Protocoloptimalisaties voor mobiele cloud computing

1. Protocoloptimalisatiesvoormobiele cloud computing Openbaredoctoraatsverdediging Pieter Simoens Department of Information Technology (INTEC)Internet Based Communication Networks and Services research group (IBCN)

2. Evolutie van mobieletoestellen 1983: eerstemobieletelefoon van Motorola 6-digit LED display 1u autonomie 33 cm x 4,45 cm x 8,9 cm 800 gram telefonie geheugenvoor 30 nummers

3. Van draadlozetelefoonnaarsmartphone 2010 1983 9 cm display 14u GSM/10u Wi-Fi 11,5 cm x 5,9 cm x 0,9 cm 137 gram 512 MB RAM 16 GB permanent geheugen 6-digit LED display 1u autonomie 33 cm x 4,45 x 8,9 cm 800 gram geheugenvoor 30 nummers telefoniegyroscoop kompas GPS Wi-Fi/UMTS BlueTooth HD camera telefonie

4. Uitbesteden van data en programma’s server centraleinstallatie enonderhoud geendataverliesbijdiefstal of crash router Cloud computing smartphone krachtigereken- en opslagcapaciteit thin client Grootstedeel van de rekentakenworden op de server en niet op het toesteluitgevoerd server

5. Cloud computing aanUGent DICT, campus De Sterre FEA, JozefPlateaustraat IBCN, campus Zuiderpoort

6. Cloud computing: ver van uw bed?

7. Positionering van het onderzoek Microsoft RDP VNC Citrix ICA Protocoloptimalisaties voormobiele cloud computing (25,37) A A A

8. Inhouddoctoraat oplossingen uitdagingen

9. Uitdaging 1: draadlozebandbreedte Technologisch draadlozebandbreedte beperkt variërend duur Economisch

10. Uitdaging 2: responstijd firewall router • fysischepropagatietijd • verwerkingstijden in routers, firewalls… • rekentijd in server • vertraging door opnieuwverzenden van verloren data

11. Uitdaging 3: energieverbruik Ikga op reis en ikneemmee… eenopladervoor al mijnelektronischetoestellen! BATTERIJ PACEMAKER iPOD GSM DIGITALE CAMERA PLAYSTATIONPORTABLE LAPTOP

12. Uitdaging 3: energieverbruik Elektronica van de iPhone 3Gs aansturingbeeldscherm processor SIM kaart geheugen(FLASH) draadlozecommunicatie Cloud computing heeftdubbele impact op energieverbruik GPS energiebeheer minderberekeningen meerdataverkeer

13. Inhouddoctoraat oplossingen uitdagingen Intelligent verzenden van gebruikersinvoer Dynamischuitschakelen van hardwarecomponenten

14. Overdracht van gebruikersinvoer 10.10.7.1 ‘B’ ‘A’ ‘B’ Inefficiënt transport van gebruikersinvoer ‘A’ 6-8 bytes nuttige data 84 bytes adresinformatie data adres Verhoudingnuttige data/adresinformatie < 10 % ‘A’ 10.10.7.1

15. Groeperen van invoer 10.10.7.1 10.10.7.1 buffer Hoe langbufferen? ‘A’ ‘B’ responstijd bandbreedte Noodaan model met instelpunten ‘B’ ‘A’ • variërendevertraging in het netwerk • wachten op volgendeinvoer of niet?

16. Modellenwerk RTT = 100 ms responstijd bandbreedte RTT = 50 ms maximaleresponstijd RTT = 30 ms buffertijd Keuzeinstelpunthangtaf van het netwerk, de ingesteldevoorkeur (policy) en de specifieketoepassing

17. Voortdurendaanpasseninstelpunt Algoritmewerkt in eendynamischelus buffertijd beslissing netwerk analyse monitor

18. Resultaten Bandbreedtebesparingtot 78 % Maximaleresponstijdnietoverschreden bandbreedte[kbps] responstijd[ms] buffertijd buffertijd Resultatenvoor VNC, automatischgegenereerdegebruikersinvoer en ingesteldemaximaleresponstijd van 150 ms

19. Inhouddoctoraat oplossingen uitdagingen Intelligent verzenden van gebruikersinvoer Dynamischuitschakelen van hardwarecomponenten

20. Elektronica van de iPhone 3Gs processor transceiver 4 toestanden verzenden van data (transmit) TX RX ontvangen van data (receive) ID stand-by (idle) versterkers slaapstand (sleep) tot 10x minder energieverbruik SL Het gemiddeldeenergieverbruikhangtrechtstreeksaf van de tijddoorgebracht in elketoestand. draadlozecommunicatie BaseBandprocessor

