Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Souza, Paulo Silas Severo de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
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
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
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.
id P_RS_9d77c78e53ec20c2afe9146ffff7b9d4
oai_identifier_str oai:tede2.pucrs.br:tede/11414
network_acronym_str P_RS
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository_id_str
spelling 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
dc.title.none.fl_str_mv Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
Minimizando latência e tempo de manutenção durante atualização de servidores em infraestruturas de computação na borda
title Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
spellingShingle Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
Souza, Paulo Silas Severo de
Resource Management
Maintenance
Server Updates
Edge Computing
Application Latency
Gerência de Recursos
Manutenção
Atualização de Servidores
Computação na Borda
Latência de Aplicações
CIENCIA DA COMPUTACAO: TEORIA DA COMPUTACAO
title_short Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
title_full Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
title_fullStr Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
title_full_unstemmed Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
title_sort Minimizing latency and maintenance time during server updates on edge computing infrastructures
author Souza, Paulo Silas Severo de
author_facet Souza, Paulo Silas Severo de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Ferreto, Tiago Coelho
http://lattes.cnpq.br/8685431534934812
Calheiros, Rodrigo Neves
http://lattes.cnpq.br/3171191979702267
dc.contributor.author.fl_str_mv Souza, Paulo Silas Severo de
dc.subject.por.fl_str_mv Resource Management
Maintenance
Server Updates
Edge Computing
Application Latency
Gerência de Recursos
Manutenção
Atualização de Servidores
Computação na Borda
Latência de Aplicações
CIENCIA DA COMPUTACAO: TEORIA DA COMPUTACAO
topic Resource Management
Maintenance
Server Updates
Edge Computing
Application Latency
Gerência de Recursos
Manutenção
Atualização de Servidores
Computação na Borda
Latência de Aplicações
CIENCIA DA COMPUTACAO: TEORIA DA COMPUTACAO
description 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.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-08-25
2024-11-04T20:16:45Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11414
url https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11414
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica
Brasil
PUCRS
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica
Brasil
PUCRS
Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
instname_str Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron_str PUC_RS
institution PUC_RS
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.central@pucrs.br||
_version_ 1850041317515591680