Metodi e modelli per l'interoperabilità di infrastrutture di virtualizzazione eterogenee: Openstack come caso di studio

Il presente lavoro è uno studio sulle diverse proposte in letteratura per ovviare alle problematiche di interoperabilità tra piattaforme di virtualizzazione eterogenee, ovvero di diversi produttori. Al giorno d'oggi non sono stati definiti con successo degli standard opportuni per cui le soluzioni presentate sono molto diverse tra di loro. Lo scopo del lavoro è quello di analizzare le proposte e, in base ad uno studio approfondito, stabilire qual è quella migliore. Successivamente si vuole presentare il caso di studio di una piattaforma che si basa su uno strato virtuale che può essere eterogeneo. Si vuole evidenziare come nei sistemi complessi garantire interoperabilità comporta garantire anche una vasta serie di altri servizi necessari alla consistenza del sistema.

Essays in Industrial Organization and Information Technology

Chapter 1 studies how consumers’ switching costs affect the pricing and profits of firms competing in two-sided markets such as Apple and Google in the smartphone market. When two-sided markets are dynamic – rather than merely static – I show that switching costs lower the first-period price if network externalities are strong, which is in contrast to what has been found in one-sided markets. By contrast, switching costs soften price competition in the initial period if network externalities are weak and consumers are more patient than the platforms. Moreover, an increase in switching costs on one side decreases the first-period price on the other side. Chapter 2 examines firms’ incentives to invest in local and flexible resources when demand is uncertain and correlated. I find that market power of the monopolist providing flexible resources distorts investment incentives, while competition mitigates them. The extent of improvement depends critically on demand correlation and the cost of capacity: under social optimum and monopoly, if the flexible resource is cheap, the relationship between investment and correlation is positive, and if it is costly, the relationship becomes negative; under duopoly, the relationship is positive. The analysis also sheds light on some policy discussions in markets such as cloud computing. Chapter 3 develops a theory of sequential investments in cybersecurity. The regulator can use safety standards and liability rules to increase security. I show that the joint use of an optimal standard and a full liability rule leads to underinvestment ex ante and overinvestment ex post. Instead, switching to a partial liability rule can correct the inefficiencies. This suggests that to improve security, the regulator should encourage not only firms, but also consumers to invest in security.

Strumenti di gestione per infrastrutture IT

L'elaborato analizza gli strumenti utilizzati nella gestione di infrastrutture informatiche. In particolare: nel primo capitolo viene fatta una panoramica del Cloud Computing e relativi modelli infrastrutturali e di distribuzione. Nel secondo vengono analizzate le piattaforme di gestione di sistemi basati su architettura IaaS, quali OpenStack, OpenNebula ed Eucalyptus. Nel terzo capitolo vengono esaminati due dei Software Configuration Management maggiormente utilizzati: Puppet e Chef. Nel quarto ed ultimo capitolo viene descritto lo standard OCCI (Open Cloud Computing Interface).

Applicazione smartphone Social Time Machine

La prima parte del documento contiene una breve introduzione al mondo mobile, cloud computing e social network. La seconda parte si concentra sulla progettazione di un'applicazione per i dispositivi mobili usando le tecnologie Facebook e Parse. Infine, viene implementata un'applicazione Android usando le techiche descritte in precedenza.

Building Information Modeling: analisi e utilizzo

Dalla raffigurazione artistica fino alla modellazione digitale, passando per il disegno tecnico, la rappresentazione del progetto d’architettura ha conosciuto nel tempo evoluzioni significative che solo di recente hanno raggiunto l’apice nell’utilizzo di modelli cognitivi in grado di collezionare ed organizzare il patrimonio di informazioni che gravitano attorno all’intero processo edilizio. L’impiego sempre più diffuso dello strumento informatico, insieme al coordinamento delle specializzazioni nelle molte discipline coinvolte nel progetto, ha favorito negli ultimi anni l’adozione del Building Information Modeling un processo che permette di rivoluzionare il mondo delle costruzioni, coprendo molteplici aspetti del ciclo di vita per un manufatto edilizio. Questa Tesi intende presentare in maniera specifica le tappe che hanno consentito il formarsi del BIM. La migliore capacità di gestione, un linguaggio comune tra i progettisti, un’ottimizzazione di risorse e costi, unito ad un controllo convincente ed accurato delle fasi di lavoro, sono alcune delle potenzialità non ancora completamente espresse dal Building Information Modeling che è destinato a divenire una consapevolezza strategica nel bagaglio culturale del professionista contemporaneo.

