4. P. Boryło, A. Lasoń, J. Rząsa, A. Szymański i A. Jajszczyk. Fitting Green Anycast Strategies to Cloud Services in WDM Hybrid Power Networks. In Proc. IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM 2014), pages 2633–2639, Austin, TX, USA, Dec. 2014.
  5. P. Boryło, A. Lasoń, J. Rząsa, A. Szymański i A. Jajszczyk. Green Cloud Provisioning Throughout Cooperation of a WDM Wide Area Network and a Hybrid Power IT Infrastructure. Journal of Grid Computing (Springer), 2015. doi: 10.1007/s10723-015-9354-7.




2016/borylo/start.txt · ostatnio zmienione: 2015/12/21 16:44 przez Piotr Borylo