Elastic Computing - a novel paradigm for distributed systems

This talk, which is based on our newest findings and experiences from research and industrial projects, addresses one of the most relevant challenges for a decade to come: How to integrate the Internet of Things with software, people, and processes, considering modern Cloud Computing and Elasticity principles. Elasticity is seen as one of the main characteristics of Cloud Computing today. Is elasticity simply scalability on steroids? This talk addresses the main principles of elasticity, presents a fresh look at this problem, and examines how to integrate people, software services, and things into one composite system, which can be modeled, programmed, and deployed on a large scale in an elastic way. This novel paradigm has major consequences on how we view, build, design, and deploy ultra-large scale distributed systems.

Continuous Quality Assurance and Optimisation in Cloud-Based Virtual Enterprises

Part 18: Optimization in Collaborative Networks

A Novel Framework for Virtual Organization Creation on Cloud

Part 12: Collaboration Platforms

Approaches to Provisioning Network Topology of Virtual Machines in Cloud Systems

The current infrastructure as a service (IaaS) cloud systems, allow users to load their own virtual machines. However, most of these systems do not provide users with an automatic mechanism to load a network topology of virtual machines. In order to specify and implement the network topology, we use software switches and routers as network elements. Before running a group of virtual machines, the user needs to set up the system once to specify a network topology of virtual machines. Then, given the user’s request for running a specific topology, our system loads the appropriate virtual machines (VMs) and also runs separated VMs as software switches and routers. Furthermore, we have developed a manager that handles physical hardware failure situations. This system has been designed in order to allow users to use the system without knowing all the internal technical details.

Improving surgery operations by means of cloud systems and distributed user interfaces

Surgical interventions are usually performed in an operation room; however, access to the information by the medical team members during the intervention is limited. While in conversations with the medical staff, we observed that they attach significant importance to the improvement of the information and communication direct access by queries during the process in real time. It is due to the fact that the procedure is rather slow and there is lack of interaction with the systems in the operation room. These systems can be integrated on the Cloud adding new functionalities to the existing systems the medical expedients are processed. Therefore, such a communication system needs to be built upon the information and interaction access specifically designed and developed to aid the medical specialists. Copyright 2014 ACM.

QoS-aware architectures, technologies, and middleware for the cloud continuum

The recent trend of moving Cloud Computing capabilities to the Edge of the network is reshaping how applications and their middleware supports are designed, deployed, and operated. This new model envisions a continuum of virtual resources between the traditional cloud and the network edge, which is potentially more suitable to meet the heterogeneous Quality of Service (QoS) requirements of diverse application domains and next-generation applications. Several classes of advanced Internet of Things (IoT) applications, e.g., in the industrial manufacturing domain, are expected to serve a wide range of applications with heterogeneous QoS requirements and call for QoS management systems to guarantee/control performance indicators, even in the presence of real-world factors such as limited bandwidth and concurrent virtual resource utilization. The present dissertation proposes a comprehensive QoS-aware architecture that addresses the challenges of integrating cloud infrastructure with edge nodes in IoT applications. The architecture provides end-to-end QoS support by incorporating several components for managing physical and virtual resources. The proposed architecture features: i) a multilevel middleware for resolving the convergence between Operational Technology (OT) and Information Technology (IT), ii) an end-to-end QoS management approach compliant with the Time-Sensitive Networking (TSN) standard, iii) new approaches for virtualized network environments, such as running TSN-based applications under Ultra-low Latency (ULL) constraints in virtual and 5G environments, and iv) an accelerated and deterministic container overlay network architecture. Additionally, the QoS-aware architecture includes two novel middlewares: i) a middleware that transparently integrates multiple acceleration technologies in heterogeneous Edge contexts and ii) a QoS-aware middleware for Serverless platforms that leverages coordination of various QoS mechanisms and virtualized Function-as-a-Service (FaaS) invocation stack to manage end-to-end QoS metrics. Finally, all architecture components were tested and evaluated by leveraging realistic testbeds, demonstrating the efficacy of the proposed solutions.

An architecture for network acceleration as a service in the cloud continuum

The pervasive availability of connected devices in any industrial and societal sector is pushing for an evolution of the well-established cloud computing model. The emerging paradigm of the cloud continuum embraces this decentralization trend and envisions virtualized computing resources physically located between traditional datacenters and data sources. By totally or partially executing closer to the network edge, applications can have quicker reactions to events, thus enabling advanced forms of automation and intelligence. However, these applications also induce new data-intensive workloads with low-latency constraints that require the adoption of specialized resources, such as high-performance communication options (e.g., RDMA, DPDK, XDP, etc.). Unfortunately, cloud providers still struggle to integrate these options into their infrastructures. That risks undermining the principle of generality that underlies the cloud computing scale economy by forcing developers to tailor their code to low-level APIs, non-standard programming models, and static execution environments. This thesis proposes a novel system architecture to empower cloud platforms across the whole cloud continuum with Network Acceleration as a Service (NAaaS). To provide commodity yet efficient access to acceleration, this architecture defines a layer of agnostic high-performance I/O APIs, exposed to applications and clearly separated from the heterogeneous protocols, interfaces, and hardware devices that implement it. A novel system component embodies this decoupling by offering a set of agnostic OS features to applications: memory management for zero-copy transfers, asynchronous I/O processing, and efficient packet scheduling. This thesis also explores the design space of the possible implementations of this architecture by proposing two reference middleware systems and by adopting them to support interactive use cases in the cloud continuum: a serverless platform and an Industry 4.0 scenario. A detailed discussion and a thorough performance evaluation demonstrate that the proposed architecture is suitable to enable the easy-to-use, flexible integration of modern network acceleration into next-generation cloud platforms.