Migrazione concorrente di macchine virtuali su piattaforme open source

Questa tesi si pone l’obiettivo di effettuare un’analisi aggiornata sulla recente evoluzione del Cloud Computing e dei nuovi modelli architetturali a sostegno della continua crescita di richiesta di risorse di computazione, di storage e di rete all'interno dei data center, per poi dedicarsi ad una fase sperimentale di migrazioni live singole e concorrenti di macchine virtuali, studiandone le prestazioni a livello di risorse applicative e di rete all’interno della piattaforma open source di virtualizzazione QEMU-KVM, oggi alla base di sistemi cloud-based come Openstack. Nel primo capitolo, viene effettuato uno studio dello stato dell’arte del Cloud Computing, dei suoi attuali limiti e delle prospettive offerte da un modello di Cloud Federation nel futuro immediato. Nel secondo capitolo vengono discusse nel dettaglio le tecniche di live migration, di recente riferimento per la comunità scientifica internazionale e le possibili ottimizzazioni in scenari inter e intra data center, con l’intento di definire la base teorica per lo studio approfondito dell’implementazione effettiva del processo di migrazione su piattaforma QEMU-KVM, che viene affrontato nel terzo capitolo. In particolare, in quest’ultimo sono descritti i principi architetturali e di funzionamento dell'hypervisor e viene definito il modello di progettazione e l’algoritmo alla base del processo di migrazione. Nel quarto capitolo, infine, si presenta il lavoro svolto, le scelte configurative e progettuali per la creazione di un ambiente di testbed adatto allo studio di sessioni di live migration concorrenti e vengono discussi i risultati delle misure di performance e del comportamento del sistema, tramite le sperimentazioni effettuate.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati su realta aumentata mobile: Un caso di studio, con approfondimento relativo al livello della cooperazione

Dall'inizio del nuovo millennio lo sviluppo di tecnologie nel campo del mobile computing, della rete internet, lo sviluppo dell'Internet of things e pure il cloud computing hanno reso possibile l'innovazione dei metodi di lavoro e collaborazione. L'evoluzione del mobile computing e della realtà aumentata che sta avvenendo in tempi più recenti apre potenzialmente nuovi orizzonti nello sviluppo di sistemi distribuiti collaborativi. Esistono oggi diversi framework a supporto della realtà aumentata, Wikitude, Metaio, Layar, ma l'interesse primario di queste librerie è quello di fornire una serie di API fondamentali per il rendering di immagini 3D attraverso i dispositivi, per lo studio dello spazio in cui inserire queste immagini e per il riconoscimento di marker. Questo tipo di funzionalità sono state un grande passo per quanto riguarda la Computer Graphics e la realtà aumentata chiaramente, però aprono la strada ad una Augmented Reality(AR) ancora più aumentata. Questa tesi si propone proprio di presentare l'ideazione, l'analisi, la progettazione e la prototipazione di un sistema distribuito situato a supporto della collaborazione basato su realtà aumentata. Lo studio di questa applicazione vuole mettere in luce molti aspetti innovativi e che ancora oggi non sono stati approfonditi né tanto meno sviluppati come API o forniti da librerie riguardo alla realtà aumentata e alle sue possibili applicazioni.

