[论文解读] Next Generation Cloud Computing: New Trends and Research Directions

Blesson Varghese, Rajkumar Buyya|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2017

Cloud Computing and Resource Management参考文献 83被引用 9

一句话总结

本文概述了云计算向多云、边缘计算及去中心化架构的演进，提出了云盒（cloudlets）、雾计算和无服务器执行等新模型，以提升可扩展性、弹性及能效。文中识别了在安全、应用表达能力、资源管理与可持续性方面的关键研究挑战，强调了从集中式数据中心向分布式、异构基础设施的转变，以支持下一代系统。

ABSTRACT

The landscape of cloud computing has significantly changed over the last decade. Not only have more providers and service offerings crowded the space, but also cloud infrastructure that was traditionally limited to single provider data centers is now evolving. In this paper, we firstly discuss the changing cloud infrastructure and consider the use of infrastructure from multiple providers and the benefit of decentralising computing away from data centers. These trends have resulted in the need for a variety of new computing architectures that will be offered by future cloud infrastructure. These architectures are anticipated to impact areas, such as connecting people and devices, data-intensive computing, the service space and self-learning systems. Finally, we lay out a roadmap of challenges that will need to be addressed for realising the potential of next generation cloud systems.

研究动机与目标

• 分析云基础设施从集中式数据中心向去中心化、多提供商及边缘计算模型的转型。
• 识别新兴计算架构（如云盒、雾计算和无服务器计算）在支持低延迟、可扩展及弹性应用方面的作用。
• 研究这些新模型对数据密集型工作负载、物联网集成及自学习系统的影响。
• 概述下一代云系统在安全、应用表达能力、高效资源管理与可持续性方面的关键研究挑战。
• 提出一条推进云计算向更绿色、更具弹性与互操作性基础设施发展的路线图，覆盖异构提供商环境。

提出的方法

• 分析云基础设施演进趋势，包括多云、微型云、云盒、自组织云及异构云部署。
• 在九层抽象模型（从网络到应用）中映射基础设施变化，识别架构变更的必要位置。
• 提出无服务器计算作为替代传统虚拟机部署的模型，以减少空闲资源成本。
• 引入软件定义与弹性云模型，以提升动态资源编排与容错能力。
• 提出能效感知的资源分配与碳足迹感知的调度算法，以降低环境影响。
• 倡导通过物联网反馈集成管理服务器、网络与冷却系统，实现动态电源状态控制。

实验结果

研究问题

• RQ1 云基础设施如何超越单一提供商的数据中心，以支持去中心化、多云及边缘计算？
• RQ2 下一代云系统中，为支持低延迟、数据密集型及物联网驱动的工作负载，需要哪些新型计算架构？
• RQ3 如何将能效与可持续性作为云资源分配与管理中的首要质量保障（QoS）指标？
• RQ4 在异构、多云及去中心化环境中，保障应用安全、表达与管理的关键挑战是什么？
• RQ5 如何通过软件定义与自愈云架构增强弹性与动态资源编排能力？

主要发现

• 多云与基于边缘的模型（如云盒与雾计算）正成为关键，有助于降低移动与物联网应用的延迟并提升响应能力。
• 无服务器计算正日益普及，其通过仅按实际执行时间计费，消除了虚拟机空闲成本。
• 数据中心的能耗仍是主要关注点，其中冷却与网络设备占总功耗的显著比例。
• 碳足迹感知与能效感知的资源分配算法可在满足QoS要求的同时降低环境影响，尽管存在与性能之间的权衡。
• 通过物联网系统实现对服务器、网络与冷却系统的实时监控与控制，可实现动态、自适应的功耗管理。
• 向去中心化、异构化与多提供商云基础设施的转变不可避免，推动了在安全、互操作性与可持续系统设计方面的新研究需求。