Analysis of 5G Edge Computing solutions and APIs from an E2E perspective addressing the developer experience

• Main Author: Manocha, Jitendra
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) 2021
• Subjects: Edge Computing; MEC; 5G; Latency; URLLC; APIs; Network Exposure Function; ETSI MEC ISG; 3GPP SA6; Hyper-scale; OSBA; Open Service Broker API; Web skala; Computer and Information Sciences; Data- och informationsvetenskap
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-305137

Edge Computing is considered one of the key capabilities in next generation (5G) networks, which will enable inundation of latency, throughput, and data sensitive edge-native applications. Edge application developers require infrastructure at the edge to host the application workload and network connectivity procedures to connect the application users to the nearest edge where the application workload is hosted. Distributed nature of edge infrastructure and the requirement on network connectivity makes it attractive for communication service providers (CSPs) to become Edge Service providers (ESP); similarly, hyper-scale cloud providers (HCPs) are also planning to expand as ESP building on their cloud presence targeting edge application developers. CSPs across the globe follow a standard approach for building interoperable networks and infrastructure, while HCPs do not participate in telecom standardization bodies. Standards development organizations (SDOs) such as the European Telecommunication Standardization Institute (ETSI) and 3rd Generation Partnership Project (3GPP) are working to provide a standard architecture for edge computing solution for service providers. However, the current focus of SDOs is more on architecture and not much focus on application developer experience and the Application Programming Interfaces (APIs). On the architecture itself, there are different standards and approaches available which overlap with each other. APIs proposed by different SDOs are not easily consumable by edge application developers and require simplification. On the other hand, there are not many widely known standards in the hyper-scale cloud and public cloud industry to integrate with each other except the public application programming interfaces (APIs) offered by cloud providers. To scale and succeed, edge service providers need to focus on interoperability, not only from a cloud infrastructure perspective but from a network connectivity perspective as well. This work analyzes standards defined by different standardization bodies in the 5G edge computing area and the overlaps between the standards. The work then highlights the requirements from an edge application developer perspective, investigates the deficiencies of the standards, and proposes an end-to-end edge solution architecture and a method to simplify the APIs which fulfil the need for edge-native applications. The proposed solution considers CSPs providing multi-cloud infrastructure for edge computing by integrating with HCPs infrastructure. In addition, the work investigates existing standards to integrate cloud capabilities in network platforms and elaborates the way network and cloud computing capabilities can be integrated to provide complete edge service to edge application developers or enterprises. It proposes an alternative way to integrate edge application developers with cloud service providers dynamically by offering a catalog of services.  === Edge Computing anses vara en av nyckelfunktionerna i nästa generations (5G) nätverk, vilket möjliggör minskad fördröjning, ökad genomströmning och datakänsliga och kantnära applikationer. Applikationsutvecklare för Edge Computing är beroende av kantinfrastruktur som är värd för applikationen, och nätverksanslutning för att ansluta applikationsanvändarna till närmaste kant där applikationens är placerad. Även om kantapplikationer kan vara värd för vilken infrastruktur som helst, planerar leverantörer av kommunikationstjänster (CSP:er) att erbjuda distribuerad kantinfrastruktur och anslutningar. På liknande sätt planerar även molnleverantörer med hög skalbarhet (HCP) att erbjudakantinfrastruktur. CSP:er följer standardmetoden för att bygga nätverk och infrastruktur medan HCP:er inte deltar i standardiseringsorgan. Standardutvecklingsorganisationer (SDO) som europeisk telekommunikations standardiseringsinstitut (ETSI) och 3rd Generation Partnership Project (3GPP) arbetar för att tillhandahålla en standardarkitektur för Edge Computing för tjänsteleverantörer. Men nuvarande fokus är mer på arkitektur och inte mycket fokus är riktat mot applikationsutvecklares erfarenhet och API:er. I själva arkitekturen finns det olika standarder och tillvägagångssätt som överlappar varandra. API:er föreslagna av olika SDO:er är inte lättillgängliga för utvecklar av kantapplikationer och måste förenklas. Å andra sidan finns det inte många allmänt kända standarder i hyperskalära moln och offentlig molnindustri som går att integrera med varandra förutom de offentliga gränssnitten för applikationsprogrammering (API:er) som erbjuds av molnleverantörer. För att kunna betjäna omfattande applikationsutvecklare måste CSP:er erbjuda multimolnfunktioner och därmed komplettera sin egen infrastruktur med kapaciteten för HCP:er. På liknande sätt kommer HCP:er att behöva integrera anslutningstjänster utöver infrastruktur för att erbjuda kantfunktioner. Den här arbetet beskriver olika standarder definierade av olika standardiseringsorgan i Edge Computing-området för 5G, och analyzerar överlappningar mellan standarderna. Arbetet belyser sedan kraven från ett utvecklingsperspektiv av kantapplikationer, undersöker bristerna i standarderna och föreslår en lösningsarkitektur som uppfyller behovet för kantbyggda applikationer. Den föreslagna lösningen beaktar CSP:er som tillhandahåller flermolnsinfrastruktur för Edge Computing genom att integreras med HCP:s infrastruktur. Arbetet undersöker vidare befintliga standarder för att integrera molnfunktioner i nätverksplattformar och utvecklar på vilket sätt nätverks- och molntjänster kan integreras för att erbjuda kompletta tjänster till utvecklare av kantapplikationer. Arbetet föreslår ett alternativt sätt att dynamiskt integrera utvecklare av kantapplikationer med leverantörer av molntjänster genom att erbjuda en katalog av tjänster.