Applicazioni di tecnologie IoT e wearable alla domotica: un caso di studio

Oggigiorno milioni di persone fanno uso di Internet per gli utilizzi più disparati: dalla ricerca di informazioni sul Web al gioco online; dall'invio e ricezione di email all'uso di applicazioni social e tante altre attività. Mentre milioni di dispositivi ci offrono queste possibilità, un grande passo in avanti sta avvenendo in relazione all'uso di Internet come una piattaforma globale che permetta a oggetti di tutti i giorni di coordinarsi e comunicare tra di loro. È in quest'ottica che nasce Internet of Things, l'Internet delle cose, dove un piccolo oggetto come un braccialetto può avere un grande impatto nel campo medico per il monitoraggio da remoto di parametri vitali o per la localizzazione di pazienti e personale e l'effettuazione di diagnosi da remoto; dove un semplice sensore ad infrarosso può allertarci a distanza di una presenza non autorizzata all'interno della nostra abitazione; dove un'autovettura è in grado di leggere i dati dai sensori distribuiti sulla strada. Questa tesi vuole ripercorrere gli aspetti fondamentali di Internet of Things, dai sistemi embedded fino alla loro applicazione nella vita odierna, illustrando infine un progetto che mostra come alcune tecnologie IoT e wearable possano integrarsi nella domotica, come per esempio l'utilizzo di uno smartwatch, come Apple Watch, per il controllo dell'abitazione.

Internet of things e integrazione nel web: Web of things

Internet of Things (IoT): tre parole che sintetizzano al meglio come la tecnologia abbia pervaso quasi ogni ambito della nostra vita. In questa tesi andrò a esplorare le soluzioni hardware e soprattutto software che si celano dietro allo sviluppo di questa nuova frontiera tecnologica, dalla cui combinazione con il web nasce il Web of Things, ovvero una visione globale, accessibile da qualsiasi utente attraverso i comuni mezzi di navigazione, dei servizi che ogni singolo smart device può offrire. Sarà seguito un percorso bottom-up partendo dalla descrizione fisica dei device e delle tecnologie abilitanti alla comunicazione thing to thing ed i protocolli che instaurano fra i device le connessioni. Proseguendo per l’introduzione di concetti quali middleware e smart gateway, sarà illustrata l’integrazione nel web 2.0 di tali device menzionando durante il percorso quali saranno gli scenari applicativi e le prospettive di sviluppo auspicabili.

Deployment automatico di applicazioni specificate in linguaggio ABS

Da quando è iniziata l'era del Cloud Computing molte cose sono cambiate, ora è possibile ottenere un server in tempo reale e usare strumenti automatizzati per installarvi applicazioni. In questa tesi verrà descritto lo strumento MODDE (Model-Driven Deployment Engine), usato per il deployment automatico, partendo dal linguaggio ABS. ABS è un linguaggio a oggetti che permette di descrivere le classi in una maniera astratta. Ogni componente dichiarato in questo linguaggio ha dei valori e delle dipendenze. Poi si procede alla descrizione del linguaggio di specifica DDLang, col quale vengono espressi tutti i vincoli e le configurazioni finali. In seguito viene spiegata l’architettura di MODDE. Esso usa degli script che integrano i tool Zephyrus e Metis e crea un main ABS dai tre file passati in input, che serve per effettuare l’allocazione delle macchine in un Cloud. Inoltre verranno introdotti i due sotto-strumenti usati da MODDE: Zephyrus e Metis. Il primo si occupa di scegliere quali servizi installare tenendo conto di tutte le loro dipendenze, cercando di ottimizzare il risultato. Il secondo gestisce l’ordine con cui installarli tenendo conto dei loro stati interni e delle dipendenze. Con la collaborazione di questi componenti si ottiene una installazione automatica piuttosto efficace. Infine dopo aver spiegato il funzionamento di MODDE viene spiegato come integrarlo in un servizio web per renderlo disponibile agli utenti. Esso viene installato su un server HTTP Apache all’interno di un container di Docker.