Ottimizzazione di un Data Warehouse con Google Cloud Platform

I dati sono una risorsa di valore inestimabile per tutte le organizzazioni. Queste informazioni vanno da una parte gestite tramite i classici sistemi operazionali, dall’altra parte analizzate per ottenere approfondimenti che possano guidare le scelte di business. Uno degli strumenti fondamentali a supporto delle scelte di business è il data warehouse. Questo elaborato è il frutto di un percorso di tirocinio svolto con l'azienda Injenia S.r.l. Il focus del percorso era rivolto all'ottimizzazione di un data warehouse che l'azienda vende come modulo aggiuntivo di un software di nome Interacta. Questo data warehouse, Interacta Analytics, ha espresso nel tempo notevoli criticità architetturali e di performance. L’architettura attualmente usata per la creazione e la gestione dei dati all'interno di Interacta Analytics utilizza un approccio batch, pertanto, l’obiettivo cardine dello studio è quello di trovare soluzioni alternative batch che garantiscano un risparmio sia in termini economici che di tempo, esplorando anche la possibilità di una transizione ad un’architettura streaming. Gli strumenti da utilizzare in questa ricerca dovevano inoltre mantenersi in linea con le tecnologie utilizzate per Interacta, ossia i servizi della Google Cloud Platform. Dopo una breve dissertazione sul background teorico di questa area tematica, l'elaborato si concentra sul funzionamento del software principale e sulla struttura logica del modulo di analisi. Infine, si espone il lavoro sperimentale, innanzitutto proponendo un'analisi delle criticità principali del sistema as-is, dopodiché ipotizzando e valutando quattro ipotesi migliorative batch e due streaming. Queste, come viene espresso nelle conclusioni della ricerca, migliorano di molto le performance del sistema di analisi in termini di tempistiche di elaborazione, di costo totale e di semplicità dell'architettura, in particolare grazie all'utilizzo dei servizi serverless con container e FaaS della piattaforma cloud di Google.

A checkpointing-enabled and resource-aware Java Virtual Machine for efficient and robust e-Science applications in grid environments

Object-oriented programming languages presently are the dominant paradigm of application development (e. g., Java,. NET). Lately, increasingly more Java applications have long (or very long) execution times and manipulate large amounts of data/information, gaining relevance in fields related with e-Science (with Grid and Cloud computing). Significant examples include Chemistry, Computational Biology and Bio-informatics, with many available Java-based APIs (e. g., Neobio). Often, when the execution of such an application is terminated abruptly because of a failure (regardless of the cause being a hardware of software fault, lack of available resources, etc.), all of its work already performed is simply lost, and when the application is later re-initiated, it has to restart all its work from scratch, wasting resources and time, while also being prone to another failure and may delay its completion with no deadline guarantees. Our proposed solution to address these issues is through incorporating mechanisms for checkpointing and migration in a JVM. These make applications more robust and flexible by being able to move to other nodes, without any intervention from the programmer. This article provides a solution to Java applications with long execution times, by extending a JVM (Jikes research virtual machine) with such mechanisms. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Broker colaborativo: gestão de recursos energéticos distribuídos

