Fog Networks Mung Chiang Princeton University 2015 - - PowerPoint PPT Presentation

Fog ¡Networks ¡

¡ Mung ¡Chiang ¡ Princeton ¡University ¡ 2015 ¡

From ¡Cloud ¡to ¡Fog ¡

2000 ¡– ¡2015 ¡ ¡ 2015 ¡– ¡2030 ¡? ¡ ¡ ¡

What ¡is ¡“Fog ¡Network”? ¡ ¡

• A ¡network ¡architecture ¡that ¡uses ¡one ¡or ¡a ¡

collaboraGve ¡mulGtude ¡of ¡end-­‑user ¡clients ¡or ¡ near-­‑user ¡edge ¡devices ¡to ¡carry ¡out ¡a ¡substanGal ¡ amount ¡of ¡storage ¡(rather ¡than ¡stored ¡primarily ¡ in ¡cloud ¡data ¡centers), ¡communicaGon ¡(rather ¡ than ¡routed ¡over ¡backbone ¡networks), ¡and ¡ control, ¡configuraGon, ¡measurement ¡and ¡ management ¡(rather ¡than ¡controlled ¡primarily ¡by ¡ network ¡gateways ¡such ¡as ¡those ¡in ¡LTE ¡core). ¡ ¡

Many ¡Types ¡of ¡Clients ¡& ¡Edge ¡Devices ¡

Contrast ¡Them ¡With… ¡

Client/Edge/IoT ¡Devices ¡

• Are ¡recently ¡becoming ¡ ¡

– Powerful ¡(in ¡sensing, ¡storage, ¡compuGng, ¡control, ¡comm.) ¡ – SGll ¡limited ¡(in ¡baYery, ¡storage, ¡compuGng, ¡informaGon) ¡ – Maybe ¡mobile ¡

• Crowds ¡of ¡clients/edge ¡devices ¡are ¡ ¡

– Dense ¡ ¡ – Distributed ¡ – Under-­‑organized ¡

It ¡has ¡become ¡both ¡feasible ¡and ¡ interesGng ¡to ¡ask: ¡ ¡ “Can ¡‘this’ ¡be ¡done ¡at ¡clients/edge?” ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Rather ¡Than: ¡

• 1. LTE ¡Core ¡(P-­‑GW, ¡S-­‑GW, ¡PCRF…) ¡
• 2. Data ¡Center ¡ ¡
• 3. Wide ¡area ¡backbone ¡ ¡

TradiGonal ¡View ¡

use ¡ ¡

Fog ¡View ¡

are ¡(part ¡of) ¡

What ¡If… ¡

• The ¡set-­‑top ¡box ¡in ¡your ¡living ¡room ¡replaces ¡the ¡DPI ¡box? ¡ ¡
• The ¡dashboard ¡in ¡your ¡car ¡is ¡your ¡cloud ¡caching ¡content? ¡
• Your ¡phone ¡(and ¡other ¡phones) ¡become ¡LTE ¡PDN-­‑GW ¡& ¡PCRF? ¡ ¡
• The ¡“network ¡edge” ¡gives ¡you ¡the ¡edge ¡
• The ¡clients ¡are ¡the ¡controllers ¡

Why ¡Fog? ¡

Brick ¡vs. ¡Click: ¡Physical ¡interacGon ¡& ¡real ¡estate ¡ ¡

• 1. Real-­‑Gme ¡processing: ¡right ¡here ¡and ¡now ¡
• 2. Rapid ¡innovaGon ¡and ¡affordable ¡scaling ¡ ¡ ¡
• 3. Client-­‑centric ¡objecGves/privacy ¡ ¡
• 4. Pooling ¡of ¡local ¡content/BW/storage/processor ¡
• 5. Operate ¡on ¡encrypted ¡and ¡mulGpath ¡traffic ¡

Case: ¡OTT ¡Smart ¡Data ¡Pricing ¡(SDP) ¡

Clients ¡can ¡crowd-­‑source ¡network ¡inference/measurement ¡and ¡overlay ¡billing ¡ PCRF% SGSN% GGSN% PCEF% MSP% OTT%Pricing%System%

Client%% Device% ISP%Connector% Client%Connector% Pricing%Policy%&%Algorithms%

SDK ¡ OTT ¡

Case: ¡Client-­‑controlled ¡Cloud ¡Storage ¡

Google Drive! Dropbox! Enterprise server!

CYRUS! CYRUS!

Box!

Client Control!

CYRUS!

Client Control!

Google Drive!

