Fog Networks Mung Chiang Princeton University 2015 - PowerPoint PPT Presentation

Fog ¡Networks ¡ ¡ Mung ¡Chiang ¡ Princeton ¡University ¡ 2015 ¡

From ¡Cloud ¡to ¡Fog ¡ 2015 ¡– ¡2030 ¡? ¡ ¡ ¡ 2000 ¡– ¡2015 ¡ ¡

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) ¡ OTT%Pricing%System% Pricing%Policy%&%Algorithms% OTT ¡ Client%Connector% ISP%Connector% SDK ¡ GGSN% PCRF% Client%% MSP% Device% SGSN% PCEF% Clients ¡can ¡crowd-­‑source ¡network ¡inference/measurement ¡and ¡overlay ¡billing ¡

Case: ¡Client-­‑controlled ¡Cloud ¡Storage ¡ CYRUS ! CYRUS ! CYRUS ! Client Control ! Client Control ! Enterprise server ! Dropbox ! Box ! Google Drive ! Google Drive ! Client/edge ¡intelligence ¡can ¡commodiGze ¡cloud ¡resources ¡

Case: ¡Client-­‑Side ¡HetNets ¡Control ¡ Internet ¡ Licensed, ¡Unplanned ¡ Unlicensed ¡ Licensed, ¡Planned ¡ Control ¡Plane ¡ Core ¡Network ¡ HNS ¡ (SeGW, ¡HNB-­‑GW, ¡ Data ¡Plane ¡ HomeNodeB) ¡ RNS ¡ Wi-­‑Fi ¡AP ¡ (RNC, ¡eNodeB) ¡ 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 ¡ 5G ¡Mobile ¡ ¡ IoT ¡ ¡ Data ¡analyGcs ¡ ¡ EDD ¡ EDC ¡ Edge-­‑Driven ¡ Edge-­‑Driven ¡ “Data-­‑center” ¡ Control-­‑plane ¡

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

Networking ¡Revisited ¡ Relocate ¡ Fog ¡ ¡ Redefine ¡ Virtualize ¡ CCN ¡ SDN ¡

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 ¡ hYp://fogresearch.org ¡ Network ¡ Engineering ¡ ¡ Device ¡ Data ¡Science ¡ Hardware/OS ¡ HCI ¡& ¡ ¡ Economics ¡& ¡ Pricing ¡ App ¡UI/UX ¡

¡ “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 ¡ ¡ ¡