Resource allocation in general purpose computing architectures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
123914
Type K
Principal investigator Telek, Miklós
Title in Hungarian Erőforrás allokáció általános célú számítási architektúrákban
Title in English Resource allocation in general purpose computing architectures
Keywords in Hungarian Felhő rendszerek, virtualizáció, terhelés és erőforrás optimalizálás, útvonal optimalizálás, sztochasztikus modellezés
Keywords in English Cloud systems, virtualisation, load and resource optimization, routing, stochastic modeling
Discipline
Telecommunication (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Telecommunications engineering
Information Technology (Council of Physical Sciences)50 %
Ortelius classification: Applied informatics
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent Department of Networked Systems and Services (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Do, Hoai Nam
Do, Van Tien
Horváth, Gábor
Horváth, Illés Antal
Mészáros, András Gergely
Nguyen, Tuan Hai
Starting date 2017-10-01
Closing date 2022-03-31
Funding (in million HUF) 29.456
FTE (full time equivalent) 12.35
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A számítási kapacitások folyamatos javulása és a nagy sávszélességű hálózati kapcsolatok elérhetősége együttesen átformálják a hagyományos számítási infrastruktúrákat. A személyi számítógépek hagyományos szerepét egyre inkább átveszik a távoli szerverek által biztosított integrált szolgáltatások, azaz a ,,felhő''. Egyre több eszköz (telefonok, táblagépek, televíziók, okos órák, hagyományos személyi számítógépek) használható csatlakozási pontként a felhő által biztosított szolgáltatásokhoz. Hasonló trend figyelhető meg az infokommunikáció más területén is. Amíg a nem túl távoli múltban a telekommunikációs szolgáltatásokat túlnyomórészt specializált hardver-eszközök biztosították, addig manapság egyre terjednek az általános célú számítási eszközök, melyekben a specializált feladatokat szoftveresen valósítják meg.
A kutatás fő célja hatékony megoldások kialakítása általános célú számítási architektúrák működtetésére, illetve ezen eljárások elemzéséhez szükséges elméleti háttér fejlesztése és alkalmazása.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A hagyományos számítás és kommunikációs (infokommunikációs) infrastruktúra ezen evolúciója újfajta elméleti kihívásokat is teremt: szükség van a nagyméretű, általános célú számítási kapacitások hatékony tervezésére, megvalósítására és megfelelő szolgáltatások biztosítására, mivel a személyi számítógépekhez és specializált hardver-eszközök működéséhez hagyományosan használt módszerek és megközelítések nem alkalmazhatóak. Az általános célú számítási rendszerek széles körű használatához kapcsolódó kutatási kérdések halmaza rendkívül tág. A projekt-tervezet ennek az általános problémakörnek egy részére koncentrál.
Konkrét problémakörként kiemelhető a párhuzamos végrehajtás viselkedésének vizsgálata (Multi programming level) és optimalizálása, valamint az általános számító rendszerek egy elterjedt megvalósításában (Apache MESOS) a számítási, memória, háttértár minőségi garanciák mellé az adat kommunikációhoz (I/O) tartozó minőségi garanciák biztosítása.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A hétköznapi életnek egyre gyakrabban használt elemei az infokommunikációs eszközök és az erre épülő szolgáltatások. Ezek a rendszerek folyamatos, gyors fejlődésen mennek át. A tervezetet beadó csoport célja olyan elméleti problémákon dolgozni, melyek általános célú számítási rendszerek hatékony, robusztus használatát biztosítják. Az első időszakban néhány kapcsolódó technológia kidolgozása és megvalóstása a cél, amely demonstrálja az elképzelés megvalósíthatóságát. Később ezen új technológiákhoz adunk stabil, optimális alkalmazási irányelveket. Ez a projekt a második időszak része, mikor részletes elemzést végzünk az ígéretesnek tűnő technológiai megoldásokhoz és azok alapján teszünk javaslatot a működés optimalizálására.
