Gerenciamento de recursos computacionais em redes fog veiculares : cenários, limites e alocação de tarefas baseada em leilões

Abstract

Os veículos têm apresentado cada vez mais poder de processamento e demanda por apli- cações, como o suporte à segurança dos usuários, direção autônoma e entretenimento. Neste contexto, observa-se um aumento da complexidade computacional necessária para integrar in- fraestruturas e algoritmos que dão suporte a essas aplicações. Isso acontece devido à natureza combinatorial com limite de tempo da alocação de vários tipos de recursos em redes veicula- res, como canais, largura de banda, mensagens, aplicações e processamento. Assim, esta tese propõe uma metodologia de gerenciamento de recursos computacionais na Computação Fog Veicular - Vehicular Fog Computing (VFC) - através de Leilão Aberto de Primeiro Preço - One Shot Open First Price Auction (OSOFPA). A análise e a avaliação nos permitiram identificar que existem condições de rede e computação específicas que permitem o funcionamento da Computação Fog Veicular com suporte à baixa latência, especialmente relacionadas com apli- cações completamente distribuídas, ou seja, sem suporte da nuvem centralizada. Tal modelo de gerenciamento de recursos permite a integração dos dispositivos de alta mobilidade e in- termitência de conexão, no caso veículos, à cadeia de computação. De forma complementar, apresentamos um arcabouço que permite análise e investigação do funcionamento de veículos como servidores na VFC. O algoritmo proposto se adequa especialmente àquelas aplicações que possuem um funcionamento de acordo com um modelo de Requisição-Processamento- Resposta-Atuação (RPRA). Para isso, desenvolvemos e aperfeiçoamos a representação do funcionamento interno de dispositivos Edge/Fog, identificando relações entre capacidade e carga; simulamos e avaliamos protocolos para o gerenciamento de recursos, especialmente nos quesitos de gerenciamento de aplicações e gerenciamento de descoberta. Por fim, estendemos e propomos princípios de design que devem ser seguidos pelas aplicações. Esses princípios ajudam a formalizar uma definição de Fog e VFC, além de servir de base para a classificação de mecanismos de gerenciamento de recursos existentes e futuros. Os resultados da avalia- ção do leilão e de um baseline baseado em tratamento de resposta indicam que uma VFC totalmente distribuída consegue entregar resultados para aplicações de baixa latência, além de altas taxas de resposta em cenários com densidades menores de 33 Veículos Por Quilômetro Quadrado (VPQQ), ou com taxas de requisições menores que 10 Requisições Por Segundo (RPS). Além disso, fornecemos uma série de métricas relacionadas ao bem-estar social, que avalia o mecanismo de leilão e reflete esses mesmos cenários em termos da distribuição dos recursos computacionais.