Direction de recherche : Olivier FOURMAUX

Co-encadrement : FRIEDMAN Timur

Container Orchestration for the Edge Cloud

Avec l'essor des infrastructures de type edge où les ressources informatiques sont en périphérie de réseau, la tendance est une fois de plus orientée vers la décentralisation. En plus des appareils à ressources contraintes qui peuvent effectuer des tâches limitées, le «edge cloud» se compose de nœuds de calcul de classe serveur qui sont colocalisées avec des stations de base des réseaux sans-fil et qui sont soutenus par des serveurs dans des centres informatiques régionaux. Ces nœuds de calcul ont des capacités de type cloud et ils sont capables d'exécuter des charges de travail (workloads) typiques du cloud. En outre, de nombreux appareils intelligents qui supportent la conteneurisation et la virtualisation peuvent exécuter de telles tâches. Nous pensons que le modèle de service «containers as a service», ou CaaS, avec sa surcharge minime sur des nœuds de calcul, est particulièrement bien adapté pour l'environnement edge cloud qui est moins évolutif que le cloud classique. Pourtant, les systèmes d'orchestration de conteneurs en cloud ne sont pas encore intégrés dans les nouveaux environnements edge cloud.
Dans cette thèse nous montrons une voie à suivre pour l'orchestration des conteneurs pour des edge clouds. Nous apportons nos contributions de deux manières principales : la conception raisonnée d'un ensemble de fonctionnalités testées empiriquement pour simplifier et améliorer l'orchestration des conteneurs pour des edge clouds et le déploiement de ces fonctionnalités pour fournir une plateforme edge durable, basée sur des conteneurs, pour la communauté de recherche sur Internet.
Ce logiciel et cette plateforme s'appellent EdgeNet. Elle consiste en une extension de Kubernetes, qui est l'outil de facto standard d'orchestration de conteneurs pour l'industrie cloud. L'edge cloud nécessite une architecture mutualisée, ou «multitenancy», pour le partage de ressources limitées. Cependant, cela n'est pas une fonctionnalité native de Kubernetes et alors un cadre spécifique doit être ajouté au système afin d'activer cette fonctionnalité.
En étudiant la littérature scientifique sur les cadres multitenancy dans le cloud ainsi que les cadres multitenancy déjà existants pour Kubernetes, nous avons développé une nouvelle classification de ces cadres en trois approches principales: (1) multi-instance via plusieurs clusters, (2) multi-instance via plusieurs plans de contrôle et (3) instance-unique. Compte tenu des contraintes de ressources à l'edge, nous défendons et apportons des preuves empiriques en faveur d'un cadre multitenancy qui est instance-unique.
Notre conception comprend un mécanisme léger pour la fédération des clusters de calcul de l'edge cloud dans lequel chaque cluster local implémente notre cadre multitenancy, et un utilisateur accède à des ressources fédérées par le biais du cluster local fourni par son opérateur de cloud local. Nous introduisons en outre plusieurs fonctionnalités et méthodes qui adaptent l'orchestration des conteneurs à l'edge cloud, telles qu'un moyen de permettre aux utilisateurs de déployer des charges de travail en fonction de l'emplacement du nœud, et un VPN en cluster qui permet aux nœuds de fonctionner derrière des NAT.
Nous mettons ces fonctionnalités en production avec la plateforme d’expérimentation d'EdgeNet, un cluster de calcul distribué à l'échelle mondiale qui est intrinsèquement moins coûteux à déployer et à entretenir, et plus facile à documenter et à programmer que les plateformes d’expérimentation précédentes.

Publications 2021-2023

• 2023
  • B. Senel : “Orchestration de conteneurs pour l’edge cloud”, thèse, soutenance 23/06/2023, direction de recherche Fourmaux, Olivier, co-encadrement : Friedman, Timur (2023)
  • B. Şenel, M. Mouchet, J. Cappos, T. Friedman, O. Fourmaux, R. McGeer : “Multitenant Containers as a Service (CaaS) for Clouds and Edge Clouds”, IEEE Access, vol. 11 (1), pp. 144574-144601, (IEEE) (2023)
• 2022
  • B. Can Şenel, M. Mouchet, J. Cappos, T. Friedman, O. Fourmaux, R. McGeer : “Federating EdgeNet with Fed4FIRE+ and Deploying its Nodes Behind NATs”, SLICES Workshop at International Federation for Information Processing (IFIP) Networking 2022 Conference, Catania, Italy, pp. 1-5, (IEEE) (2022)
• 2021
  • B. Şenel, M. Mouchet, J. Cappos, O. Fourmaux, T. Friedman, R. McGeer : “EdgeNet: the Global Kubernetes Cluster Testbed”, IEEE INFOCOM International Workshop on Computer and Networking Experimental Research using Testbeds (CNERT), Vancouver, Canada, pp. 1-2, (IEEE) (2021)
  • B. Şenel, M. Mouchet, J. Cappos, O. Fourmaux, T. Friedman, R. McGeer : “EdgeNet: A Multi-Tenant and Multi-Provider Edge Cloud”, EdgeSys'21 - 4^th International Workshop on Edge Systems, Analytics and Networking, workshop held in conjunction with the 16^th ACM European Conference on Computer Systems (EuroSys 2021), Best Paper Award, Edinburgh, Scotland, United Kingdom, pp. 49-54, (ACM) (2021)
  • B. Can Şenel, M. Mouchet, J. Cappos, O. Fourmaux, T. Friedman, R. McGeer : “Shared internet-scale measurement platforms”, NSF Workshop on Overcoming Measurement Barriers to Internet Research (WOMBIR 2021), extended abstract, Online, United States (2021)