Az általános keretek közötti kutatás jelentőségét mutatja, hogy ezen a téren világszerte éles verseny zajlik a legnagyobb számítógép- és telekommunikációs eszköz-gyártó cégek között. Sok ezer kutató és fejlesztő dolgozik általános célú számítási rendszerek tervezésén, fejlesztésén és optimalizálásán. Sok száz kutatót foglalkoztató projektek indulnak (és halnak el) a technológia fejlesztése során. A kutatócsoport a projekt bizonyos kérdéseiben együttműködött a Nokia Budapesti kutatóintézetével, és szándéka szerint az együttműködést a jövőben is folytatni szeretné.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A felhő számítási rendszereken és szoftvereken alapuló infokommunikációs szolgáltatások átformálják a hagyományos számítógépek működésével kapcsolatos koncepciókat, többek között mivel a rendszer a számítási feladatokat részekre bontja, és elosztott módon hajtja végre. A tervezett kutatás fő célja új megközelítések kidolgozása a felhő számítási rendszerek analízis, tervezési és optimalizálási feladatainak megoldására. Ezen célok eléréséhez meg kell értenünk a felhő rendszerek és a hagyományos számítási rendszerek közti különbségeket, például a számítási feladatok sztochasztikus viselkedése illetve a felhő rendszerek megvalósítási módszerei alapján. A meghatározott viselkedés és a modellezés és optimalizálás terén meglévő szaktudásunk alapján továbbfejlesztjük a meglévő eredményeket az általános célú számítási rendszerek által támasztott speciális követelményeknek megfelelően. A kutatás egyrészt a meglévő modellezési és optimalizálási módszerek hatékony adaptálását igényli, másrészt a módszerek folyamatos elemzéseken alapuló javítását is, hogy olyan kutatási kihívásokat tudjunk megválaszolni, melyekre a jelenlegi módszerek nem alkalmasak. A kutatás középpontja a teljesítményjellemzők vizsgálata és minőségi garanciák biztosítása általános célú számítási rendszerekben. Ezeken a szakmai területeken a pályázó csapat jelentős tapasztalatokkal rendelkezik.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The continuous enhancement of computing resources and the permanent availability of high speed data connections through the internet reshaped the traditional concept of computing infrastructures. The traditional role of personal computers is getting replaced by integrated services provided by remote invisible servers referred to as cloud. This way more and more devices (phones, tablets, televisions, smart watches, traditional personal computers) can be used as terminals for accessing the services provided by the cloud. Similar trends are visible in other fields of infocommunication as well. While telecommunication services were dominated by function specific hardware devices some time ago, the use of general computing resources where the required functionalities are implemented in software components is getting widespread recently.
The main goal of the proposed project is to develop efficient methods for operating general purpose computing infrastructures, the enhancement of the associated theoretical background for assessing performance indexes and the application of the set of theoretical results for inventing optimal operating methods.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
This evolution of the traditional computing and communication infrastructures raises several research problems about the efficient design, implementation and use of services provided by large scale general purpose computing resources, because the traditional concepts for the optimal use of individual computing resources or hardware specific telecommunication functionalities are not applicable any more.
The set of research problems related to the widespread use of general purpose computing devices is inaccessible. The proposed project focuses only on some specific aspects of this wide problem set. Particularly, we are going to focus on the performance aspects of parallel execution in general purpose computing architectures (Multi programming level) and the optimization of service policies when the service rate curve is non-monotone. Furthermore, we focus on the enhancement of the Apache MESOS system (which is one of the commonly applied implementations of computing servers) with the QoS guaranties for not only the computing, memory and disk resources, but also for the data I/O which plays important role in the overall response time.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Our everyday life gets more and more dependent on computing and communication based services. The sharp evolution of such systems is inevitable. The research team behind the proposal aims at working on basic research problems to establish an efficient and robust use of general purpose computing. At the first phase of the introduction of a new technical solution mainly the feasibility of the concept is demonstrated. Later on the enhancement of applied sciences and the application of such established methodologies are needed to provide stable, optimal guidelines for the use of new technologies. This project is going to be part of the second phase with well-established methodological results.
The importance of the larger research field is well represented by the tight worldwide competition of the largest computer and telecommunication companies on this segment of the market. Several thousand researchers and developers work on the deployment services on general purpose computing infrastructures. The research group has gained technical insight due to a cooperation with the research center of Nokia in Budapest, and intends to continue the cooperation during the research period.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The introduction of cloud computing systems reshapes the traditional concepts of computing, e.g., because the computing tasks are divided into elementary pieces which are executed parallel. The main goal of the proposed research is to find adequate analysis, design and optimization concepts for cloud computing systems.