A QoS Controller Framework Compliant with the ETSI Network Function Virtualization Specification

The 5th generation of mobile networking introduces the concept of “Network slicing”, the network will be “sliced” horizontally, each slice will be compliant with different requirements in terms of network parameters such as bandwidth, latency. This technology is built on logical instead of physical resources, relies on virtual network as main concept to retrieve a logical resource. The Network Function Virtualisation provides the concept of logical resources for a virtual network function, enabling the concept virtual network; it relies on the Software Defined Networking as main technology to realize the virtual network as resource, it also define the concept of virtual network infrastructure with all components needed to enable the network slicing requirements. SDN itself uses cloud computing technology to realize the virtual network infrastructure, NFV uses also the virtual computing resources to enable the deployment of virtual network function instead of having custom hardware and software for each network function. The key of network slicing is the differentiation of slice in terms of Quality of Services parameters, which relies on the possibility to enable QoS management in cloud computing environment. The QoS in cloud computing denotes level of performances, reliability and availability offered. QoS is fundamental for cloud users, who expect providers to deliver the advertised quality characteristics, and for cloud providers, who need to find the right tradeoff between QoS levels that has possible to offer and operational costs. While QoS properties has received constant attention before the advent of cloud computing, performance heterogeneity and resource isolation mechanisms of cloud platforms have significantly complicated QoS analysis and deploying, prediction, and assurance. This is prompting several researchers to investigate automated QoS management methods that can leverage the high programmability of hardware and software resources in the cloud.

Design, implementation and performance evaluation of an anonymous distributed simulator

La simulazione è definita come la rappresentazione del comportamento di un sistema o di un processo per mezzo del funzionamento di un altro o, alternativamente, dall'etimologia del verbo “simulare”, come la riproduzione di qualcosa di fittizio, irreale, come se in realtà, lo fosse. La simulazione ci permette di modellare la realtà ed esplorare soluzioni differenti e valutare sistemi che non possono essere realizzati per varie ragioni e, inoltre, effettuare differenti valutazioni, dinamiche per quanto concerne la variabilità delle condizioni. I modelli di simulazione possono raggiungere un grado di espressività estremamente elevato, difficilmente un solo calcolatore potrà soddisfare in tempi accettabili i risultati attesi. Una possibile soluzione, viste le tendenze tecnologiche dei nostri giorni, è incrementare la capacità computazionale tramite un’architettura distribuita (sfruttando, ad esempio, le possibilità offerte dal cloud computing). Questa tesi si concentrerà su questo ambito, correlandolo ad un altro argomento che sta guadagnando, giorno dopo giorno, sempre più rilevanza: l’anonimato online. I recenti fatti di cronaca hanno dimostrato quanto una rete pubblica, intrinsecamente insicura come l’attuale Internet, non sia adatta a mantenere il rispetto di confidenzialità, integrità ed, in alcuni, disponibilità degli asset da noi utilizzati: nell’ambito della distribuzione di risorse computazionali interagenti tra loro, non possiamo ignorare i concreti e molteplici rischi; in alcuni sensibili contesti di simulazione (e.g., simulazione militare, ricerca scientifica, etc.) non possiamo permetterci la diffusione non controllata dei nostri dati o, ancor peggio, la possibilità di subire un attacco alla disponibilità delle risorse coinvolte. Essere anonimi implica un aspetto estremamente rilevante: essere meno attaccabili, in quanto non identificabili.