Neste trabalho é apresentado um Sistema de Informação (SI) cujo objetivo é contribuir para a colaboração entre VE possibilitando a sua entrada no mercado de energia elétrica, permiitindo deste modo que o proprietário do VE seja compensado. Esta compensação incidiria em medidas de minimização do investimento inicial na compra do VE e na criação de um modelo de armazenamento de energia mais sustentável. A este SI chamou-se de Broker Colaborativo ou simplesmente Broker e deverá permitir ao proprietário do VE criar um perfil com a sua informação pessoal, com informação do VE que possui e com informação relativa à colaboração que pretende efetuar, ou seja, locais e percentagem da bateria que pretende usar na colaboração. Para assegurar a entrada no mercado de energia torna-se necessário agrupar e filtrar um número significativo de VE, sendo essa responsabilidade atribuída ao Broker. Sendo a otimização do consumo de energia um fator importante neste trabalho, a implementação do Broker foi efetuada sobre o paradigma de Cloud Computing (será utilizada a designação abreviada de Cloud) onde os recursos energéticos são partilhados. A Clod possuiu uma grande capacidade de escalonamento onde se poderão criar os recursos à medida da necessidade. A utilização da Cloud permite que as especificações iniciais das máquinas virtuais, necessárias para alojar a base de dados ou os ficheiros do Broker, possam ser configuradas conforme o número de utilizadores do sistema. Assim, não se desperdiçam recursos que não seriam utilizados. Devido a estes aspetos dinâmicos, que estão intrínsecos ao fator humano, o Broker foi implementado utilizando um módulo de integração com a rede social Facebook esperando-se desta forma, que a colaboração entre diferentes VE seja difundida através dos amigos e conhecidos de cada utilizador da colaboração. Sendo assim, este trabalho pretende criar um sistema de informação onde os proprietários de VE possam juntar-se e criar uma colaboração possibilitando a sua entrada no mercado da energia elétrica. Essa colaboração será alargada recorrendo a uma rede social e compensada através de créditos. É abordado o tema das plataformas de Cloud como uma plataforma sustentável e vantajosa para o desenvolvimento de sistemas com grande potencial de crescimento.

Estudo e planeamento de uma infraestrutura computacional

As tecnologias de informação representam um pilar fundamental nas organizações como sustento do negócio através de infraestruturas dedicadas sendo que com o evoluir do crescimento no centro de dados surgem desafios relativamente a escalabilidade, tolerância à falha, desempenho, alocação de recursos, segurança nos acessos, reposição de grandes quantidades de informação e eficiência energética. Com a adoção de tecnologias baseadas em cloud computing aplica-se um modelo de recursos partilhados de modo a consolidar a infraestrutura e endereçar os desafios anteriormente descritos. As tecnologias de virtualização têm como objetivo reduzir a infraestrutura levantando novas considerações ao nível das redes locais e de dados, segurança, backup e reposição da informação devido á dinâmica de um ambiente virtualizado. Em centros de dados esta abordagem pode representar um nível de consolidação elevado, permitindo reduzir servidores físicos, portas de rede, cablagem, armazenamento, espaço, energia e custo, assegurando os níveis de desempenho. Este trabalho permite definir uma estratégia de consolidação do centro de dados em estudo que permita a tolerância a falhas, provisionamento de novos serviços com tempo reduzido, escalabilidade para mais serviços, segurança nas redes Delimitarized Zone (DMZ), e backup e reposição de dados com impacto reduzido nos recursos, permitindo altos débitos e rácios de consolidação do armazenamento. A arquitetura proposta visa implementar a estratégia com tecnologias otimizadas para o cloud computing. Foi realizado um estudo tendo como base a análise de um centro de dados através da aplicação VMWare Capacity Planner que permitiu a análise do ambiente por um período de 8 meses com registo de métricas de acessos, utilizadas para dimensionar a arquitetura proposta. Na implementação da abordagem em cloud valida-se a redução de 85% de infraestrutura de servidores, a latência de comunicação, taxas de transferência de dados, latências de serviços, impacto de protocolos na transferência de dados, overhead da virtualização, migração de serviços na infraestrutura física, tempos de backup e restauro de informação e a segurança na DMZ.

Benchmarking de uma aproximação de ticketing as a service (Taas)

Dissertação de natureza científica realizada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Redes de Computadores e Multimédia

A bilhética dos transportes de passageiros na nuvem computacional

Relatório de Projeto realizado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Computação em nuvem: avaliação do retorno do investimento: o caso do Ensino Superior Português

Em Portugal, as instituições de ensino superior dispõem de plataformas de e-learning que reflectem uma mais-valia para o processo de ensino-aprendizagem. No entanto, estas plataformas caracterizam-se por serem de âmbito privado expondo, desta forma, a tímida abertura das instituições na partilha do seu conhecimento, como também dos seus recursos. O paradigma Cloud Computing surge como uma solução, por exemplo, para a criação de uma federação de nuvens capaz de contemplar soluções heterogéneas, garantindo a interoperabilidade entre as plataformas das várias instituições de ensino, e promovendo os objectivos propostos pelo Processo de Bolonha, nomeadamente no que se refere à partilha de informação, de plataformas e serviços e promoção de projectos comuns. Neste âmbito, é necessário desenvolver ferramentas que permitam aos decisores ponderar as mais-valias deste novo paradigma. Assim, é conveniente quantificar o retorno esperado para o investimento, em recursos humanos e tecnológicos, exigido pelo modelo Cloud Computing. Este trabalho contribui para o estudo da avaliação do retorno do investimento (ROI) em infra-estruturas e serviços TIC (Tecnologias de Informação e Comunicação), resultante da análise de diferentes cenários relativos à introdução do paradigma Cloud Computing. Para tal, foi proposta uma metodologia de análise baseada num questionário, distribuído por diversas instituições de ensino superior portuguesas, contendo um conjunto de questões que permitiram identificar indicadores, e respectivas métricas, a usar na elaboração de modelos de estimação do ROI.