Lazy and locality-aware building blocks for fog middleware : a service discovery use case

par Genc Tato

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Cédric Tedeschi et de Marin Bertier.

Soutenue le 19-12-2019

à Rennes 1 , dans le cadre de MATHSTIC , en partenariat avec Universite Bretagne Loire (ComuE) , Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Rennes, Bretagne-Atlantique) (laboratoire) et de MYRIADS (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Composants de bases paresseux et préservant la localité pour la gestion d’une insfrastructure fog : application à la découverte de services


  • Résumé

    Au cours de la dernière décennie, le cloud computing est devenu l’environnement standard de déploiement pour la plupart des applications distribuées. Alors que les fournisseurs de cloud ont étendu de manière continue leur couverture géographique, la distance entre leurs centres de données et les utilisateurs finaux se traduit toujours par une latence et une utilisation du réseau importantes. Avec l'avènement de nouvelles familles d'applications telles que la réalité virtuelle / augmentée ou les véhicules autonomes, nécessitant de très faibles latences, ou l'IoT, qui génère d'énormes quantités de données, l'infrastructure centralisée des clouds s’avère incapable de supporter leurs exigences. Cette situation a mené à l’expérimentation de nouvelles alternatives plus distribuées telles que le fog computing. Bien que les prémisses de cette infrastructure semblent prometteuses, une plate-forme de type fog n’a pas encore été créée. Par conséquent, une attention particulière doit être consacrée à la définition des contraintes appropriées de conception qui permettront de réaliser pleinement ces objectifs. Dans cette thèse, nous visons à concevoir des blocs de construction pouvant fournir des fonctionnalités de base pour la gestion d’une infrastructure de type fog. En partant du principe de préservation de la localité intrinsèque au fog, nous concevons un réseau de recouvrement paresseux et tenant compte de la localité, appelé Koala, qui permet une gestion décentralisée efficace sans créer de surcharge de trafic lié à la maintenance du réseau. Afin de capturer des exigences supplémentaires provenant de la couche applicative, nous avons étudié le déploiement d’une application fondée sur une architecture à base de microservices, à savoir Sharelatex, dans un environnement fog. Nous examinons comment ses performances en sont affectées et quelles fonctionnalités la couche de gestion peut fournir afin de faciliter son déploiement dans le fog et améliorer ses performances. En se fondant sur les blocs de bases définis et sur les exigences extraites du déploiement de l'application dans le fog, nous concevons un mécanisme de découverte de service qui répond à ces exigences et intègre ces composants dans un seul prototype. Ce prototype permet une évaluation complète de ces composants sur la base de scénarios dans des conditions réelles.


  • Résumé

    In the last decade, cloud computing has grown to become the standard deployment environment for most distributed applications. While cloud providers have continuously extended their coverage to different locations worldwide, the distance of their datacenters to the end users still often translates into significant latency and network utilization. With the advent of new families of applications such as virtual/augmented reality and self-driving vehicles, which operate on very low latency, or the IoT, which generates enormous amounts of data, the current centralized cloud infrastructure has shown to be unable to support their stringent requirements. This has shifted the focus to more distributed alternatives such as fog computing. Although the premises of such infrastructure seem auspicious, a standard fog management platform is yet to emerge. Consequently, significant attention is dedicated to capturing the right design requirements for delivering those premises. In this dissertation, we aim at designing building blocks which can provide basic functionalities for fog management tasks. Starting from the basic fog principle of preserving locality, we design a lazy and locality-aware overlay network called Koala, which provides efficient decentralized management without introducing additional traffic overhead. In order to capture additional requirements which originate from the application layer, we port a well-known microservice-based application, namely Sharelatex, to a fog environment. We examine how its performance is affected and what functionalities the management layer can provide in order to facilitate its fog deployment and improve its performance. Based on our overlay building block and the requirements retrieved from the fog deployment of the application, we design a service discovery mechanism which satisfies those requirements and integrates these components into a single prototype. This full stack prototype enables a complete end-to-end evaluation of these components based on real use case scenarios.


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