Scheduling of Scientific Workflows in Multi-Fog Environments Using Markov Models and a Hybrid Salp Swarm Algorithm
Creators
- 1. University of Huddersfield
- 2. Sulaimani Polytechnic University
- 3. Khazar University
- 4. Iran University of Medical Sciences
- 5. Duy Tan University
- 6. Islamic Azad University of Urmia
Description
Security attacks are a nightmare to many computing environments such as fog computing, and these attacks should be addressed. Fog computing environments are vulnerable to various kinds of DDoS attacks, which can keep fog resources busy. Typically in such attacks, fog environments often have less available resources, which can negatively impact the scheduling of Internet of Things (IoT) submitted workflows. However, most of the existing scheduling schemes do not consider DDoS attacks' effect in the scheduling process, increasing the deadline missed workflows and offloaded tasks on the cloud. For dealing with these issues, a hybrid optimization algorithm is proposed, comprising both Particle Swarm Optimization (PSO) and Salp Swarm algorithm (SSA), to solve the workflow scheduling problem in multiple fog computing environments. Two discrete-time Markov chain models are proposed for each fog computing environment to address DDoS attacks' effects on them. Our first Markov model computes the average available network bandwidth for each fog. The second Markov model finds the average number of available virtual machines (VMs) for each fog; the models address different levels of DDoS attacks. Extensive simulations show that by predicting the effects of DDoS attacks on fog environments, the proposed approach can effectively mitigate the number of offloaded tasks on cloud data centers and can reduce the number of the deadline missed workflows.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الهجمات الأمنية هي كابوس للعديد من بيئات الحوسبة مثل الحوسبة الضبابية، ويجب معالجة هذه الهجمات. بيئات الحوسبة الضبابية عرضة لأنواع مختلفة من هجمات DDoS، والتي يمكن أن تبقي موارد الضباب مشغولة. عادة في مثل هذه الهجمات، غالبًا ما يكون لبيئات الضباب موارد أقل، مما قد يؤثر سلبًا على جدولة تدفقات العمل المقدمة لإنترنت الأشياء (IoT). ومع ذلك، فإن معظم مخططات الجدولة الحالية لا تأخذ في الاعتبار تأثير هجمات DDoS في عملية الجدولة، مما يزيد من تدفقات العمل الفائتة في الموعد النهائي والمهام التي تم تفريغها على السحابة. للتعامل مع هذه المشكلات، يتم اقتراح خوارزمية تحسين هجينة، تشتمل على كل من خوارزمية تحسين سرب الجسيمات (PSO) وخوارزمية SALP Swarm (SSA)، لحل مشكلة جدولة سير العمل في بيئات حوسبة الضباب المتعددة. يُقترح نموذجان منفصلان لسلسلة ماركوف لكل بيئة حوسبة ضبابية لمعالجة تأثيرات هجمات DDoS عليها. يحسب نموذج ماركوف الأول متوسط عرض النطاق الترددي المتاح للشبكة لكل ضباب. يجد نموذج ماركوف الثاني متوسط عدد الأجهزة الافتراضية المتاحة (VMs) لكل ضباب ؛ تتناول النماذج مستويات مختلفة من هجمات DDoS. تُظهر عمليات المحاكاة المكثفة أنه من خلال التنبؤ بتأثيرات هجمات DDoS على بيئات الضباب، يمكن للنهج المقترح أن يخفف بشكل فعال من عدد المهام التي تم تفريغها على مراكز البيانات السحابية ويمكن أن يقلل من عدد مهام سير العمل الفائتة في الموعد النهائي.Translated Description (French)
Les attaques de sécurité sont un cauchemar pour de nombreux environnements informatiques tels que l'informatique de brouillard, et ces attaques doivent être traitées. Les environnements informatiques de brouillard sont vulnérables à divers types d'attaques DDoS, ce qui peut occuper les ressources de brouillard. Généralement, dans de telles attaques, les environnements de brouillard ont souvent moins de ressources disponibles, ce qui peut avoir un impact négatif sur la planification des flux de travail soumis par l'Internet des objets (IoT). Cependant, la plupart des schémas de planification existants ne tiennent pas compte de l'effet des attaques DDoS dans le processus de planification, ce qui augmente les flux de travail manqués et les tâches déchargées sur le cloud. Pour traiter ces problèmes, un algorithme d'optimisation hybride est proposé, comprenant à la fois l'optimisation de l'essaim de particules (PSO) et l'algorithme Salp Swarm (SSA), pour résoudre le problème de planification du flux de travail dans plusieurs environnements informatiques de brouillard. Deux modèles de chaîne de Markov à temps discret sont proposés pour chaque environnement informatique Fog afin de traiter les effets des attaques DDoS sur eux. Notre premier modèle de Markov calcule la bande passante moyenne disponible du réseau pour chaque brouillard. Le deuxième modèle de Markov trouve le nombre moyen de machines virtuelles (VM) disponibles pour chaque brouillard ; les modèles traitent différents niveaux d'attaques DDoS. Des simulations approfondies montrent qu'en prédisant les effets des attaques DDoS sur les environnements de brouillard, l'approche proposée peut atténuer efficacement le nombre de tâches déchargées sur les centres de données cloud et peut réduire le nombre de flux de travail manqués dans les délais.Translated Description (Spanish)
