A modular architecture for the emulation of scalable edge applications

Abstract

Na última década, a área de cloud computing transformou a indústria de tecnologia da informação, permitindo a execução de serviços com a disponibilidade de recursos computacionais sob demanda. Seu novo paradigma trouxe modelos de custo mais flexíveis e entre outras coisas, viabilizou o processamento de grandes volumes de dados. Nos últimos anos, outras tecnologias como a internet das coisas e a indústria 4.0 surgiram e fomentaram um aumento ainda maior na produção de dados, o que fez com que a indústria e a academia buscassem por novas abordagens para o processamento e armazenamento de dados. O foco desses estudos tem sido a redução da latência inerente ao modelo centralizado e a área de computação de borda vem sendo vista como uma possível solução. A modelagem de soluções eficientes dentro desse contexto deve levar em conta quais componentes da aplicação devem ser alocados na borda para melhorar efetivamente o desempenho e reduzir o custo de execução. Para tanto, surge a necessidade de ferramentas que viabilizem o projeto e experimentação, reproduzindo cenários específicos de computação de borda. Nesta tese, contribuímos para o estado da arte da area de computação de borda e exploramos as possibilidades de emular cenários considerando aspectos de escalabilidade e diferentes infraestruturas, permitindo experimentação e design com resultados realistas. Propomos uma arquitetura de emulação modular para prototipagem de aplicações de borda escaláveis. A arquitetura proposta é adaptável a diversas condições. Permitimos a medição de cenários específicos considerando a pegada computacional dos dispositivos de borda e exploramos as possibilidades de avaliar diferentes comportamentos de aplicações de borda. Além disso, validamos um protótipo com um caso de uso de agricultura inteligente, no qual os resultados da experimentação de escalabilidade apontaram 200 como o número máximo observado de dispositivos de borda que uma única instância de Edge Broker pode suportar nas restrições aplicadas e configurações de testbed.