Adaptive software for the heterogeneous edge-cloud continuum
- Reference number
- FUS21-0033
- Project leader
- Kessler, Christoph
- Start and end dates
- 220601-270531
- Amount granted
- 30 160 198 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The project investigates methods for the design, automated orchestration and dynamic adaptation of software to enable its autonomous, efficient and secure execution in dynamic, heterogeneous, distributed device-edge-cloud environments, i.e., in multi-provider, multi-service, and multi-criteria scenarios, without relying on a global resource manager. Key techniques to investigate towards a holistic solution include: (1) novel software design techniques for advanced run-time adaptivity, based on extended micro-service interfaces and workflows, including flexible specification of security and fault-tolerance requirements; (2) new techniques for runtime monitoring, analysis and automated modeling of key properties to support distributed dynamic orchestration and adaptivity; (3) new dynamic prediction techniques and a distributed dynamic orchestration and resource manager for the edge-cloud continuum that also manages autonomous migration; and (4) new techniques for cross-layer optimization and automated analysis of trade-offs regarding quality of service, performance, energy usage, cost, security, and fault-tolerance. Four research groups with complementary expertise will work together to develop and prototype generic and domain-specific techniques, and demonstrate their value in four different use cases in strategic domains for Swedish industry with software-intensive products: Computer networks and applications they enable; smart energy grids; aviation; and automotive.
Popular science description
Vi är i början av den accelererande digitala transformationen av Svensk industri och samhälle. ”Smart” teknik möjliggörs av mjukvara som exekverar på komplexa distribuerade datorsystem som består av uppkopplade enheter, sensorer, maskiner, nätverk och datorressurser för beräkningar och datalagring. Tidiga användare av dessa system är high-tech industrier i t.ex. telekommunikation och fordonsteknik. De "smarta" teknikerna innebär komplexa dataintensiva beräkningar, ofta med strikta krav på säkerhet, feltolerans och exekvering i realtid. Datakällorna – sensorer, mobila enheter etc. – erbjuder dock enbart begränsade egna beräkningsressurser, exempelvis pga. begränsad batteritid. Att lägga ut krävande beräkningsjobb till centrala cloud-ressurser är bekvämt, men kan inte garantera svar inom realtid (viktigt t.ex. för autonoma fordon), är beroende av stabil uppkoppling, kan vara ineffektivt, och öppnar för fler säkerhetsrisker. Edge-computing – att lägga till mer predikterbara, lokala beräkningsressurser vid ”edge” mellan devices och cloud – erbjuder en attraktiv men komplex lösning till detta problem. Detta projekt utvecklar nya metoder för design, orkestrering och dynamisk anpassning av mjukvara för autonom, effektiv och säker körning i device-edge-cloud-system, dvs., i sitationer med många olika aktörer, applikationer/tjänster och motstridiga krav utan möjlighet till centraliserad kontroll. För en helhetslösning behövs: (1) nya tekniker för mjukvarudesign med avancerat stöd för dynamisk anpassning, baserat på mer avancerade gränssnitt för mikrotjänster och flöden samt flexibla specifikationer av krav på säkerhet och feltolerans; (2) nya tekniker för programövervakning och automatiserad analys av mjukvara för att stödja distribuerad orkestrering och anpassning; (3) nya dynamiska predikteringstekniker och distribuerade algoritmer för orkestrering av heterogena device-edge-cloud-system, som också stöder autonom tjänstemigrering; (4) nya tekniker för optimering över flera systemlager och automatiserad analys av avvägningar i tjänstekvalitet, prestanda, energiåtgång, kostnad, säkerhet och feltolerans. Fyra forskargrupper med inbördes kompletterande expertis går samman för att utveckla och undersöka både generiska och domänspecifika lösningar, och för att demonstera teknikernas potential i fyra strategiska områden för svensk industri med mjukvaruintensiva produkter: datornätverk och deras tillämpningar; smarta elnät; luftfart; och smarta bilar.