Le continuum Cloud-Edge est devenu un paradigme central pour la mise à disposition de services numériques, combinant la scalabilité des infrastructures Cloud centralisées aux avantages de faible latence des ressources Edge distribuées. Cependant, l’orchestration des services au sein de ce continuum devient de plus en plus complexe, car elle doit concilier de multiples objectifs souvent contradictoires. Parmi ceux-ci, les problématiques de développement durable, comme l’intégration de sources d’énergie renouvelables, gagnent en importance, tout en introduisant de nouveaux défis traditionnellement absents des approches de minimisation de la consommation énergétique. En effet, l’intégration croissante de sources d’énergie renouvelables apporte une variabilité et une incertitude qui doivent être gérées en parallèle des exigences orientées service, telles que la stabilité et la robustesse. Cette variabilité complique les décisions d’orchestration, en particulier dans des environnements dynamiques et hétérogènes où des départs de nœuds, volontaires ou non, peuvent survenir. L’orchestration représente à la fois un défi et un levier pour la gestion énergétique des futurs systèmes de ce type, qui seront déployés à l’échelle mondiale. Face aux préoccupations environnementales actuelles et face au nombre croissant de ressources hétérogènes et dispersées impliquées dans ces systèmes, il est impératif de repenser la conception des méthodes d’orchestration sous l’angle du développement durable et de l’efficacité énergétique.
Dans cette thèse, nous présentons une étude approfondie sur l’orchestration des services dans des environnements Edge alimentés par des énergies renouvelables. Tout d’abord, nous introduisons une taxonomie spécialement conçue pour l’orchestration durable des services Edge, dans des contextes d’énergie traditionnelle et renouvelable. Cette revue renforce l’importance critique de la prise en compte des enjeux de durabilité et démontre comment la virtualisation et l’orchestration des services constituent des fondements essentiels pour les futures infrastructures ICT distribuées et énergie-efficientes. Ensuite, nous proposons un modèle de système qui capture les interactions entre la production d’énergie renouvelable, les infrastructures Edge et la robustesse des services. Sur la base de ce modèle, nous avons conçu un algorithme de placement et de reconfiguration de placement de services, utilisant des prédictions de disponibilité énergétique et de demande de charge de travail pour prendre des décisions d’orchestration plus efficaces et durables. Enfin, nous introduisons une architecture qui instancie les modèles théoriques proposés en une solution pratique et conforme aux normes. Ensemble, ces contributions apportent des approches nouvelles et efficaces pour relever le défi de l’orchestration des services dans des environnements Edge alimentés par des énergies renouvelables. |
The Cloud-Edge continuum has become a central paradigm for delivering digital services, combining the scalability of centralized Cloud infrastructures with the low-latency benefits of distributed Edge resources. However, orchestrating services across this continuum is increasingly complex, as it must balance multiple and often conflicting objectives. Among these, sustainability considerations, such as the integration of renewable energy sources, are gaining importance, yet they introduce new challenges traditionally absent from energy minimization approaches. Indeed, the growing integration of renewable energy sources brings variability and uncertainty that must be managed alongside service-level requirements such as stability and robustness. This variability complicates orchestration decisions, especially in dynamic and heterogeneous environments where both voluntary and involuntary node departures may occur. Orchestration represents both a challenge and a lever for the energy management of future systems of this type that will be deployed on a global scale. Faced with current environmental concerns and the growing and plethora of heterogeneous and scattered resources involved in these systems, it is imperative to rethink the design of orchestration methods from the additional perspective of sustainability and efficiency.
In this thesis, we present an in-depth investigation of service orchestration in renewable energy-enabled Edge computing environments. First, we introduce a comprehensive classification framework specifically designed for sustainable Edge service orchestration across traditional and renewable energy contexts. This review strengthens the critical importance of addressing sustainability concerns and demonstrates how virtualization and service orchestration constitute fundamental foundations for future energy-efficient, distributed ICT infrastructures. Then, we propose a system model that captures the interactions among renewable energy generation, Edge infrastructures, and service robustness. Building on this model, we design an algorithm for service placement and placement reconfiguration, using predictions of energy availability and workload demand to enable more efficient and sustainable orchestration decisions. Finally, we introduce an architecture that instantiates the proposed theoretical models into a practical, standards-compliant solution. Collectively, these contributions provide novel and effective approaches to the challenge of service orchestration in renewable energy-enabled Edge computing settings. |