Upload
monique-meijer
View
218
Download
2
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
Department of Information Technology (INTEC)Internet Based Communication Networks and Services research group (IBCN)
Protocoloptimalisaties voor mobiele cloud computing
Pieter Simoens
Openbare doctoraatsverdediging
Evolutie van mobiele toestellen
2
1983: eerste mobiele telefoon van Motorola
6-digit LED display1u autonomie
33 cm x 4,45 cm x 8,9 cm800 gram
telefoniegeheugen voor 30
nummers
Van draadloze telefoon naar smartphone
6-digit LED display1u autonomie
33 cm x 4,45 x 8,9 cm800 gram
geheugen voor 30 nummers
9 cm display14u GSM/10u Wi-Fi
11,5 cm x 5,9 cm x 0,9 cm137 gram
512 MB RAM 16 GB permanent geheugen
telefoniegyroscoopkompas
GPS
Wi-Fi/UMTSBlueTooth
HD camera
1983
2010
telefonie
3
Uitbesteden van data en programma’s
centrale installatie enonderhoud
geen dataverlies
bij diefstal of crash
krachtige reken- en
opslagcapaciteit
4
server
smartphone
server
routerCloud computing
thin clientGrootste deel van de
rekentaken worden op de server en niet op het toestel
uitgevoerd
Cloud computing aan UGent
5
DICT, campus De Sterre
FEA, Jozef Plateaustraat
IBCN, campus Zuiderpoort
Cloud computing: ver van uw bed?
6
Positionering van het onderzoek
Protocoloptimalisatiesvoor mobiele
cloud computing
A
A
A
(25,37)
7
Citrix ICA VNC Microsoft RDP
Inhoud doctoraat
uitdagingen oplossingen
8
Uitdaging 1: draadloze bandbreedte
draadlozebandbreedte
beperktvariërend
duur
Economisch
Technologisch
9
Uitdaging 2: responstijd
• fysische propagatietijd• verwerkingstijden in routers, firewalls…• rekentijd in server• vertraging door opnieuw verzenden van
verloren data
10
router firewall
Uitdaging 3: energieverbruik
PACEMAKER
GSM
BATTERIJ
LAPTOP
iPOD
DIGITALE CAMERA
PLAYSTATIONPORTABLE
11
Ik ga op reis en ik neem mee…
een oplader voor al mijn elektronische toestellen!
Uitdaging 3: energieverbruik
SIM kaart
aansturingbeeldscher
m
geheugen(FLASH)
processor
draadlozecommunicatie
12
GPS energiebeheer
Elektronica van de iPhone 3Gs
minderberekeningen
Cloud computing heeft dubbele impact op energieverbruik
meer dataverkeer
Inhoud doctoraat
uitdagingen oplossingen
Intelligent verzenden van gebruikersinvoerDynamisch uitschakelen van hardwarecomponenten
13
‘B’
Overdracht van gebruikersinvoer
14
‘A’
dataadres
10.10.7.1 ‘A’Verhouding
nuttige data/adresinformatie
< 10 %
Inefficiënt transport van gebruikersinvoer
6-8 bytes nuttige data84 bytes adresinformatie
10.10.7.1
‘B’
‘A’
10.10.7.1
Groeperen van invoer
‘B’‘A’
10.10.7.1 ‘A’‘B’
bandbreedte responstijd
Hoe lang bufferen?
• variërende vertraging in het netwerk
• wachten op volgende invoer of niet?
Nood aan model met instelpunten
buffer
15
RTT = 100 ms
Modellenwerk
buffertijd
responstijd
maximaleresponstijd
bandbreedte
Keuze instelpunt hangt af van het netwerk, de ingestelde voorkeur (policy) en de specifieke toepassing
16
RTT = 50 ms
RTT = 30 ms
Voortdurend aanpassen instelpunt
Algoritme werkt in een dynamische lus
netwerk
monitor analyse
beslissingbuffertijd
17
Resultaten
Maximale responstijd niet overschreden
Bandbreedtebesparing tot 78 %
buffertijd
bandbreedte[kbps]
buffertijd
responstijd[ms]
18
Resultaten voor VNC, automatisch gegenereerde gebruikersinvoer en ingestelde maximale responstijd van 150 ms
Inhoud doctoraat
uitdagingen oplossingen
Intelligent verzenden van gebruikersinvoerDynamisch uitschakelen van hardwarecomponenten
19
Elektronica van de iPhone 3Gsprocessor
draadlozecommunicatie
BaseBandprocessor
versterkers
transceiver
TX
4 toestanden
RX
ID
SL
verzenden van data (transmit)ontvangen van data (receive)
stand-by (idle)
slaapstand (sleep) tot 10x minder energieverbruik
Het gemiddelde energieverbruik hangt
rechtstreeks af van de tijd doorgebracht in elke
toestand.
