<p>En patenterad metod [11] ligger till grund för utförandet av det här examensarbetet där målet var att beskriva metoden i reglertekniska termer. En lösning för att kompensera för gyrodrifter var också önskvärd. En olinjär modell som beskriver flygplanets dynamik har tagits fram och simulerats. Modellen har linjäriserats kring en trajektoria och diskretiserats för att undersöka observerbarheten för systemet. Huruvida ett system är observerbart eller inte avgör om det är möjligt eller inte att applicera ett extended kalmanfilter (EKF) på för att skatta systemets tillstånd. Kalmanfiltret används för att man inte har tillgång till mätningar på systemets alla tillstånd och måste därför skatta dem. Olika tester har gjorts för att undersöka kalmanfiltrets prestanda. Trots att kalmanfiltret är ett optimalt filter kan man inte garantera tillfredsställande resultat eftersom antalet tillgängliga mätbara tillstånd påverkar hur bra skattningar man får.</p>

En patenterad metod [11] ligger till grund för utförandet av det här examensarbetet där målet var att beskriva metoden i reglertekniska termer. En lösning för att kompensera för gyrodrifter var också önskvärd. En olinjär modell som beskriver flygplanets dynamik har tagits fram och simulerats. Modellen har linjäriserats kring en trajektoria och diskretiserats för att undersöka observerbarheten för systemet. Huruvida ett system är observerbart eller inte avgör om det är möjligt eller inte att applicera ett extended kalmanfilter (EKF) på för att skatta systemets tillstånd. Kalmanfiltret används för att man inte har tillgång till mätningar på systemets alla tillstånd och måste därför skatta dem. Olika tester har gjorts för att undersöka kalmanfiltrets prestanda. Trots att kalmanfiltret är ett optimalt filter kan man inte garantera tillfredsställande resultat eftersom antalet tillgängliga mätbara tillstånd påverkar hur bra skattningar man får.

In recent years, microservice architecture has surpassed monolithic architecture in popularity among developers by providing a flexible way of developing complex distributed applications. Whereas a monolithic application functions as a single indivisible unit, a microservices-based application comprises a collection of loosely coupled services that communicate with each other to fulfill the requirements of the application. Consequently, different services in a microservices-based application can be developed and deployed independently. However, this flexibility is achieved at the expense of reduced observability of microservices-based applications complicating the debugging of such applications. The reduction of observability can be compensated by performing distributed tracing in microservices-based applications. Distributed tracing refers to observing requests propagating through a distributed system to collect observability data that can aid in understanding the interactions among the services and pinpoint failures and performance issues in the system. Open- Telemetry, an open-source observability framework supported by Cloud Native Computing Foundation (CNCF), defines a standardized specification for generating observability data. Nevertheless, instrumenting an application with an observability framework incurs performance overhead. To tackle this deterioration of performance and to reduce the cost of persisting observability data, only a subset of the requests are typically traced by performing head-based or tail-based sampling. In this work, we present a tail-based sampling framework using stream processing techniques. The developed framework demonstrated promising performance in our experiments by saving approximately a third of memory-based storage compared to an OpenTelemetry tail-based sampling module. Moreover, being compliant with the OpenTelemetry specifications, our framework aligns well with the OpenTelemetry ecosystem. / Under de senaste åren har mikrotjänstarkitektur överträffat monolitisk arkitektur i popularitet bland utvecklare genom att erbjuda ett flexibelt sätt att utveckla komplexa distribuerade tillämpningar. Medan en monolitisk tillämpning fungerar som en enda odelbar enhet, består en mikrotjänstbaserad tillämpning av en samling löst kopplade tjänster som kommunicerar med varandra för att uppfylla tillämpningens krav. Därför kan olika tjänster i en mikrotjänstbaserad tillämpning utvecklas och driftsättas oberoende av varandra. Denna flexibilitet uppnås dock på bekostnad av minskad observerbarhet för mikrotjänstbaserade tillämpningar, vilket