Robustness of speckle imaging techniques applied to horizontal imaging scenarios

Atmospheric turbulence near the ground severely limits the quality of imagery acquired over long horizontal paths. In defense, surveillance, and border security applications, there is interest in deploying man-portable, embedded systems incorporating image reconstruction methods to compensate turbulence effects. While many image reconstruction methods have been proposed, their suitability for use in man-portable embedded systems is uncertain. To be effective, these systems must operate over significant variations in turbulence conditions while subject to other variations due to operation by novice users. Systems that meet these requirements and are otherwise designed to be immune to the factors that cause variation in performance are considered robust. In addition robustness in design, the portable nature of these systems implies a preference for systems with a minimum level of computational complexity. Speckle imaging methods have recently been proposed as being well suited for use in man-portable horizontal imagers. In this work, the robustness of speckle imaging methods is established by identifying a subset of design parameters that provide immunity to the expected variations in operating conditions while minimizing the computation time necessary for image recovery. Design parameters are selected by parametric evaluation of system performance as factors external to the system are varied. The precise control necessary for such an evaluation is made possible using image sets of turbulence degraded imagery developed using a novel technique for simulating anisoplanatic image formation over long horizontal paths. System performance is statistically evaluated over multiple reconstruction using the Mean Squared Error (MSE) to evaluate reconstruction quality. In addition to more general design parameters, the relative performance the bispectrum and the Knox-Thompson phase recovery methods is also compared. As an outcome of this work it can be concluded that speckle-imaging techniques are robust to the variation in turbulence conditions and user controlled parameters expected when operating during the day over long horizontal paths. Speckle imaging systems that incorporate 15 or more image frames and 4 estimates of the object phase per reconstruction provide up to 45% reduction in MSE and 68% reduction in the deviation. In addition, Knox-Thompson phase recover method is shown to produce images in half the time required by the bispectrum. The quality of images reconstructed using Knox-Thompson and bispectrum methods are also found to be nearly identical. Finally, it is shown that certain blind image quality metrics can be used in place of the MSE to evaluate quality in field scenarios. Using blind metrics rather depending on user estimates allows for reconstruction quality that differs from the minimum MSE by as little as 1%, significantly reducing the deviation in performance due to user action.

Managing server energy and reducing operational cost for online service providers

The past decade has seen the energy consumption in servers and Internet Data Centers (IDCs) skyrocket. A recent survey estimated that the worldwide spending on servers and cooling have risen to above $30 billion and is likely to exceed spending on the new server hardware . The rapid rise in energy consumption has posted a serious threat to both energy resources and the environment, which makes green computing not only worthwhile but also necessary. This dissertation intends to tackle the challenges of both reducing the energy consumption of server systems and by reducing the cost for Online Service Providers (OSPs). Two distinct subsystems account for most of IDC’s power: the server system, which accounts for 56% of the total power consumption of an IDC, and the cooling and humidifcation systems, which accounts for about 30% of the total power consumption. The server system dominates the energy consumption of an IDC, and its power draw can vary drastically with data center utilization. In this dissertation, we propose three models to achieve energy effciency in web server clusters: an energy proportional model, an optimal server allocation and frequency adjustment strategy, and a constrained Markov model. The proposed models have combined Dynamic Voltage/Frequency Scaling (DV/FS) and Vary-On, Vary-off (VOVF) mechanisms that work together for more energy savings. Meanwhile, corresponding strategies are proposed to deal with the transition overheads. We further extend server energy management to the IDC’s costs management, helping the OSPs to conserve, manage their own electricity cost, and lower the carbon emissions. We have developed an optimal energy-aware load dispatching strategy that periodically maps more requests to the locations with lower electricity prices. A carbon emission limit is placed, and the volatility of the carbon offset market is also considered. Two energy effcient strategies are applied to the server system and the cooling system respectively. With the rapid development of cloud services, we also carry out research to reduce the server energy in cloud computing environments. In this work, we propose a new live virtual machine (VM) placement scheme that can effectively map VMs to Physical Machines (PMs) with substantial energy savings in a heterogeneous server cluster. A VM/PM mapping probability matrix is constructed, in which each VM request is assigned with a probability running on PMs. The VM/PM mapping probability matrix takes into account resource limitations, VM operation overheads, server reliability as well as energy effciency. The evolution of Internet Data Centers and the increasing demands of web services raise great challenges to improve the energy effciency of IDCs. We also express several potential areas for future research in each chapter.

Dynamic SLA management with forecasting using multi-objective optimization

Cost-efficient operation while satisfying performance and availability guarantees in Service Level Agreements (SLAs) is a challenge for Cloud Computing, as these are potentially conflicting objectives. We present a framework for SLA management based on multi-objective optimization. The framework features a forecasting model for determining the best virtual machine-to-host allocation given the need to minimize SLA violations, energy consumption and resource wasting. A comprehensive SLA management solution is proposed that uses event processing for monitoring and enables dynamic provisioning of virtual machines onto the physical infrastructure. We validated our implementation against serveral standard heuristics and were able to show that our approach is significantly better.