20
Energiebesparing
Department of Information Technology – Broadband Communication Networks (IBCN) 21
RXID tijdTX TX ID RXID
Ga over naar slaapstand tijdens wachttijden
Uitdagingen
• variërende netwerkvertraging en rekentijden• uitschakelen antenne kan leiden tot dataverlies en
retransmissies 21
applicatielaag
transmissielaag
Administratief overleg
applicatielaag
transmissielaag
• coderen gebruikersinvoer • decoderen beeldupdates
• versturen/ontvangen van bytes• aansturen communicatiehardware
A
01011100
11010110
22
Omzetten stand-by naar slaapstand
applicatielaag
transmissielaag
ITRA
Idle Time Reduction Algorithm
tijdTX
Analyse uitgewisselde dataVoorspel ontvangst van nieuwe serverdata
tijd
IDSL
Ga in ‘sleep’ toestandgedurende X ms
RX
IDzonder ITRA ITRA bespaart tot 35% energie
23
Inhoud doctoraat
uitdagingen oplossingen
Hybrid thin client protocolSemantisch thin client protocol
24
Grote diversiteit in beelden
• grote gebieden met dezelfde kleur
• beperkt aantal kleuren• kleine updates van het scherm
• beperkt aantal updates per
seconde
• geen homogene kleurgebieden
• gedetailleerde kleurpatronen
• ganse scherm tegelijk geüpdatet
• groot aantal updates per seconde
kantoortoepassingtekstverwerker, rekenblad, e-
multimedia toepassingvideo, 3D spel
25
One size does not fit all
26
Codeerformaat aanpassen aan karakteristieken van het beeld
Oplossing: hybrid protocol
toepassing
beeldanalyse
beslissing
27
video (H.264)thin client protocol
statisch
dynamisch
processorbelasting
bandbreedtebeeldkwaliteit
type beeld
coderingframebuffer
thin client protocol (VNC)
video
H.264
Beeldanalyse
Vergelijk aantal pixels van opeenvolgende beelden om hoeveelheid beweging te bepalen
28
Beslissingsalgoritme
beslissingsvariable
tijd
VNC
video
Hysteresis en geheugeneffect in algoritme• beslissingsvariable uitmiddelen over langere periode• thermostaatregeling met overgangszone
statische scene starten Word
29
Inhoud doctoraat
uitdagingen oplossingen
Hybrid thin client protocolSemantisch thin client protocol
30
Een bijkomend kanaal
31
RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGBRGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGBRGB RGB RGB RGB RGB RGB RGBRGB RGB RGB RGB RGB RGB RGBRGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB
beschrijving lay-out en eigenschappen
(semantische informatie)
video
invoerveld
tekst
afbeelding
Uitdaging
detecteren individuele objecten
Nadelen klassiek protocol
geen individuele codering per
object
toestel “weet” niet wat het
weergeeft
Semantische informatie verzamelen
toepassing
grafische bibliotheek
netwerkcommunicatie
send(0101100)
32
putImage( , X, Y)tekeninstructies
te versturen bytes(gecodeerd beeld)
decoderingweergave beeld
“plaats deze bytes op positie (X, Y)”
Microsoft Word
coderencoderen semantische
informatiesend(0101) send(1100)
JPEG bytes
“Deze bytes stellen een JPEG afbeelding
voor, op positie (X,Y)”
Lokaal afhandelen van gebruikersinvoer
Zonder semantische informatie
“gebruiker heeft geklikt op positie
(4,5)”
Met semantische informatie“gebruiker heeft geklikt op object A”
type: menu itempositie: (1,1)grootte: 10x10bij muisklik: actie X
kortere responstijd
minder bandbreedte
33
INVOER ACTIES
Intelligente component
grafische bibliotheek
netwerkcommunicatie
34
Microsoft Word
coderencoderen semantische
informatie
INVOER ACTIES
Resultaten
Reductie van datapieken
bezochte website
[MB]
Extra bandbreedte voor meta-dataweegt niet op tegen efficiëntere codering
60 – 80 % besparing
t.o.v. conventioneel
thin client protocolopen open opensluit sluit sluit
tijd [s]
ogenblikkelijke bandbreedte [kbps]
reductie met 70 %, ook t.o.v. semantische thin
client protocollen
35
Resultaten voor gEdit tekstverwerker en MPEG-4 BiFS compressie
Samenvatting
bandbreedte
responstijd
energieverbruik
intelligentbufferen
gebruikersinvoer
energiebesparing tijdens intervallen
zonder data
hybridprotocol
doorsturenextra informatie
En verder?
37
“The mobile platforms are so powerful now that you can build
applications that do magical things that are connected with
the cloud.”Eric Schmidt, Google CEO
Thin client wordt smart client
Smartphone als toegangspunt voor immersieve toepassingen
Vragen?
Department of Information Technology (INTEC)Internet Based Communication Networks and Services research group (IBCN)
38