SE Vertiefungsseminar Cloud, Edge and Fog Computing

SE Vertiefungsseminar
Cloud, Edge und IoT Computing

Vertiefungsseminar WS 2022/23, LVA 703081, Gruppe 2, 2 h

Zeit und Ort

Jeweils am Montag, 14:15 - 16:00 Uhr (Beginn am 10. Oktober)
Präsenz- oder virtuelle Streaming-LVA: 3W03
Die Veranstaltung ist zum Semesterende hin geblockt,
um ausreichend Vorbereitungszeit zu gewähren.

Seminarleiter

Prof. T. Fahringer, Distributed and Parallel Systems Group, Institute for Computer Science, University of Innsbruck
Sprechstunden (ICT Gebäude, 2. Stock): Mittwoch 13 - 14.00 Uhr,
Email: Thomas.Fahringer at uibk.ac.at

Inhalt

In den letzten Jahren haben viele Firmen einen Teil Ihrer Rechner- und Speichersysteme auf die Cloud ausgelagert. Dadurch konnten wesentliche Teile der firmeneigenen Infrastruktur aber auch eine teure Systemverwaltung eingespart werden. Darüber hinaus hat man Zugriff auf sich ständig erneuernde HW/SW Infrastruktur, die bei Bedarf gegen Bezahlung verwendet werden kann. Ein weiterer Trend versucht nun Cloud Infrastrukturen mit dem „Internet-der-Dinge“ (IoT) über das Edge-Computing zu verbinden sodass Daten vor Ort (nahe am Benutzer oder bei den Geräten) gesammelt und verarbeitet werden können und nur mehr rechenintensive Teile der Anwendung an die Cloud zurückgeschickt und dort ausgeführt werden. Durch die Verbindung der Cloud mit dem Edge werden Anwendungsklassen (z.B. autonomes Fahren, Smart Home and Cities, E-Health, Smart Farming, Industry 4.0, Gaming, Augmented Reality, verteiltes Maschinenlernen) ermöglicht, die besonders latenz- und bandbreitenintensiv sind und für die Privacy und Fehlertoleranz wichtig sind. Zudem leisten dezentrale Anwendungen durch die lokale Verarbeitung von Daten mit nur geringer Datenübertragung zu weit entfernten Datenzentren, einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung des Energiebedarfs und des CO₂-Ausstoßes.

Edge-Cloud Infrastrukturen bergen jedoch einige ernstzunehmende Risiken in sich. Insbesondere die Entwicklung von Anwendungen auf Basis von virtuellen Maschinen oder Containern ist nach wie vor sehr zeitaufwendig, kostenintensiv und fehleranfällig. Die Kosten für den Datentransfer in und aus der Cloud sowie für die Benutzung von besonders leistungsfähigen Rechnereinheiten (z.B. von GPUs) können rasch steigen und müssen daher ständig überwacht werden. Zusätzliche Probleme ergeben sich durch das nichttriviale Verwalten von virtuellen Maschinen, das manuelle Skalieren von Anwendungen mit stark variierender Rechenbelastung und die Wahl der richtigen Cloud und Edge Ressourcen. Das Design, die Entwicklung sowie die Laufzeit von Anwendungen für Edge-Cloud Infrastrukturen ist daher eines der zentralen Forschungs- und Entwicklungsprobleme für moderne digitale Systeme. Genutzt werden IoT-Edge-Clouds von fast allen auf die eine oder andere Weise. Es gibt Cloud Services für das Streamen von Filmen oder Musik, für das Speichern von Fotos oder anderen Dateien, für die Bereitstellung von Software oder Speicherdiensten, für das Spielen und Lernen, für die Auswertung von Daten, uva. Im Rahmen dieses Seminars werden einführende Artikel zu folgenden Themen behandelt:

Edge, Fog und IoT Computing
Serverless Computing
Anwendungsentwicklung
Interoperabilität, SLAs
Laufzeitumgebungen und Optimierungen
Ressourcenverwaltung
Verteilte Speicherverwaltung
Sicherheit, Vertrauen, und Datenschutz

diskutieren. Darüber hinaus können auch eigene Themen vorgeschlagen werden. Die Liste mit den vorgebenen Themen finden Sie hier.

Folien zur Vorbesprechung

(verfügbar am Tag der Vorbesprechung)

Ziele

Erwerben der Fähigkeit anhand von Fachliteratur selbständig Inhalte zu erarbeiten, vorzubereiten und zu präsentieren. Vertieftes Verständnis der zu bearbeitenden Thematik.

Zielgruppen

HörerInnen der Studienrichtung Informatik.

Aufgaben und Anmeldung

Zu einem ausgewählten Thema wird jeder Studierende eine Seminararbeit (ca. 10 Seiten) und einen Vortrag (25 Min. + 5 Min. Diskussion pro Person) vorbereiten. Die Seminararbeit und die Vortragsfolien sind bis spätestens 1 Tag vor dem Vortrag in elektronischer Form unter OLAT abzugeben. Unmittelbar zum Vortrag müssen die Vortragsfolien und die Seminararbeite in Papierform dem Seminarleiter übergeben werden.

Leistungsbeurteilung

In die Note fließen die Seminararbeit und der Vortrag ein. Es herrscht Anwesenheitspflicht.

