Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica Brasil PUCRS Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11414 |
Resumo: | Edge Computing offers low latency for real-time applications by shifting processing tasks from traditional cloud data centers to the network’s edge, near data sources. As expectations about Edge Computing grow, so does the pressure on IT personnel responsible for planning and executing maintenance operations on edge infrastructures. Maintenance at the edge is critical, given that edge servers, especially those installed in outdoor facilities, are exposed to several vulnerabilities, including hardware issues and security threats. To make things even more complicated, many unique characteristics of edge infrastructures, such as tight application latency requirements and the physical dispersion of edge servers, hinder the possibility of reusing maintenance strategies designed for the cloud. In light of the given scenario, this doctoral thesis seeks to enable faster updates of edge servers while reducing maintenance’s impact on edge application performance. To this end, this doctoral thesis makes the following contributions: (i) a literature review that organizes existing maintenance research targeting Edge Computing and two related paradigms (Cloud Computing and Internet of Things) according to a novel taxonomy; (ii) a simulation toolkit, called EdgeSimPy, that models various components of edge infrastructures and supports maintenance use cases; (iii) two maintenance strategies, called Lamp and Laxus, that incorporate user location awareness into maintenance decision-making to reduce the impact of server updates on application latency; and (iv) a maintenance strategy, called Hermes, that capitalizes on the shared content of container images of edge applications to reduce maintenance time through optimized relocations. Extensive experiments show that proposed solutions can accelerate edge server updates while reducing the impact of maintenance on edge application performance compared to strategies from the literature. |
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Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructuresMinimizando latência e tempo de manutenção durante atualização de servidores em infraestruturas de computação na bordaResource ManagementMaintenanceServer UpdatesEdge ComputingApplication LatencyGerência de RecursosManutençãoAtualização de ServidoresComputação na BordaLatência de AplicaçõesCIENCIA DA COMPUTACAO: TEORIA DA COMPUTACAOEdge Computing offers low latency for real-time applications by shifting processing tasks from traditional cloud data centers to the network’s edge, near data sources. As expectations about Edge Computing grow, so does the pressure on IT personnel responsible for planning and executing maintenance operations on edge infrastructures. Maintenance at the edge is critical, given that edge servers, especially those installed in outdoor facilities, are exposed to several vulnerabilities, including hardware issues and security threats. To make things even more complicated, many unique characteristics of edge infrastructures, such as tight application latency requirements and the physical dispersion of edge servers, hinder the possibility of reusing maintenance strategies designed for the cloud. In light of the given scenario, this doctoral thesis seeks to enable faster updates of edge servers while reducing maintenance’s impact on edge application performance. To this end, this doctoral thesis makes the following contributions: (i) a literature review that organizes existing maintenance research targeting Edge Computing and two related paradigms (Cloud Computing and Internet of Things) according to a novel taxonomy; (ii) a simulation toolkit, called EdgeSimPy, that models various components of edge infrastructures and supports maintenance use cases; (iii) two maintenance strategies, called Lamp and Laxus, that incorporate user location awareness into maintenance decision-making to reduce the impact of server updates on application latency; and (iv) a maintenance strategy, called Hermes, that capitalizes on the shared content of container images of edge applications to reduce maintenance time through optimized relocations. Extensive experiments show that proposed solutions can accelerate edge server updates while reducing the impact of maintenance on edge application performance compared to strategies from the literature.A Computação na Borda oferece baixa latência para aplicações de tempo real, transferindo tarefas de processamento de data centers tradicionais na nuvem para a borda da rede, em proximidade às fontes dos dados. À medida que as expectativas sobre a Computação na Borda se amplificam, também aumenta a pressão sobre profissionais de TI responsáveis por planejar e executar manutenções em infraestruturas de borda. Manutenções na borda são essenciais, dado que servidores de borda—especialmente aqueles posicionados em instalações ao ar livre—são expostos a várias vulnerabilidades, incluindo problemas de hardware e ameaças de segurança. Para complicar ainda mais a situação, muitas características únicas de infraestruturas de borda, como requisitos estritos de latência das aplicações e a dispersão física dos servidores, dificultam a possibilidade de reutilização de estratégias de manutenção projetadas para a nuvem. Diante deste cenário, esta tese de doutorado busca possibilitar atualizações mais rápidas de servidores de borda, reduzindo o impacto da manutenção no desempenho das aplicações. Para isso, esta tese de doutorado faz as seguintes contribuições: (i) Uma revisão de literatura que organiza a pesquisa existente sobre manutenção direcionada à Computação na Borda e dois paradigmas relacionados (Computação em Nuvem e Internet das Coisas) de acordo com uma nova taxonomia; (ii) Um simulador, chamado EdgeSimPy, que modela vários componentes de infraestruturas de borda e dá suporte a casos de uso de manutenção; (iii) Duas estratégias de manutenção, chamadas Lamp e Laxus, que incorporam a localização dos usuários na tomada de decisões de manutenção para reduzir o impacto de atualizações de servidores de borda na latência das aplicações; e (iv) Uma estratégia de manutenção, chamada Hermes, que toma vantagem do conteúdo compartilhado de imagens de contêineres das aplicações de borda para reduzir o tempo de manutenção através de realocações otimizadas. Experimentos extensivos mostram que as soluções propostas são capazes de acelerar a atualização de servidores de borda, reduzindo o impacto da manutenção no desempenho das aplicações em comparação com estratégias da literatura.Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulEscola PolitécnicaBrasilPUCRSPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoFerreto, Tiago Coelhohttp://lattes.cnpq.br/8685431534934812Calheiros, Rodrigo Neveshttp://lattes.cnpq.br/3171191979702267Souza, Paulo Silas Severo de2024-11-04T20:16:45Z2023-08-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11414enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RS2024-11-04T22:00:22Zoai:tede2.pucrs.br:tede/11414Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2024-11-04T22:00:22Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false |
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