Modern applications increasingly span across cloud, fog, and edge environments, demanding orchestration systems that can adapt to diverse deployment contexts while meeting Quality-of-Service (QoS) requirements. Standard Kubernetes schedulers do not account for user-defined objectives such as energy efficiency, cost optimization, and global performance, often leaving operators to make manual, cluster-by-cluster placement decisions. To address this need, we present QONNECT, a vendor-agnostic orchestration framework that enables declarative, QoS-driven application deployment across heterogeneous Kubernetes and K3s clusters. QONNECT introduces a distributed architecture composed of a central Knowledge Base, Raft-replicated Resource Lead Agents, and lightweight Resource Agents in each cluster. Through a minimal YAML-based interface, users specify high-level QoS goals, which the system translates into concrete placement and migration actions. Our implementation is evaluated on a federated testbed of up to nine cloud-fog-edge clusters using the Istio Bookinfo microservice application. The system demonstrates dynamic, policy-driven microservice placement, automated failover, QoS-compliant rescheduling, and leader re-election after node failure, all without manual intervention. By bridging the gap between declarative deployment models and operational QoS goals, QONNECT transforms the cloud-edge continuum into a unified, self-optimizing platform.


翻译:现代应用日益跨越云、雾和边缘环境,要求编排系统能够适应多样化部署场景,同时满足服务质量(QoS)要求。标准Kubernetes调度器未考虑用户自定义目标(如能效优化、成本优化和全局性能),通常迫使运维人员手动进行逐集群的部署决策。为应对这一需求,我们提出QONNECT——一个与供应商无关的编排框架,支持在异构Kubernetes与K3s集群间实现声明式、QoS驱动的应用部署。QONNECT采用分布式架构,由中央知识库、Raft复制的资源主导代理以及各集群中的轻量级资源代理组成。用户通过极简的YAML接口声明高层级QoS目标,系统将其转化为具体的部署与迁移操作。我们在包含九个云-雾-边缘集群的联邦测试平台上,使用Istio Bookinfo微服务应用对系统实现进行评估。该系统展示了动态策略驱动的微服务部署、自动故障转移、QoS合规的重调度以及节点故障后的领导者重选等能力,全程无需人工干预。通过弥合声明式部署模型与运营级QoS目标之间的鸿沟,QONNECT将云-边缘连续体转化为统一的自优化平台。

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