To attain these goals first we need to interpret the differences between such systems and the traditional computing systems based on individual entities and function specific hardware based telecommunication services. Based on the characterized differences and our preliminaries, we need to reshape the existing solutions for the special properties of the general computing resource based systems. On the one hand, this research requires efficient adaptation of exiting methodologies for the problems raised by widespread use of general purpose computing infrastructures, and on the other hand it also requires the continuous enhancement of the existing methodological results in order to answer research challenges which are not possible with available methods. The main focuses of the project are on the performance related issues (e.g., performance guarantees) of general purpose computing infrastructures on which fields the project team has a significant experience.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A program alapvetően elméleti kutatási erdemények kidolgozását tűzte ki célul, és ezek teljesülését a tudományos eredményeket ismertető publikációk hivatottak igazolni. A projekt weboldalan megjelenített publikáció között található 1 könyv, 24 folyóirat publikáció, 2 könyv fejezet és 6 konferencia publikáció. A konferencia publikációk arénylag alacsony számát a Covid időszak alatti utazási és konyferencia szervezési nehézségek indokolják. Az célkitűzéseknek megfelelően a következő szakmai területeken értünk el új tudományos eredményeket: Stochasztikus modellezés és teljesítmény elemzés különös tekintettek a kiszolgáló rendszerek folyadék alapú modellezésére, Modern vezeték nélküli kommunikációs rendszerek, Minőségi garanciák általános célú kiszolgáló rendszerekben, A program időszakaban szerzett, többek között a program keretében kidolgozott eredményei alapján PHD fokozatot Mészáros András, valamint 2 további doktorandusz került közel PHD fokozatának megszerzéséhez a program támogatásával Nguyen Tuan Hai és Salah Al-Deen Almousa
Results in English
The aim of the program was basically to develop theoretical research results, and their fulfillment is confirmed by publications describing scientific results. The publications displayed on the project website include 1 book, 24 journal publications, 2 book chapters and 6 conference publications. The relatively low number of conference publications is due to difficulties in organizing travel and conferences during the Covid period. In accordance with the objectives, we have achieved new scientific results in the following professional fields: Stochastic modeling and performance analysis with particular attention on fluid-based modeling of server systems, Modern wireless communication systems, Quality guarantees in general purpose server systems, András Mészáros awared a PhD degree based on the results obtained by the support of the program, and 2 other doctoral students, Nguyen Tuan Hai and Salah Al-Deen Almousa, got close to defending their PhD theses.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=123914
Decision
Yes





 

List of publications

  
Al-Deen Almousa Salah, Telek Miklós: Enhanced optimization of high order concentrated matrix-exponential distributions, ANNALES MATHEMATICAE ET INFORMATICAE, 2021
András Mészáros and Miklós Telek: Concentrated matrix exponential distributions with real eigenvalues., Probability in the Engineering and Informational Sciences, 2021
Salah Al-Deen Almousa, Gábor Horváth, and Miklós Telek.: Transient analysis of piecewise homogeneous Markov fluid models, Annals of Operations Research, 2020
Salah Al-Deen Almousa and Miklós Telek: Enhanced optimization of high order concentrated matrix-exponential distributions., Annales Mathematicae et Informaticae, 2021
Nail Akar, Omer Gursoy, Gabor Horvath, and Miklos Telek: Transient and first passage time distributions of first and second-order multi-regime markov fluid queues via ME-fication, Methodology and Computing in Applied Probability, 2021
