A3E : a framework for the mobile-edge-Cloud continuum

Mobile devices (smartphones and tablets) have become pervasive in our daily lives and in future this phenomenon is expected to grow even further. Despite huge advancements in their technology, most of them are still resource and battery constrained, creating potential obstacles against the development of new engaging applications. The recent diffusion of new real-time scenarios has motivated the need to move computation from centralized Cloud Computing infrastructures towards decentralized Edge solutions, allowing to augment mobile devices' capabilities with low-latency services. Edge solutions include Edge Computing (2009) and its recent integration into cellular base stations known as Mobile Edge Computing (2015), enabled by new and fast cellular technologies like 5G. To tackle the resource-finite nature and potential scalability issues of Edge solutions, recently new approaches based on Serverless Computing (FaaS) have been proposed. The purpose of this thesis is to present a Mobile Computation Offloading Framework called A3E. The framework follows the FaaS paradigm, abstracting mobile device's resources and heterogeneous infrastructures (Edge, Cloud). Through this abstraction A3E enables a Computing Continuum, in which mobile devices can dynamically choose at runtime where to execute stateless functions. The final goal consists in improving end-users' Quality of Experience (QoE). The A3E Framework has been designed at high-level and then implemented on Android devices and remote infrastructures. Our results show that on mobile devices the A3E Framework can generate significant time and/or energy savings under specific test scenarios.

I dispositivi mobili (smartphone e tablet) sono diventati pervasivi nelle nostre vite e in futuro questo fenomeno è destinato a crescere ulteriormente. Nonostante i notevoli sviluppi legati alla loro tecnologia, molti di questi sono ancora limitati dal punto di vista delle risorse computazionali ed energetiche, generando potenziali ostacoli nello sviluppo di nuove applicazioni interattive e ricche di contenuti. La recente diffusione di nuovi scenari real-time ha motivato lo spostamento della computazione da infrastrutture Cloud Computing centralizzate verso soluzioni decentralizzate note come Edge, che permettono di aumentare le capacità dei dispositivi mobili fornendo servizi a bassa latenza. Le soluzioni Edge includono sia il paradigma dell'Edge Computing (2009), sia la sua recente integrazione nell'infrastruttura degli operatori cellulari nota come Mobile Edge Computing (2015), abilitata dall'uso di nuove e veloci tecnologie di comunicazione come il 5G. Per contrastare la limitata quantità di risorse e i potenziali problemi di scalabilità delle soluzioni Edge, recentemente sono stati proposti nuovi approcci basati su Serverless Computing (FaaS). Lo scopo di questa tesi è di presentare un framework di Computation Offloading per dispositivi mobili chiamato A3E. Il framework sfrutta il paradigma FaaS, astraendo le risorse del dispositivo mobile e l'eterogeneità di infrastrutture (Edge, Cloud). Tramite questa astrazione A3E crea un Computing Continuum, in cui i dispositivi mobili sono in grado di scegliere dinamicamente a runtime dove eseguire funzioni stateless. L'obiettivo finale consiste nel migliorare la qualità dell'esperienza fornita agli utenti dei dispositivi mobili. Il Framework A3E è stato progettato ad alto livello e poi sviluppato su dispositivi Android e infrastrutture remote. I nostri risultati mostrano che sui dispositivi mobili il Framework A3E può generare un notevole risparmio di tempo e/o energia sotto specifiche condizioni di test.