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Edge-On : uma plataforma multicamadas com suporte ao processamento e compartilhamento de conteúdo na borda da rede para a Internet de Veículos

As redes veiculares (Vehicular Ad Hoc Networks - VANETs) evoluíram dos modos de comunicação tradicionais denominados veículo para veículo (Vehicle-to-Vehicle - V2V) e veículo para infraestrutura (Vehicle-to-Infrastructure - V2I ) para a chamada Internet de veículos (Internet of Vehicles - IoV ), per...

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Main Author: BARBOSA, Francisco Edigleison da Silva
Other Authors: DIAS, Kelvin Lopes
Format: masterThesis
Language: por
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2020
Subjects:
Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos
Internet de Veículos
Virtualização de Funções de Rede
Redes Definidas por Software
Online Access: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/37649
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spelling ir-123456789-376492020-08-15T05:10:40Z Edge-On : uma plataforma multicamadas com suporte ao processamento e compartilhamento de conteúdo na borda da rede para a Internet de Veículos BARBOSA, Francisco Edigleison da Silva DIAS, Kelvin Lopes http://lattes.cnpq.br/3749960187121741 http://lattes.cnpq.br/8664169441117482 Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos Internet de Veículos Virtualização de Funções de Rede Redes Definidas por Software As redes veiculares (Vehicular Ad Hoc Networks - VANETs) evoluíram dos modos de comunicação tradicionais denominados veículo para veículo (Vehicle-to-Vehicle - V2V) e veículo para infraestrutura (Vehicle-to-Infrastructure - V2I ) para a chamada Internet de veículos (Internet of Vehicles - IoV ), permitindo comunicação veículo para tudo (Vehicleto-Everything - V2X) através da sinergia com a computação em nuvem e a Internet das coisas (Internet of Things - IoT). Estima-se que haverá mais de 300 milhões de carros conectados até 2022, gerando mais de 400 PetaBytes de dados nos mais diversos tipos de redes móveis. Dessa forma, surgem vários desafios no projeto de arquiteturas e mecanismos que viabilizem o compartilhamento de conteúdo de maneira eficiente, bem como o suporte aos requisitos de baixa latência nas comunicações para tomadas de decisão em aplicações focadas em carros conectados e segurança dos passageiros e pedestres. Neste sentido, por um lado o paradigma de redes definidas por software (Software Defined Networking - SDN) tem sido empregado para permitir melhor gerenciamento, flexibilidade e programabilidade da rede veicular; por outro, computação na borda (Edge Computing) e na névoa (Fog Computing) podem auxiliar na redução da latência, permitindo armazenamento e processamento mais próximos do usuário. Contudo, soluções utilizando estes e outros blocos construtores das redes 5G ainda são incipientes diante dos requisitos para a efetiva operação e implantação de serviços para a IoV. Esta dissertação propõe uma plataforma hierárquica denominada Edge-On para processamento de dados de ponta a ponta, que permite a replicação na borda da rede dos conteúdos mais requisitados, distribuindo-os tanto na camada (Multi-access Edge Computing - MEC), quanto nos próprios veículos por meio de um modelo de (On Board Unit - OBU) e Fog baseados em um plano de dados OpenFlow e com suporte a containers. Edge-On considera camada de nuvem remota OpenStack, controlador SDN e switches como funções de rede virtuais (Virtual Network Function - VFN) , camada intermediária MEC na borda da rede e próxima às (Road-Side Units - RSU), provendo comunicação via APIs, bem como orquestração Docker Swarm e (Network Function Virtualization - NFV). O modelo em camadas e de orquestração propostos viabilizam a criação de templates e execução dinâmica de aplicações em microsserviços. A camada Fog nos veículos considera uma estratégia que permite compartilhamento de conteúdo entre os veículos via protocolo Torrent (Peer-to-Peer - P2P), sem a necessidade de infraestrutura, tolerante a falhas e com suporte à mobilidade. Avaliamos a proposta em cenários de transferência de arquivos e compartilhamento de conteúdo. Os resultados são promissores e indicam que a arquitetura pode lidar com os requisitos rigorosos em termos de latência para aplicações IoV. FACEPE Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs) have evolved from traditional Vehicle-to-Vehicle (V2V), and Vehicle-to-Infrastructure (V2I) communications to the so-called Internet of Vehicles (IoV) enabled by the integration with cloud computing and Internet of Things (IoT). Reports estimate that there will exist over 300 million connected cars by 2022, producing over 400 PetaBytes of data across a wide range of mobile networks. Such a scenario creates several challenges to design the architectures and mechanisms to enable efficient data dissemination such as content sharing. They also need to support low latency communications for decision making in applications focused on connected cars and the safety of passengers and pedestrians. On the one hand, the Software Defined Networking (SDN) has been