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

Abstract

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.