Voraussetzung für diese LVA:

Absvolierung der LVA "Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten", 703073

SE Vertiefungsseminar Cloud, Edge und IoT Computing
Vertiefungsseminar WS 2022/23, LVA 703081, Gruppe 2, 2 h
Zeit und Ort Jeweils am Montag, 14:15 - 16:00 Uhr (Beginn am 10. Oktober) Präsenz- oder virtuelle Streaming-LVA: 3W03 Die Veranstaltung ist zum Semesterende hin geblockt, um ausreichend Vorbereitungszeit zu gewähren.
Seminarleiter Prof. T. Fahringer, Distributed and Parallel Systems Group, Institute for Computer Science, University of Innsbruck Sprechstunden (ICT Gebäude, 2. Stock): Mittwoch 13 - 14.00 Uhr, Email: Thomas.Fahringer at uibk.ac.at
Inhalt In den letzten Jahren haben viele Firmen einen Teil Ihrer Rechner- und Speichersysteme auf die Cloud ausgelagert. Dadurch konnten wesentliche Teile der firmeneigenen Infrastruktur aber auch eine teure Systemverwaltung eingespart werden. Darüber hinaus hat man Zugriff auf sich ständig erneuernde HW/SW Infrastruktur, die bei Bedarf gegen Bezahlung verwendet werden kann. Ein weiterer Trend versucht nun Cloud Infrastrukturen mit dem „Internet-der-Dinge“ (IoT) über das Edge-Computing zu verbinden sodass Daten vor Ort (nahe am Benutzer oder bei den Geräten) gesammelt und verarbeitet werden können und nur mehr rechenintensive Teile der Anwendung an die Cloud zurückgeschickt und dort ausgeführt werden. Durch die Verbindung der Cloud mit dem Edge werden Anwendungsklassen (z.B. autonomes Fahren, Smart Home and Cities, E-Health, Smart Farming, Industry 4.0, Gaming, Augmented Reality, verteiltes Maschinenlernen) ermöglicht, die besonders latenz- und bandbreitenintensiv sind und für die Privacy und Fehlertoleranz wichtig sind. Zudem leisten dezentrale Anwendungen durch die lokale Verarbeitung von Daten mit nur geringer Datenübertragung zu weit entfernten Datenzentren, einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung des Energiebedarfs und des CO₂-Ausstoßes. Edge-Cloud Infrastrukturen bergen jedoch einige ernstzunehmende Risiken in sich. Insbesondere die Entwicklung von Anwendungen auf Basis von virtuellen Maschinen oder Containern ist nach wie vor sehr zeitaufwendig, kostenintensiv und fehleranfällig. Die Kosten für den Datentransfer in und aus der Cloud sowie für die Benutzung von besonders leistungsfähigen Rechnereinheiten (z.B. von GPUs) können rasch steigen und müssen daher ständig überwacht werden. Zusätzliche Probleme ergeben sich durch das nichttriviale Verwalten von virtuellen Maschinen, das manuelle Skalieren von Anwendungen mit stark variierender Rechenbelastung und die Wahl der richtigen Cloud und Edge Ressourcen. Das Design, die Entwicklung sowie die Laufzeit von Anwendungen für Edge-Cloud Infrastrukturen ist daher eines der zentralen Forschungs- und Entwicklungsprobleme für moderne digitale Systeme. Genutzt werden IoT-Edge-Clouds von fast allen auf die eine oder andere Weise. Es gibt Cloud Services für das Streamen von Filmen oder Musik, für das Speichern von Fotos oder anderen Dateien, für die Bereitstellung von Software oder Speicherdiensten, für das Spielen und Lernen, für die Auswertung von Daten, uva. Im Rahmen dieses Seminars werden einführende Artikel zu folgenden Themen behandelt: Edge, Fog und IoT Computing Serverless Computing Anwendungsentwicklung Interoperabilität, SLAs Laufzeitumgebungen und Optimierungen Ressourcenverwaltung Verteilte Speicherverwaltung Sicherheit, Vertrauen, und Datenschutz diskutieren. Darüber hinaus können auch eigene Themen vorgeschlagen werden. Die Liste mit den vorgebenen Themen finden Sie hier.
Folien zur Vorbesprechung (verfügbar am Tag der Vorbesprechung) Ziele Erwerben der Fähigkeit anhand von Fachliteratur selbständig Inhalte zu erarbeiten, vorzubereiten und zu präsentieren. Vertieftes Verständnis der zu bearbeitenden Thematik.
Zielgruppen HörerInnen der Studienrichtung Informatik.
Aufgaben und Anmeldung Zu einem ausgewählten Thema wird jeder Studierende eine Seminararbeit (ca. 10 Seiten) und einen Vortrag (25 Min. + 5 Min. Diskussion pro Person) vorbereiten. Die Seminararbeit und die Vortragsfolien sind bis spätestens 1 Tag vor dem Vortrag in elektronischer Form unter OLAT abzugeben. Unmittelbar zum Vortrag müssen die Vortragsfolien und die Seminararbeite in Papierform dem Seminarleiter übergeben werden.
Leistungsbeurteilung In die Note fließen die Seminararbeit und der Vortrag ein. Es herrscht Anwesenheitspflicht.
Voraussetzung für diese LVA: Absvolierung der LVA "Einführung in das wissenschaftliche Arbeiten", 703073