försvårar felsökningen av sådana tillämpningar. Den minskade observerbarheten kan kompenseras genom att utföra distribuerad spårning i mikrotjänstbaserade tillämpningar. Distribuerad spårning innebär att man observerar förfrågningar som sprids genom ett distribuerat system för att samla in data om observerbarhet som kan hjälpa till att förstå interaktionerna mellan tjänsterna och lokalisera fel och prestandaproblem i systemet. OpenTelemetry, ett ramverk för observerbarhet med öppen källkod som stöds av Cloud Native Computing Foundation (CNCF), definierar en standardiserad specifikation för att generera observerbarhetsdata. Att instrumentera en tillämpning med ett ramverk för observerbarhet medför dock en överbelastning av prestanda. För att hantera denna försämring av prestanda och för att minska kostnaden för att bevara observerbarhetsdata spåras vanligtvis endast en delmängd av förfrågningarna genom att utföra s.k. “head-based sampling” eller “tail-based sampling”. I det här arbetet presenterar vi ett ramverk för tail-based sampling med hjälp av strömbehandlingsteknik. Den utvecklade ramen visade lovande prestanda i våra experiment genom att spara ungefär en tredjedel av den minnesbaserade lagringen jämfört med en OpenTelemetry-modul för tail-based sampling. Eftersom vårt ramverk är förenligt med OpenTelemetry-specifikationerna är det dessutom väl anpassat till OpenTelemetry-ekosystemet.

5G is expected to provide a high-performance and highly efficient network to prominent industry verticals with ubiquitous access to a wide range of services with orders of magnitude of improvement over 4G. Network slicing, which allocates network resources according to users’ specific requirements, is a key feature to fulfil the diversity of requirements in 5G network. However, network slicing also brings more orchestration and difficulty in monitoring and admission control. Although the problem of admission control has been extensively studied, those research take measurements for granted. Fixed high monitoring frequency can waste system resources, while low monitoring frequency (low level of observability) can lead to insufficient information for good admission control decisions. To achieve efficient admission control in 5G, we consider the impact of configurable observability, i.e. control observed information by configuring measurement frequency, is worth investigating. Generally, we believe more measurements provide more information about the monitored system, thus enabling a capable decision-maker to have better decisions. However, more measurements also bring more monitoring overhead. To study the problem of configurable observability, we can dynamically decide what measurements to monitor and their frequencies to achieve efficient admission control. In the problem of admission control with configurable observability, the objective is to minimize monitoring overhead while maintaining enough information to make proper admission control decisions. In this thesis, we propose using the Deep Reinforcement Learning (DRL) method to achieve efficient admission control in a simulated 5G end-to-end network, including core network, radio access network and four dynamic UEs. The proposed method is evaluated by comparing with baseline methods using different performance metrics, and then the results are discussed. With experiments, the proposed method demonstrates the ability to learn from interaction with the simulated environment and have good performance in admission control and used low measurement frequencies. After 11000 steps of learning, the proposed DRL agents generally achieve better performance than the threshold-based baseline agent, which takes admission decisions based on combined threshold conditions on RTT and throughput. Furthermore, the DRL agents that take non-zero measurement costs into consideration uses much lower measurement frequencies than DRL agents that take measurement costs as zero. / 5G förväntas ge ett högpresterande och högeffektivt nätverk till framstående industrivertikaler genom allmän tillgång till ett brett utbud av tjänster, med förbättringar i storleksordningar jämfört med 4G. Network slicing, som allokerar nätverksresurser enligt specifika användarkrav, är en nyckelfunktion för att uppfylla mångfalden av krav i 5G-nätverk. Network slicing kräver däremot också mer orkestrering och medför svårigheter med övervakning och tillträdeskontroll. Även om problemet med tillträdeskontroll har studerats ingående, tar de