Gábor Fodor, Sebastian Fodor, and Miklós Telek.: On the achievable SINR in MU-MIMO systems operating in time-varying rayleigh fading., IEEE Transactions on Communications,, 2022
Gábor Fodor, Sebastian Fodor, and Miklós Telek: Performance analysis of a linear mmse receiver in time-variant rayleigh fading channels, IEEE Transactions on Communications, 2021
Salah Al-Deen Almousa, Gábor Horváth, and Miklós Telek: Transient analysis of piecewise homogeneous QBD process, Stochastic models, 2021
Zsolt Saffer, Miklos Telek, and Gabor Horvath: Analysis of Markov-modulated fluid polling systems with gated discipline, Journal of Industrial and Management Optimization, 2021
Nam H Do, Tien V Do, A Melikov: Equilibrium customer behavior in the M/M/1 retrial queue with working vacations and a constant retrial rate, OPERATIONAL RESEARCH 20(2): 627-646, 2020
Gribaudo Marco, Horváth Illés, Manini Daniele, Telek Miklós: Modelling large timescale and small timescale service variability, ANNALS OF OPERATIONS RESEARCH 293: pp. 123-140., 2020
Horváth G., Horváth I., Telek M.: High order concentrated matrix-exponential distributions, COMMUNICATIONS IN STATISTICS - STOCHASTIC MODELS 36: (2) pp. 176-192., 2020
Horváth Illés, Mészáros András, Telek Miklós: Numerical Inverse Transformation Methods for Z-Transform, MATHEMATICS 8: (4) p. 556., 2020
Toka Laszlo, Szalay Mark, Haja David, Szabo Geza, Racz Sandor, Telek Miklos: To boost or not to boost: a stochastic game in wireless access networks, In: ICC 2020 - 2020 IEEE International Conference on Communications (ICC), (2020) pp. 1-6., 2020
Fodor Gábor, Pap László, Telek Miklós: Recent Advances in Acquiring Channel State Information in Cellular MIMO Systems, INFOCOMMUNICATIONS JOURNAL 11: (3) pp. 2-12., 2019
Horváth Gábor, Telek Miklós: Markovian Performance Evaluation with BuTools, In: Puliafito, Antonio; Trivedi, Kishor S. (szerk.) Systems Modeling: Methodologies and Tools, Springer International Publishing (2019) pp. 253-268., 2019
Horváth Illés, Attila Horváth Kristóf, Kovács Péter, Telek Miklós: Mean-field analysis of a scaling MAC radio protocol, JOURNAL OF INDUSTRIAL AND MANAGEMENT OPTIMIZATION 13: 1547-5816_2017_5_367, 2019
Do, N.H., T.V Do, , L. Farkas, C. Rotter: Provisioning Input and Output Data Rates in Data Processing Frameworks, J. Grid. Computing 18: 491–506, 2020
Akar Nail, Gursoy Omer, Horvath Gabor, Telek Miklos: Transient and First Passage Time Distributions of First- and Second-order Multi-regime Markov Fluid Queues via ME-fication, METHODOLOGY AND COMPUTING IN APPLIED PROBABILITY, 2020
Almousa Salah Al-Deen, Horváth Gábor, Telek Miklós: Transient analysis of piecewise homogeneous QBD process, STOCHASTIC MODELS pp. 1-26., 2020
Horváth Gábor, Horváth Illés, Almousa Salah Al-Deen, Telek Miklós: Numerical inverse Laplace transformation using concentrated matrix exponential distributions, PERFORMANCE EVALUATION 137: p. 102067., 2020
Andrea Abrardo, Gábor Fodor, Marco Moretti, Miklós Telek: MMSE Receiver Design and SINR Calculation in MU-MIMO Systems with Imperfect CSI, IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS LETTERS 8: (1) pp. 269-272., 2019
Gábor Horváth, Illés Horváth, Miklós Telek: High order low variance matrix-exponential distributions, In: Sophie, Hautphenne; Malgorzata, O'Reilly; Frederico, Poloni (szerk.) Matrix-Analytic Methods in Stochastic Models, (2019) pp. 33-36., 2019
He Q.-M., Horváth Gábor, Horváth Illés, Telek Miklós: Moment bounds of PH distributions with infinite or finite support based on the steepest increase property, ADVANCES IN APPLIED PROBABILITY 51: (1) pp. 168-183., 2019
Horváth Illés, Razumchik Rostislav, Telek Miklós: The resampling M/G/1 non-preemptive LIFO queue and its application to systems with uncertain service time, PERFORMANCE EVALUATION 134: 102000, 2019
Zhao PY, Fodor G, Dan G, Telek M: A Game Theoretic Approach to Setting the Pilot Power Ratio in Multi-User MIMO Systems, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS 66: (3) pp. 999-1012., 2018
