[論文レビュー] A Microservice-Based Platform for Sustainable and Intelligent SLO Fulfilment and Service Management

Juan Luis Herrera, Daniel Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

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ひとこと要約

The paper presents CASCA, an open-source microservice-based platform that enables carbon-aware SLO fulfilment and dynamic service management while preserving developer privacy, demonstrated on a real CC media streaming use case with decision systems implemented in Bash, Rust, and Python.

ABSTRACT

The Microservices Architecture (MSA) design pattern has become a staple for modern applications, allowing functionalities to be divided across fine-grained microservices, fostering reusability, distribution, and interoperability. As MSA-based applications are deployed to the Computing Continuum (CC), meeting their Service Level Objectives (SLOs) becomes a challenge. Trading off performance and sustainability SLOs is especially challenging. This challenge can be addressed with intelligent decision systems, able to reconfigure the services during runtime to meet the SLOs. However, developing these agents while adhering to the MSA pattern is complex, especially because CC providers, who have key know-how and information to fulfill these SLOs, must comply with the privacy requirements of application developers. This work presents the Carbon-Aware SLO and Control plAtform (CASCA), an open-source MSA-based platform that allows CC providers to reconfigure services and fulfill their SLOs while maintaining the privacy of developers. CASCA is architected to be highly reusable, distributable, and easy to use, extend, and modify. CASCA has been evaluated in a real CC testbed for a media streaming service, where decision systems implemented in Bash, Rust, and Python successfully reconfigured the service, unaffected by upholding privacy.

研究の動機と目的

• Computing Continuumに展開されたマイクロサービスベースのアプリケーションにおけるSLO達成の課題を、持続可能性とプライバシーを考慮して解決する。
• 再利用可能で拡張可能なプラットフォーム（CASCA）を提供し、分散環境全体でカーボン認識型SLO達成とサービス管理を可能にする。
• カーボン強度データを専用のEMMAマイクロサービスを介して統合し、インフラ提供者と開発者のためのプライバシー保護インターフェースを提供する。
• 実世界のCCテストベッドとオープンソース実装を用いたメディアストリーミングのユースケースで実現可能性と実用性を示す。

提案手法

• CASCAプラットフォームアーキテクチャをMSA原則に従って提案し、SLO達成とサービス管理をサポートする。
• カーボン意識を意思決定の一部として可能にするためのカーボン強度APIであるEMMAを導入する。
• SLO APIとサービス制御APIというデュアルAPIサービスAPIを定義し、SLO、設定、インフラの観測性間のプライバシー保護マッピングを提供する。
• マルチソースのSLOデータを統合するテレmetリーミドルウェア、テレmetリーホック、テレmetリーベースのデータベースからなるテレmetリーベースの可観測性レイヤを提供する。
• OpenAPI準拠のインターフェースを介した意思決定システム（AIベースまたは従来型）との統合を概説し、オンライン学習要件をサポートする。
• Jellyfin、Autowatcher（Salesforce風の継続レポーター）、MQTTベースのテレmetリ、InfluxDBを時系列データストアとするメディアストリーミングユースケースを、MSA展開のためにすべてコンテナ化して詳述する。

Figure 1 : Complete architecture of the CASCA platform

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CASCAはCC上にデプロイされたMSAにおいて、インフラ提供者に機微なサービス情報を漏らすことなくSLO達成とサービス管理を共存させることを可能にするか。
• RQ2 専用のEMMAマイクロサービスと標準APIを通じてSLO達成にカーボン認識を効果的に統合できるか。
• RQ3 CASCA内で不同実装の意思決定システム（Shell/Bash、Rust、Python）をデプロイして、ランタイムにサービスを再構成することの実用性と有効性はどうか。
• RQ4 CASCAアーキテクチャは、多様なテレmetリをプライバシー保護された可観測性と柔軟なデータソース統合をサポートするか。
• RQ5 実世界のCCテストベッドにおけるCASCAデプロイメントは、メディアストリーミングのシナリオでのパフォーマンスSLO（例：トランスコーディングスループット）とカーボンフットプリントのトレードオフを管理できるか。

主な発見

• CASCAはモジュール型のマイクロサービスを使用して、プライバシーを保護しつつSLO達成の再構成と可観測性を実現できる。
• SLOとサービス制御インターフェースを備えたオープンAPIゲートウェイは、インフラストラクチャとサービスセマンティクスを切り離しつつ、さまざまな意思決定システムの実装をサポートする。
• EMMAはOpenAPI準拠のエンドポイントを通じてカーボン強度データを提供し、カーボン認識型の意思決定を可能にする。
• メディアストリーミングのユースケースは、CASCAがカーボンフットプリントを考慮しつつサービスを再構成できる能力を示しており、意思決定システムはBash、Rust、Pythonで実装されている。
• すべてのコンポーネントとユースケース実装はオープンソースであり、他のMSAおよびCCデプロイメントでの再現と再利用を促進する。

Figure 2 : Implementation of CASCA for the media streaming use case.