studierna mätfrekvenser för givet. Detta trots att hög övervakningsfrekvens kan slösa systemresurser, medan låg övervakningsfrekvens (låg nivå av observerbarhet) kan leda till otillräcklig information för att ta bra beslut om antagningskontroll. För att uppnå effektiv tillträdeskontroll i 5G anser vi att effekten av konfigurerbar observerbarhet, det vill säga att kontrollera observerad information genom att konfigurera mätfrekvens, är värt att undersöka. Generellt tror vi att fler mätningar ger mer information om det övervakade systemet, vilket gör det möjligt för en kompetent beslutsfattare att fatta bättre beslut. Men fler mätningar ger också högre övervakningskostnader. För att studera problemet med konfigurerbar observerbarhet kan vi dynamiskt bestämma vilka mätningar som ska övervakas och deras frekvenser för att uppnå effektiv tillträdeskontroll. I problemet med tillträdeskontroll med konfigurerbar observerbarhet är målet att minimera övervakningskostnader samtidigt som tillräckligt med information bibehålls för att fatta korrekta beslut om tillträdeskontroll. I denna avhandling föreslår vi att använda Deep Reinforcement Learning (DRL)-metoden för att uppnå effektiv tillträdeskontroll i ett simulerat 5G-änd-till-änd-nätverk, inklusive kärnnät, radioaccessnätverk och fyra dynamiska användarenheter. Den föreslagna metoden utvärderas genom att jämföra med standardmetoder som använder olika prestationsmått, varpå resultaten diskuteras. I experiment visar den föreslagna metoden förmågan att lära av interaktion med den simulerade miljön och ha god prestanda i tillträdeskontroll och använda låga mätfrekvenser. Efter 11 000 inlärningssteg uppnår de föreslagna DRL-agenterna i allmänhet bättre prestanda än den tröskelbaserade standardagenten, som fattar tillträdesbeslut baserat på kombinerade tröskelvillkor för RTT och throughput. Dessutom använder de DRL-agenter som tar hänsyn till nollskilda mätkostnader, mycket lägre mätfrekvenser än DRL-agenter som tar mätkostnaderna som noll.

Background:                                                                                                            Acquiring comprehension and observability of software systems is a vital and necessary activity for testing and maintenance; however, these tasks are time-consuming for engineers. Concurrently cloud computing requires microservices to enhance the utilization of cloudnative deployment, which simultaneously introduces a high degree of complexity. Further,codifying and distributing technical knowledge within the organization has been proven to be vital for both competitiveness and financial performance. However, doing it successfully has been proven to be difficult, and transitioning to working virtually and in DevOps brings new potential challenges for software firms. Objective:                                                                                                              The objective of this study is to explore how system comprehension of a microservice architecture can be improved from performance metrics through an exploratory data analysis approach. To further enhance the practical business value, the thesis also aims to explore the effects transitioning to virtual work and DevOps have had on knowledge sharing for software firms. Method:                                                                                                                    A case study is conducted at Ericsson with performance data generated from testing of a system deployed in Kubernetes. Data is extracted with Prometheus, and the performance behavior of four interacting pods is explored with correlation analysis and visualization tools.Furthermore, to explore virtual work and DevOps effects on intra-organizational knowledge sharing of technical knowledge, semi-structured interviews were cross analyzed with literature. Results:                                                                                                                  An overall high correlation between performance metrics could be observed with deviations between test cases. Also, we were able to generate propositions regarding the performance behavior as well as bring forward possible candidates for predictive modeling. Four new potential decisive factors driving the choice of activities and transfer mechanisms for knowledge transfer are identified, namely, accessibility, dynamicity, established processes, and efficiency. The transition to virtual work showed five positive factors and three negatives. Effects from DevOps were mostly connected to the frequency of sharing and the potentials of automation.  