Nguyen Hai T., Do Tien V., Rotter Csaba: Optimizing the resource usage of actor-based systems, JOURNAL OF NETWORK AND COMPUTER APPLICATIONS, 2021
Fodor Gabor, Fodor Sebastian, Telek Miklos: Performance Analysis of a Linear MMSE Receiver in Time-Variant Rayleigh Fading Channels, IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, 2021
Peiyue Zhao, Gabor Fodor, Gyorgy Dan, Miklos Telek: A Game Theoretic Approach to Setting the Pilot Power Ratio in Multi-User MIMO Systems, IEEE Transactions on Communications, 2018
Illes Horvath and Zsofia Talyigas and Miklos Telek: An Optimal Inverse Laplace Transform Method Without Positive and Negative Overshoot – An Integral Based Interpretation, Electronic Notes in Theoretical Computer Science, 2018
Mindaugas Brazenas, Gabor Horvath, Miklos Telek: Parallel algorithms for fitting Markov Arrival Processes, Performance Evaluation, 2018
Csaba Farkas, Miklos Telek: Capacity Planning of Electric Car Charging Station Based on Discrete Time Observations and MAP(2)/G/c Queue, Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science, 2018
Zsolt Saffer, Miklos Telek, Gabor Horvath: Fluid polling system with Markov modulated load and gated discipline, Springer LNCS 10932, 2018
Marco Gribaudo and Illes Horvath and Daniele Manini and Miklos Telek: Modelling large timescale and small timescale service variability, Springer LNCS 10932, 2018
Qi-Ming He and Gabor Horvath and Illes Horvath and Miklos Telek: Moment bounds of Phase type distributions based on the steepest increase property, Proc of European Conference on Queueing Theory, 2018
Imre Kocsis and Andras Pataricza and Miklos Telek and Attila Klenik and Florian Dee and David Cseh: Systematic Performance Evaluation Using Component-in-the-Loop Approach, International Journal of Cloud Computing (IJCC), 2018
Andrea Abrardo and Gabor Fodor and Marco Moretti and Miklos Telek: MMSE Receiver Design and SINR Calculation in MU-MIMO Systems with Imperfect CSI, IEEE Wireless Communications Letters, 2018
Miklos Telek and Benny Van Houdt: Response Time Distribution of a Class of Limited Processor Sharing Qeues, Performance Evaluation Review, 2017
Nam H Do, T V Do, A Melikov: Equilibrium customer behavior in the M/M/1 retrial queue with working vacations and a constant retrial rate, OPERATIONAL RESEARCH, 2018
Andrea Abrardo and Gabor Fodor and Marco Moretti and Miklos Telek: MMSE Receiver Design and SINR Calculation in MU-MIMO Systems with Imperfect CSI, IEEE Wireless Communications Letters, 2019
Nam H Do, Tien V Do, A Melikov: Equilibrium customer behavior in the M/M/1 retrial queue with working vacations and a constant retrial rate, OPERATIONAL RESEARCH, 2018
Lakatos, László ; Szeidl, László ; Telek, Miklós: Introduction to Queueing Systems with Telecommunication Applications, Springer, 2019
Peiyue Zhao, Gabor Fodor, Gyorgy Dan, Miklos Telek: A game theoretic approach to uplink pilot and data power control in multi-cell multi-user MIMO systems, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2019
Andras Meszaros, Miklos Telek: Infinite markov decision processes with decision independent subset of states, Queueing Models and Service Management, 2019
Illés Horváth, Gábor Horváth, Salah Al-Deen Almousa, Miklós Telek: Numerical inverse laplace transformation by concentrated matrix exponential distributions, proceedings of MAM10, 2019
Illés Horváth, Gábor Horváth, Miklós Telek: High order low variance matrix-exponential distributions, proceedings of MAM10, 2019
Qiming He, Gábor Horváth, Illés Horváth, Miklós Telek: Moment bounds of PH distributions with infinite or finite support based on the steepest increase property, Advances in Applied Probability, 2019
Tien Van Do, Nam Hoai Do, Hai Tuan Nguyen, Csaba Rotter, Attila Hegyi, Peter Hegyi: Comparison of scheduling algorithms for multiple mobile computing edge clouds, Simulation Modelling Practiceand Theory, 2019




 

Events of the project

  
2018-10-18 16:34:57
Résztvevők változása



Back »