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17.02.2018 | Ausgabe 6/2018

The Journal of Supercomputing 6/2018

Design and energy-efficient resource management of virtualized networked Fog architectures for the real-time support of IoT applications

Zeitschrift:
The Journal of Supercomputing > Ausgabe 6/2018
Autoren:
Paola G. Vinueza Naranjo, Enzo Baccarelli, Michele Scarpiniti

Abstract

With the incoming 5G access networks, it is forecasted that Fog computing (FC) and Internet of Things (IoT) will converge onto the Fog-of-IoT paradigm. Since the FC paradigm spreads, by design, networking and computing resources over the wireless access network, it would enable the support of computing-intensive and delay-sensitive streaming applications under the energy-limited wireless IoT realm. Motivated by this consideration, the goal of this paper is threefold. First, it provides a motivating study the main “killer” application areas envisioned for the considered Fog-of-IoT paradigm. Second, it presents the design of a CoNtainer-based virtualized networked computing architecture. The proposed architecture operates at the Middleware layer and exploits the native capability of the Container Engines, so as to allow the dynamic real-time scaling of the available computing-plus-networking virtualized resources. Third, the paper presents a low-complexity penalty-aware bin packing-type heuristic for the dynamic management of the resulting virtualized computing-plus-networking resources. The proposed heuristic pursues the joint minimization of the networking-plus-computing energy by adaptively scaling up/down the processing speeds of the virtual processors and transport throughputs of the instantiated TCP/IP virtual connections, while guaranteeing hard (i.e., deterministic) upper bounds on the per-task computing-plus-networking delays. Finally, the actual energy performance-versus-implementation complexity trade-off of the proposed resource manager is numerically tested under both wireless static and mobile Fog-of-IoT scenarios and comparisons against the corresponding performances of some state-of-the-art benchmark resource managers and device-to-device edge computing platforms are also carried out.

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