Client/edge ¡intelligence ¡can ¡commodiGze ¡cloud ¡resources ¡

Case: ¡Client-­‑Side ¡HetNets ¡Control ¡

Unlicensed ¡ Licensed, ¡Planned ¡ Licensed, ¡Unplanned ¡ Core ¡Network ¡ Control ¡Plane ¡ Data ¡Plane ¡ Internet ¡ RNS ¡ (RNC, ¡eNodeB) ¡ Wi-­‑Fi ¡AP ¡ HNS ¡ (SeGW, ¡HNB-­‑GW, ¡ HomeNodeB) ¡

Clients ¡can ¡autonomously ¡manage/control ¡their ¡own ¡configuraGons ¡

Case: ¡Client ¡Bandwidth ¡Pooling ¡

Idle ¡resources ¡on ¡the ¡edge ¡pooled ¡but ¡shared ¡unpredictably ¡ ¡ ¡

Fog ¡as ¡an ¡Architecture ¡

EDD ¡ Edge-­‑Driven ¡ “Data-­‑center” ¡ EDC ¡ Edge-­‑Driven ¡ Control-­‑plane ¡ 5G ¡Mobile ¡ ¡ IoT ¡ ¡ Data ¡analyGcs ¡ ¡

Examples ¡

• Over ¡The ¡Top ¡(OTT) ¡content ¡management ¡and ¡SDP ¡
• Client-­‑centric ¡HetNets ¡Control ¡ ¡
• Client-­‑controlled ¡cloud ¡storage ¡
• Session ¡management ¡and ¡signaling ¡load ¡opGmizaGon ¡
• Crowd-­‑sensing ¡inference ¡of ¡network ¡states ¡
• Edge ¡analyGcs ¡and ¡real-­‑Gme ¡stream-­‑mining ¡ ¡
• Clients’ ¡idle ¡compuGng/storage/content ¡pooling ¡
• Edge ¡caching/BW ¡management ¡at ¡home ¡gateway/small ¡cell ¡ ¡
• Client-­‑driven ¡distributed ¡beam-­‑forming ¡ ¡
• FlashLinQ/LTE ¡Direct/WiFi ¡Direct/AirDrop ¡
• Cloudlets/Micro ¡Datacenters/Mobile ¡CDN ¡

Cloud ¡– ¡Fog ¡Interface ¡

Massive ¡storage ¡ Heavy ¡duty ¡computaGon ¡ Global ¡coordinaGon ¡ Wide-­‑area ¡connecGvity ¡ ¡ Real ¡Gme ¡processing ¡ Rapid ¡innovaGon ¡ Client-­‑centric ¡ Edge ¡resource ¡pooling ¡ ¡

Networking ¡Revisited ¡

Relocate ¡ Fog ¡ ¡ Virtualize ¡ SDN ¡ Redefine ¡ CCN ¡

Research ¡Challenges ¡

• Trustworthiness ¡/ ¡verificaGon ¡of ¡client/edge ¡solware ¡& ¡hardware ¡
• IncenGvizaGon ¡of ¡client ¡parGcipaGon ¡
• InteracGons ¡w. ¡client/IoT ¡OS ¡and ¡definiGon ¡of ¡network ¡service ¡APIs ¡

¡

• Interfaces: ¡Cloud-­‑to-­‑cloud ¡and ¡cloud-­‑to-­‑fog ¡

¡

• OscillaGon/divergence ¡and ¡global ¡configuraGon ¡consistency ¡during ¡

the ¡interacGons ¡of ¡local ¡acGons ¡

• Tradeoff ¡of ¡Local ¡vs. ¡Global ¡architecture, ¡Distributed ¡vs. ¡Centralized ¡ ¡

Inter-­‑Disciplinary ¡SoluGons ¡

Network ¡ Engineering ¡ ¡ Device ¡ Hardware/OS ¡ Economics ¡& ¡ Pricing ¡ HCI ¡& ¡ ¡ App ¡UI/UX ¡ Data ¡Science ¡

hYp://fogresearch.org ¡

¡ “Should ¡‘this’ ¡be ¡done ¡at ¡clients/edge?” ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Impact ¡on ¡Value ¡ProposiGon ¡along ¡ Ecosystem ¡Food-­‑chain ¡

• End ¡user ¡experience ¡providers? ¡ ¡
• Network ¡operators? ¡ ¡
• Equipment ¡vendors? ¡ ¡
• Cloud ¡service ¡providers? ¡ ¡
• System ¡integrators? ¡ ¡
• Edge ¡device ¡manufacturers? ¡ ¡
• Client/IoT ¡device ¡manufacturers/OS? ¡ ¡
• Chip ¡suppliers? ¡ ¡

¡ ¡ ¡ Industry-­‑Academia ¡CollaboraGon ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

¡ chiangm@princeton.edu ¡ ¡