Optimal Design and Resource Management of Fog Infrastructures for Vehicular Networks
Conception Optimale et Gestion des Ressources des Infrastructures Fog pour des Réseaux Véhiculaires
Résumé
The advent of connected cars will drive the need for infrastructures supporting
latency critical applications whose requirements can no longer be supported by
the distant Cloud. The Fog, on the other hand, is a new paradigm bringing
computation, storage and networking closer to the user. The Fog can be seen as
a more geographically distributed Cloud. However building such an infrastructure
requires thoughtful design decisions to minimize the installation and operating
costs. There are other costs associated with operating a Fog network that can
be optimized by considering mobility patterns. There are also challenges around
allocating tasks in Fog networks.
In this thesis, we provide solutions to minimize the Fog infrastructure costs
including compute capacity, bandwidth and energy by taking advantage of traffic
statistics and mobility patterns. In a first study, we explore how to minimize
the cost of an upcoming Fog infrastructure at its design phase. The solution
we propose uses optimization and queuing theory and returns the optimal set of
Fog nodes to open conjointly with the corresponding routing strategy for base
stations. In a second study, we provide a model to minimize overheads introduced
by service migrations in the Fog based on mobility patterns. In the last study,
we examine distributed task allocation strategies for base stations which neither
cooperate nor require knowledge of the physical infrastructure. We propose a
simulation model to compare algorithms reacting to the response times they
observe from Fog nodes and provide benchmarks.
L’avènement des véhicules connectés va entraîner la nécessité de construire
des infrastructures capables de répondre aux besoins d’applications à latence
faible dont les contraintes ne pourront plus être satisfaites par le Cloud. Le Fog
est un nouveau paradigme qui rapproche les calculs, le stockage et le réseau de
l’utilisateur. Le Fog peut être perçu comme un Cloud plus réparti géographiquement. Cependant, la construction d’une telle infrastructure nécessite une décision
réfléchie afin de minimiser les coûts d’installation et d’opération. D’autres coûts
associés au fonctionnement d’un réseau Fog peuvent être optimisés en fonction
des profils de mobilité des usagers. Il y a également des défis autour de l’allocation
des tâches dans les réseaux Fog.
Dans cette thèse, nous proposons des solutions pour minimiser les coûts d’une
infrastructure Fog, y compris ceux de capacité de calcul, la bande passante et
les coûts énergétiques, en tirant parti de statistiques de trafic et des profils de
mobilité. Dans une première étude, nous explorons comment minimiser le coût
d’une infrastructure Fog lors de sa conception. La solution que nous proposons
utilise l’optimisation et la théorie des files d’attentes et permet d’obtenir un
ensemble optimal de nœuds Fog à installer ainsi que la stratégie de routage des
stations de base cellulaires adaptée. Dans une deuxième étude, nous proposons un
modèle pour minimiser les surcoûts résultant des migrations de service à l’aide
des profils de mobilité. Dans la dernière étude, nous examinons des stratégies
réparties d’allocation de tâches pour les stations de base sans qu’elles n’aient
besoin de coopérer ni qu’elles n’aient aucune information sur l’infrastructure.
Nous proposons un modèle de simulation pour comparer la réaction de divers
algorithmes en fonction des temps de réponse des nœuds Fog qu’ils observent.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)