21. Energiebesparing tijd TX TX RX ID ID ID RX Ga over naarslaapstandtijdenswachttijden Uitdagingen • variërendenetwerkvertraging en rekentijden • uitschakelenantennekanleiden tot dataverlies en retransmissies Department of Information Technology – Broadband Communication Networks (IBCN) 21

22. Administratiefoverleg • coderengebruikersinvoer • decoderenbeeldupdates applicatielaag applicatielaag • versturen/ontvangen van bytes • aansturencommunicatiehardware transmissielaag transmissielaag 11010110 A 01011100

23. Omzetten stand-by naarslaapstand Idle Time Reduction Algorithm Analyseuitgewisselde data Voorspelontvangst van nieuweserverdata tijd applicatielaag I TR A Ga in ‘sleep’ toestandgedurende X ms transmissielaag tijd TX SL ID RX ITRA bespaart tot 35% energie zonder ITRA ID

24. Inhouddoctoraat oplossingen uitdagingen Hybrid thin client protocol Semantisch thin client protocol

25. Grote diversiteit in beelden kantoortoepassingtekstverwerker, rekenblad, e-mail multimedia toepassing video, 3D spel • geenhomogenekleurgebieden • gedetailleerdekleurpatronen • ganseschermtegelijkgeüpdatet • grootaantal updates per seconde • grotegebieden met dezelfdekleur • beperktaantalkleuren • kleine updates van het scherm • beperktaantal updates per seconde

26. One size does not fit all Codeerformaataanpassenaankarakteristieken van het beeld

27. Oplossing: hybrid protocol type beeld thin client protocol video (H.264) toepassing thin client protocol (VNC) processorbelasting statisch framebuffer codering bandbreedtebeeldkwaliteit dynamisch video H.264 beeldanalyse beslissing

28. Beeldanalyse Vergelijkaantal pixels van opeenvolgendebeeldenomhoeveelheidbewegingtebepalen

29. Beslissingsalgoritme beslissingsvariable starten Word statische scene video VNC tijd Hysteresis en geheugeneffect in algoritme • beslissingsvariableuitmiddelen over langereperiode • thermostaatregeling met overgangszone

30. Inhouddoctoraat oplossingen uitdagingen Hybrid thin client protocol Semantisch thin client protocol

31. Eenbijkomendkanaal video tekst RGB RGBRGBRGBRGBRGBRGB RGB RGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGB RGB RGBRGBRGBRGBRGBRGB RGB RGBRGBRGBRGBRGBRGB RGB RGBRGBRGBRGBRGBRGB beschrijving lay-out en eigenschappen(semantischeinformatie) Nadelenklassiek protocolgeenindividuelecodering per object toestel “weet” nietwat het weergeeft Uitdagingdetecterenindividueleobjecten afbeelding invoerveld

32. Semantischeinformatieverzamelen Microsoft Word toepassing tekeninstructies grafischebibliotheek teversturen bytes(gecodeerdbeeld) send(0101100) netwerkcommunicatie putImage( , X, Y) “Deze bytes stelleneen JPEG afbeeldingvoor, op positie (X,Y)” “plaatsdeze bytes op positie (X, Y)” semantischeinformatie JPEG bytes coderen send(1100) send(0101) decoderingweergavebeeld coderen

33. Lokaalafhandelen van gebruikersinvoer Met semantischeinformatie “gebruikerheeftgeklikt op object A” Zondersemantischeinformatie“gebruikerheeftgeklikt op positie (4,5)” type:menu itempositie: (1,1)grootte: 10x10 bijmuisklik: actie X kortereresponstijd minder bandbreedte

34. Intelligente component Microsoft Word ACTIES INVOER grafischebibliotheek netwerkcommunicatie semantischeinformatie ACTIES INVOER coderen coderen

35. Resultaten Extra bandbreedte voor meta-dataweegt niet op tegen efficiëntere codering Reductie van datapieken ogenblikkelijkebandbreedte [kbps] [MB] reductie met 70 %, ookt.o.v. semantische thin client protocollen 60 – 80 % besparingt.o.v. conventioneelthin client protocol sluit open sluit open sluit open tijd [s] bezochte website ResultatenvoorgEdittekstverwerker en MPEG-4 BiFScompressie

36. Samenvatting energiebesparingtijdensintervallenzonder data intelligentbufferengebruikersinvoer hybridprotocol doorsturenextra informatie bandbreedte responstijd energieverbruik

37. En verder? “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 alstoegangspuntvoorimmersievetoepassingen

38. Vragen? Department of Information Technology (INTEC)Internet Based Communication Networks and Services research group (IBCN)