Ermes: design, implementation and evaluation of a stateful edge computing framework

This thesis presents the design, implementation, and evaluation of Ermes, an innovative stateful edge computing framework. Edge computing is rapidly emerging as a solution to the latency and bandwidth challenges of centralized cloud computing by processing data closer to end users. However, current solutions predominantly focus on stateless computation, limiting their applicability for more complex applications that require robust state management. Ermes addresses this gap by focusing on applications with stateful needs that can be met with a session-based approach. By incorporating seamless automatic migration of computational tasks and session state across nodes in the edge-cloud continuum, Ermes ensures an effective load distribution and minimal latency. The thesis begins with a comprehensive review of existing edge computing frameworks, analyzing their methodologies, results, and limitations. Through real-world applications and case studies, the necessity of stateful edge computing is underscored. Following this analysis, the thesis outlines the design and implementation of Ermes, emphasizing its unique session migration algorithm that optimizes resource utilization and maintains data consistency. Extensive experiments and benchmarks demonstrate Ermes' innovative and compelling features, highlighting its potential to significantly enhance performance and efficiency in real-world edge computing scenarios.

Questa tesi presenta il design, l'implementazione e la valutazione di Ermes, un framework per l'Edge computing con gestione dello stato. L'Edge computing sta rapidamente emergendo come soluzione alle sfide di latenza e larghezza di banda del cloud computing centralizzato, elaborando i dati più vicino agli utenti finali. Tuttavia, le soluzioni attuali si concentrano prevalentemente su computazioni stateless, limitando la loro applicabilità ad applicazioni più complesse che richiedono una gestione dello stato. Ermes affronta questo problema concentrandosi su applicazioni le cui esigenze di gestione dello stato possono essere soddisfatte con un approccio basato su sessioni. Integrando la migrazione automatica e trasparente della computazione e dello stato della sessione tra i nodi nell’ Edge-cloud continuum, Ermes garantisce una distribuzione efficace del carico e una latenza minima. La tesi inizia con una revisione completa dei framework di Edge computing esistenti, analizzando le loro metodologie, risultati e limitazioni. Attraverso applicazioni reali e studi di caso, viene sottolineata la necessità di un Edge computing con gestione dello stato. Successivamente a questa analisi, la tesi delinea il design e l'implementazione di Ermes, mettendo in evidenza il suo algoritmo unico di migrazione delle sessioni che ottimizza l'utilizzo delle risorse e mantiene la coerenza dei dati. Esperimenti e benchmark approfonditi dimostrano le caratteristiche innovative e convincenti di Ermes, evidenziando il suo potenziale per migliorare significativamente le prestazioni e l'efficienza in scenari di Edge computing reali.