employed to allow better management, flexibility, and programmability of both wired and vehicular network; on the other hand, Edge Computing and Fog Computing can help reduce latency, deploying storage and processing closer to end devices. However, solutions using these and other building blocks of 5G networks are still incipient given the requirements for effective operation and deployment of services for IoV. This dissertation proposes a hierarchical platform called Edge-On for end-to-end data processing, which allows the replication of the most requested content at the edge of the network, distributing it both in the Multi-access Edge Computing (MEC) layer and in the vehicles themselves through an On Board Unit (OBU) model and a Fog based on an OpenFlow data plan and with container support. Edge-On considers OpenStack remote cloud layer, SDN controller and switches to be Virtual Network Function (VNF), MEC mid-tier at the network edge and near Road-Side Units (RSU), providing communication via APIs, as well as Docker Swarm orchestration and Network Function Virtualization (NFV). The proposed layered model and orchestration enable the creation of templates for services and applications as well as the dynamic execution of microservices. The fog layer in vehicles allows infrastructure-independent, fault-tolerant content sharing between vehicles via Peer-to-Peer (P2P) protocol with mobility support. We evaluated the proposal in both file transfer and content sharing scenarios. The results are promising and indicate that the architecture can handle stringent latency requirements for IoV applications. 2020-08-14T17:11:45Z 2020-08-14T17:11:45Z 2019-09-06 masterThesis BARBOSA, Francisco Edigleison da Silva. Edge-On: uma plataforma multicamadas com suporte ao processamento e compartilhamento de conteúdo na borda da rede para a Internet de Veículos. 2019. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2019. https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/37649 por openAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Ciencia da Computacao
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BARBOSA, Francisco Edigleison da Silva
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description As redes veiculares (Vehicular Ad Hoc Networks - VANETs) evoluíram dos modos de comunicação tradicionais denominados veículo para veículo (Vehicle-to-Vehicle - V2V) e veículo para infraestrutura (Vehicle-to-Infrastructure - V2I ) para a chamada Internet de veículos (Internet of Vehicles - IoV ), permitindo comunicação veículo para tudo (Vehicleto-Everything - V2X) através da sinergia com a computação em nuvem e a Internet das coisas (Internet of Things - IoT). Estima-se que haverá mais de 300 milhões de carros conectados até 2022, gerando mais de 400 PetaBytes de dados nos mais diversos tipos de redes móveis. Dessa forma, surgem vários desafios no projeto de arquiteturas e mecanismos que viabilizem o compartilhamento de conteúdo de maneira eficiente, bem como o suporte aos requisitos de baixa latência nas comunicações para tomadas de decisão em aplicações focadas em carros conectados e segurança dos passageiros e pedestres. Neste sentido, por um lado o paradigma de redes definidas por software (Software Defined Networking - SDN) tem sido empregado para permitir melhor gerenciamento, flexibilidade e programabilidade da rede veicular; por outro, computação na borda (Edge Computing) e na névoa (Fog Computing) podem auxiliar na redução da latência, permitindo armazenamento e processamento mais próximos do usuário. Contudo, soluções utilizando estes e outros blocos construtores das redes 5G ainda são incipientes diante dos requisitos para a efetiva operação e implantação de serviços para a IoV. Esta dissertação propõe uma plataforma hierárquica denominada Edge-On para processamento de dados de ponta a ponta, que permite a replicação na borda da rede dos conteúdos mais requisitados, distribuindo-os tanto na camada (Multi-access Edge Computing - MEC), quanto nos próprios veículos por meio de um modelo de (On Board Unit - OBU) e Fog baseados em um plano de dados OpenFlow e com suporte a containers. Edge-On considera camada de nuvem remota OpenStack, controlador SDN e switches como funções de rede virtuais (Virtual Network Function - VFN) , camada intermediária MEC na borda da rede e próxima às (Road-Side Units - RSU), provendo comunicação via APIs, bem como orquestração Docker Swarm e (Network Function Virtualization - NFV). O modelo em camadas e de orquestração propostos viabilizam a criação de templates e execução dinâmica de aplicações em microsserviços. A camada Fog nos veículos considera uma estratégia que permite compartilhamento de conteúdo entre os veículos via protocolo Torrent (Peer-to-Peer - P2P), sem a necessidade de infraestrutura, tolerante a falhas e com suporte à mobilidade. Avaliamos a proposta em cenários de transferência de arquivos e compartilhamento de conteúdo. Os resultados são promissores e indicam que a arquitetura pode lidar com os requisitos rigorosos em termos de latência para aplicações IoV.
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