Minimizing container-based applications SLA violations on edge computing environments

Abstract

O surgimento de aplicações com requisitos rígidos como baixa latência e privacidade motivou a aproximação de recursos computacionais e usuários na borda da rede devido às dificuldades do paradigma de computação em nuvem em suprir tais necessidades. Nesse novo paradigma de computação distribuída, assim como em computação em nuvem, as técnicas de virtualização baseadas em contêiner também são consideradas para provisionamento de aplicações devido ao baixo consumo de recursos, rápido provisionamento e baixo espaço de armazenamento em comparação com máquinas virtuais (VM). No entanto, a alta variabilidade da capacidade computacional e largura de banda dos nós de borda impactam diretamente no tempo de provisionamento das aplicações em um ambiente de computação de borda. Além disso, a localização dos usuários finais também é um fator importante a ser considerado ao escalonar as aplicações, pois a distância entre os usuários e os nós de borda afeta a latência da comunicação. Nesse contexto, este trabalho apresenta um novo algoritmo de escalonamento, chamado Latency and Provisioning Time SLA Driven Scheduler (LPSLA), que coordena o provisionamento de aplicações em infraestruturas de borda para minimizar as violações de Service Legel Agreements (SLA) em termos de latência e tempo de provisionamento. O algoritmo proposto considera a latência entre a localização dos usuários finais e os nós de borda e a capacidade dos nós de borda em baixar aplicações baseadas em contêiners. Como resultado, a solução proposta é capaz de minimizar as violações de SLA em todos os cenários avaliados.

The emergence of applications with strict requirements such as low latency and privacy motivated the approximation of computing resources and users at the network’s edge due to the difficulties of the cloud computing paradigm in fulfilling such needs. In this new distributed computing paradigm, like cloud computing, container-based virtualization techniques are also considered for application provisioning due to low resource consumption, fast provisioning, and low storage footprint compared to virtual machines (VM). However, the high variability of the edge nodes’ computational capacity and bandwidth directly impact the applications’ provisioning time in an edge computing environment. In addition, the end-users location is also an important factor to consider when scheduling applications, as the distance between end-users and edge nodes impacts communication latency. In this context, this work presents a novel scheduling algorithm, called Latency and Provisioning Time SLA Driven Scheduler (LPSLA), which coordinates application provisioning on edge infrastructures to minimize latency and provisioning time Service Legel Agreements (SLA) violations. It considers the latency between the end-users location and edge nodes and the capacity of edge nodes in downloading the container-based applications. As a result, the proposed solution is capable of minimizing the SLA violations in all evaluated scenarios.