Gestion autonome des ressources dans le Fog computing – SeMaFoR

Le Fog Computing est un nouveau paradigme visant à décentraliser le Cloud en répartissant géographiquement les ressources de calcul, de stockage et de réseau ainsi que les services associés. Les principaux avantages sont : 1) éviter les goulets d'étranglement du réseau et les points de défaillance uniques ; 2) maintenir les données aussi près que possible de leurs sources (ex : capteurs) et des utilisateurs finaux. Toutefois, la gestion des ressources dans des systèmes aussi vastes, hétérogènes et dynamiques est très difficile et nécessite des solutions entièrement décentralisées pour des raisons d'évolutivité et de fiabilité.
Les systèmes Cloud sont souvent basés sur des contrôleurs autonomes centralisés afin de gérer sans intervention humaine les différents niveaux d'administration du Cloud. Dans le cas du Fog, le système est beaucoup plus grand, plus hétérogène, peu fiable et très dynamique. Cela empêche de construire une vue centralisée cohérente pour prendre une décision de contrôle. Ainsi, pour faire fonctionner automatiquement les systèmes Fog, des solutions distribuées sont nécessaires pour orchestrer un nombre important de petits contrôleurs autonomes, chacun ayant une vue locale de ses ressources.

Pour répondre à cette problématique, les laboratoires LS2N (IMT Atlantique), LIP6 (Sorbonne Université) et la société Alterway proposent un projet commun appelé SeMaFoR (Self Management of Fog Resources).
L'objectif général est de proposer une approche générique et un framework pour la gestion autonome des systèmes Fog. À cette fin, nous aborderons plusieurs défis ouverts :
1. Fournir un langage de description d'architecture (ADL) pour la modélisation des systèmes Fog et de leurs caractéristiques spécifiques (concept de localité, contraintes de qualité de service appliquées aux ressources et à leurs dépendances, etc.). Ce langage ADL doit être générique et personnalisable pour s'adapter à tout type de système Fog.
2. Permettre la prise de décision collaborative entre une flotte de petits contrôleurs autonomes répartis dans le Fog. Pour s'attaquer à la convergence des décisions locales afin d'obtenir une décision partagée et cohérente entre ces contrôleurs autonomes, il faut de nouveaux protocoles d'accord distribués basés sur des algorithmes de consensus distribués.
3. Permettre la génération automatique et la coordination des plans de reconfiguration entre les contrôleurs autonomes. Même si chaque contrôleur obtient une nouvelle configuration cible locale à appliquer à partir du consensus, le plan d'exécution de la reconfiguration globale doit être généré et coordonné pour minimiser le temps de perturbation et éviter les pannes.
4. Concevoir et mettre en œuvre un framework entièrement open source utilisable de manière autonome ou intégré à des solutions standard (ex : Kubernetes). Le projet vise la future génération d'architectes Fog, d'ingénieurs DevOps. Nous prévoyons d'évaluer la solution aussi bien sur des infrastructures de Fog simulées que sur des infrastructures réelles.

Nous identifions plusieurs impacts et avantages de nos contributions :
1 : Les progrès de la recherche sur les systèmes distribués à grande échelle : un nouveau langage de description d'architecture (ADL) dédié au Fog, de nouveaux protocoles d'accord distribués basés sur des algorithmes de consensus distribués, la génération et l'orchestration automatiques de plans de reconfiguration pour des systèmes concurrents/distribués.
2 : Le développement de nouveaux logiciels pour l'architecture industrielle du Fog. De nombreux grands acteurs industriels tels qu'Orange, Cisco ou Microsoft investissent actuellement massivement dans le Fog et pourraient directement réutiliser le framework SeMaFoR.
3 : La contribution à une plus grande adoption du Fog dans la société. SeMaFoR vise à contribuer à l'émergence rapide de nouvelles applications du Fog dans différents domaines actuels tels que la santé en ligne, la ville intelligente ou l'usine intelligente.