[论文解读] Edge-as-a-Service: Towards Distributed Cloud Architectures

Blesson Varghese, Nan Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2017

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 13被引用 19

一句话总结

本文提出了边缘即服务（EaaS），一种新型平台，通过轻量级发现协议和可扩展的资源供应机制，使边缘节点对公众开放，从而实现分布式云架构。在真实在线游戏用例中，该系统将应用延迟降低了40%至60%，并将云数据流量减少高达95%，平台开销低于6%。

ABSTRACT

We present an Edge-as-a-Service (EaaS) platform for realising distributed cloud architectures and integrating the edge of the network in the computing ecosystem. The EaaS platform is underpinned by (i) a lightweight discovery protocol that identifies edge nodes and make them publicly accessible in a computing environment, and (ii) a scalable resource provisioning mechanism for offloading workloads from the cloud on to the edge for servicing multiple user requests. We validate the feasibility of EaaS on an online game use-case to highlight the improvement in the QoS of the application hosted on our cloud-edge platform. On this platform we demonstrate (i) low overheads of less than 6%, (ii) reduced data traffic to the cloud by up to 95% and (iii) minimised application latency between 40%-60%.

研究动机与目标

• 为解决将边缘节点集成到云生态系统中的挑战，通过使其对公众开放并可管理。
• 实现应用从云到边缘节点的卸载，以提升服务质量（QoS）。
• 开发一种可扩展、轻量级的平台，支持在边缘节点上动态供应工作负载。
• 在真实用例中验证EaaS的可行性，具体为一种基于位置感知的在线游戏。

提出的方法

• EaaS平台采用三层架构：云层（应用服务器）、边缘节点层（基于树莓派的边缘节点）和设备层（用户设备）。
• 主节点控制器通过发现协议管理边缘节点，该协议基于公网IP、开放端口和协调者信息识别并注册边缘节点。
• 平台采用基于容器的资源供应机制，支持在边缘节点上动态启动、运行、停止和终止容器。
• 关键生成模块通过为隔离容器环境颁发公私钥对来增强安全性。
• 监控模块以可配置的时间间隔从边缘节点收集CPU和内存使用率指标。
• 系统使用集中式控制器进行初始部署，未来计划迁移至分布式监控以提升可扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在分布式云架构中，如何发现边缘节点并使其对公众开放？
• RQ2 通过集中式控制器管理边缘节点进行资源供应，其性能开销如何？
• RQ3 在真实工作负载中，EaaS能在多大程度上降低应用延迟和云数据流量？
• RQ4 在工作负载增加的情况下，EaaS平台在容器管理和网络开销方面如何扩展？
• RQ5 EaaS能否通过边缘卸载有效支持实时、低延迟敏感型应用，如在线游戏？

主要发现

• EaaS平台在管理边缘节点操作方面整体开销低于6%，其中容器启动开销最高，达5.90%。
• 在基于位置感知的在线游戏用例中，应用延迟降低了40%至60%，支持最多1024名用户。
• 在使用EaaS进行工作负载卸载时，边缘节点与云之间的数据流量平均减少了95%。
• 容器启动时间低于1分钟，启动/停止操作在5秒内完成，终止操作几乎在7秒内完成。
• 平台在每个边缘节点上支持最多50个容器，直至资源耗尽。
• 结果证实了EaaS在实现高效、低延迟、带宽高效的分布式云架构方面的可行性。