[論文レビュー] Relating Edge Computing and Microservices by means of Architecture Approaches and Features, Orchestration, Choreography, and Offloading: A Systematic Literature Review

Lucas Fernando Souza de Castro, Sandro José Rigo|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2023

IoT and Edge/Fog Computing被引用数 4

ひとこと要約

本系統的文献レビューは、マイクロサービスとエッジコンピューティングの統合を、アーキテクチャ的手法、オーケストレーション／コーディネーションパターン、オフローディング技術の観点から分析することで調査している。主なアーキテクチャ的特徴、コンポジション戦略、オフローディングメカニズムを同定し、動的エッジ環境における研究ギャップを明らかにした。

ABSTRACT

Context: Microservices running and being powered by Edge Computing have been gaining much attention in the industry and academia. Since 2014, when Martin Fowler popularized the Microservice term, many studies have been published relating these subjects to explore how the Edge's low-latency feature could be combined with the high throughput of the distributed paradigm from Microservices. Objective: Identifying how Microservices work together with Edge Computing whereas they take advantage when running on Edge. Method: In order to better understand this relationship, we first identified its key concepts, which are: architecture approaches and features, microservice composition (orchestration/choreography), and offloading. Afterward, we conducted a Systematic Literature Review (SLR) as the survey method. Results: We reviewed 111 selected studies and built a taxonomy of Microservices on Edge Computing demonstrating their current architecture approaches and features, composition, and offloading modes. Moreover, we identify the research gaps and trends. Conclusion: This paper is a step forward to help researchers and professionals get a general overview of how Microservices and Edge have been related in the last years. It also discusses gaps and research trends. This SLR will also be a good introduction for new researchers in Edge and Microservices.

研究の動機と目的

• マイクロサービスとエッジコンピューティングが、低遅延性と高分散性の利点を活かせるように、どのようにアーキテクチャ的に統合されているかを理解すること。
• マイクロサービスベースのエッジシステムで使用されている、基本的なアーキテクチャ的特徴とコンポジションパターン（オーケストレーション対コーディネーション）を特定すること。
• リソース使用量とパフォーマンス最適化を目的として、エッジ、フォッグ、クラウド層にまたがるマイクロサービスのオフローディング戦略を分析すること。
• 111件の研究を系統的分析することで、マイクロサービスとエッジコンピューティング統合分野における研究ギャップと新たなトレンドを明らかにすること。
• エッジネイティブマイクロサービス分野に参入する研究者および実務家を支援する包括的な分類体系と基盤を提供すること。

提案手法

• PRISMA指針に従い、マイクロサービスとエッジコンピューティングに関する関連研究を特定・分析するための系統的文献レビュー（SLR）を実施した。
• 13の基準からなる品質評価フレームワークを定義・適用し、選定された研究の方法論的厳密性を評価した。
• 111件の選定された研究から、アーキテクチャ的手法、マイクロサービスコンポジション（オーケストレーション／コーディネーション）、オフローディングメカニズム、システム特徴に関するデータを抽出した。
• アーキテクチャ的パターン、コンポジションモデル、オフローディング戦略に基づいて、エッジプラットフォーム上でのマイクロサービスデプロイメントの分類体系を構築した。
• テーマ的分析と定量的分析を用いて、文献全体を通して繰り返し現れるパターン、課題、研究トレンドを同定した。
• スコアリングシステム（満点9点）を用いて研究の品質を評価した。選定された研究の平均得点は7.22点（81.77％）であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RQ1: エッジコンピューティング環境で使用されている、既存のマイクロサービスアーキテクチャ的手法と特徴は何か？
• RQ2 RQ2: エッジコンピューティング環境で効果的に動作するためのマイクロサービスの基本的特徴は何か？
• RQ3 RQ3: マイクロサービスのコンポジションに用いられる技術は何か？ また、それらはエッジ、フォッグ、クラウドのどのシステム層で動作しているか？
• RQ4 RQ4: エッジ、フォッグ、クラウド層にまたがるマイクロサービスのオフローディングプロセスはどのように機能するか？
• RQ5 RQ5: マイクロサービスとエッジコンピューティング統合に関する文献で、特定された課題や問題は何か？

主な発見

• 本レビューは111件の研究を分析したが、平均品質スコアは81.77％であり、文献全体にわたり高い方法論的厳密性が確認された。
• オーケストレーションが支配的なコンポジションモデル（88.9％の研究で使用）である一方、分散制御に適したコーディネーションはそれほど一般的ではないが、注目が高まっている。
• エッジリソースが制限されている場合に、マイクロサービスをエッジからフォッグまたはクラウドに移行させるために、オフローディングが頻繁に使用されている。
• エッジデプロイメントを可能にする主要なアーキテクチャ的特徴には、コンテナ化（例：Docker）、サービスの発見可能性、ステートレス設計が含まれる。高品質の研究の94.4％がこれらを強調している。
• 研究ギャップとして、動的再構成のサポート不足、クロスプラットフォーム相互運用性のための標準化APIの欠如、実世界のエッジワークロードの評価が不十分であることが指摘された。
• 最も引用の多い論文（例：Fu et al., 2021; Ullah et al., 2021）は、完全な品質スコア（9/9）を達成しており、方法論的設計の質が高く、マイクロサービスとエッジ統合の側面を包括的にカバーしていることが示された。