Los ataques de seguridad son una pesadilla para muchos entornos informáticos, como la computación en la niebla, y estos ataques deben abordarse. Los entornos informáticos de niebla son vulnerables a varios tipos de ataques DDoS, lo que puede mantener ocupados los recursos de niebla. Por lo general, en tales ataques, los entornos de niebla a menudo tienen menos recursos disponibles, lo que puede afectar negativamente la programación de los flujos de trabajo enviados por el Internet de las cosas (IoT). Sin embargo, la mayoría de los esquemas de programación existentes no consideran el efecto de los ataques DDoS en el proceso de programación, lo que aumenta los flujos de trabajo perdidos y las tareas descargadas en la nube. Para hacer frente a estos problemas, se propone un algoritmo de optimización híbrido, que comprende tanto la optimización de enjambre de partículas (PSO) como el algoritmo de enjambre Salp (SSA), para resolver el problema de programación del flujo de trabajo en múltiples entornos de computación en niebla. Se proponen dos modelos de cadena de Markov en tiempo discreto para cada entorno informático de niebla para abordar los efectos de los ataques DDoS en ellos. Nuestro primer modelo de Markov calcula el ancho de banda de red medio disponible para cada niebla. El segundo modelo de Markov encuentra el número promedio de máquinas virtuales (VM) disponibles para cada niebla; los modelos abordan diferentes niveles de ataques DDoS. Las simulaciones exhaustivas muestran que al predecir los efectos de los ataques DDoS en los entornos de niebla, el enfoque propuesto puede mitigar de manera efectiva la cantidad de tareas descargadas en los centros de datos en la nube y puede reducir la cantidad de flujos de trabajo perdidos en la fecha límite.Files
09224620.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:76712e7f52928a78bc80cea3cfd6a858
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- جدولة سير العمل العلمي في البيئات متعددة الضباب باستخدام نماذج ماركوف وخوارزمية سرب Salp الهجين
- Translated title (French)
- Programmation des flux de travail scientifiques dans des environnements multi-brouillard à l'aide de modèles de Markov et d'un algorithme hybride Salp Swarm
- Translated title (Spanish)
- Programación de flujos de trabajo científicos en entornos de niebla múltiple utilizando modelos de Markov y un algoritmo híbrido de enjambre de salpas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3093591719
- DOI
- 10.1109/access.2020.3031472
References
- https://openalex.org/W1489073918
- https://openalex.org/W1889478954
- https://openalex.org/W2014561814
- https://openalex.org/W2032728524
- https://openalex.org/W2062978452
- https://openalex.org/W2105103777
- https://openalex.org/W2122516858
- https://openalex.org/W2152195021
- https://openalex.org/W2264711506
- https://openalex.org/W2278665952
- https://openalex.org/W2291823293
- https://openalex.org/W2339674953
- https://openalex.org/W2378934329
- https://openalex.org/W2414114959
- https://openalex.org/W2470530050
- https://openalex.org/W2592212178
- https://openalex.org/W2738138286
- https://openalex.org/W2738900493
- https://openalex.org/W2751904527
- https://openalex.org/W2782792209
- https://openalex.org/W2783459499
- https://openalex.org/W2795317705
- https://openalex.org/W2796007514
- https://openalex.org/W2802528223
- https://openalex.org/W2809380657
- https://openalex.org/W2809963016
- https://openalex.org/W2810048489
- https://openalex.org/W2889171665
- https://openalex.org/W2891137434
- https://openalex.org/W2895733006
- https://openalex.org/W2897099070
- https://openalex.org/W2902684698
- https://openalex.org/W2904701238
- https://openalex.org/W2905838702
- https://openalex.org/W2915641590
- https://openalex.org/W2940651923
- https://openalex.org/W2963264685
- https://openalex.org/W2964129362
- https://openalex.org/W2970765482
- https://openalex.org/W2982223210
- https://openalex.org/W2997574421
- https://openalex.org/W3016987480
- https://openalex.org/W3048060641
- https://openalex.org/W3053053738
- https://openalex.org/W3087275496