Conclusions: Our findings suggest that correlation analysis, when used along with visualization tools, can improve system comprehension of cloud-native systems. And while it shows promise for analyzing individual services and hypothesis creation, the method utilized in the study showcased some drawbacks which are covered in the discussion. The findings also point towards the fact that performance metrics can be a rich information source for knowledge and thus deserves further investigation.Findings also suggest that knowledge sharing is not only considered an important element by academia but also deliberately practiced by industry agents. Looking at the transition to virtual work and DevOps, the results imply that they affect knowledge transfer, both in combination and isolation. However, the case study findings do point towards the fact that the transition to working virtually potentially exerts a larger influence. Interviewees expressed both positive and negative aspects of virtual knowledge sharing. Simultaneously, the positive influences of DevOps were followed by extensive challenges. / Bakgrund:  Att erhålla förståelse och observerbarhet av mjukvarusystem är en vital och nödvändig aktivitet, speciellt för testning och underhåll. Samtidigt så är dessa uppgifter både komplexa och tidskrävande för ingenjörer. Mikroservicearkitekturen som utnyttjas för att bygga molnintegrerade lösningar introducerar en hög grad av komplexitet. Fortsättningsvis, att kodifiera och distribuera teknisk kunskap har visats vara kritiskt för organisationers konkurrenskraft och finansiella resultat. Att göra det framgångsrik har dock flertal utmaningar och när flera mjukvarubolag under senare tid övergått till att arbeta virtuellt samt skiftat till DevOps har flertalet nya potentiella utmaningar uppdagats. Syfte:  Målet med denna studie är att utforska hur systemförståelse av mjukvarusystem baserade på en mikroservicearkitektur kan förbättras utifrån prestandamätningar med hjälp av undersökande dataanalysmetoder. För att ytterligare utöka det praktiska affärsvärdet så avser avhandlingen även att undersöka effekterna som övergången till virtuellt arbete och DevOps har haft på denintern kunskapsspridning inom mjukvarubolag.  Metod: En fallstudie utförs på Ericsson AB med prestandadata som genererats under testkörningar av ett system som kör på Kubernetes. Data extraherad med Prometheus och prestationsbeteendet utav fyra interagerande ”pods” utforskas genom korrelationsanalys och visualiseringsverktyg. För att undersöka effekterna från virtuellt arbete samt DevOps har på intraorganisatorisk kunskapsdelning av teknisk kunskap så utförs semi-strukturerade intervjuer som sedan korsanalyseras med litteratur. Resultat:  Överlag så uppvisas hög korrelation mellan prestandamätvärden samtidigt som tydliga avvikelser observerades mellan testfall. Utöver detta så generades propositioner angående prestationsbeteendet samtidigt som potentiella kandidater för prediktiv modellering framhävs. Fyra nya potentiella determinanter identifieras för valet av aktiviteter samt överföringsmekanism, nämligen tillgänglighet, dynamik, etablerade processer, och effektivitet. Övergången till virtuellt arbete uppvisade främst fem positiva faktorer och tre negativa. Effekterna utav DevOps var särskilt kopplade till frekvensen av delning samt potential för automation. Slutsatser: Våra resultat tyder på att korrelationsanalys i kombination med visualiseringsverktyg kan användas för att skapa systemförståelse av molnbaserade system. Samtidigt som metoden visar potential för att analysera individuella tjänster och generera hypoteser så påvisar metoden i vår studie vissa nackdelar vilket tas upp i diskussionen. Resultatet tyder dessutom på att prestandadata kan vara en rik informationskälla för kunskapsskapande och bör vara av intresse för ytterligare studier.Resultaten av den kvalitativa undersökning indikerar att kunskapshantering inte bara är ett viktigt element ur akademins perspektiv men även något som omsorgsfullt praktiseras av industrin. Resultatet angående övergången till virtuellt arbete samt DevOps antyder på att båda har inflytande på hur kunskapsspridning bedrivs, både var för sig och i kombination. Samtidigt pekar våra undersökningsresultat på att övergången till att arbeta virtuellt potentiellt har påverkat kunskapshantering i betydligt större utsträckning än DevOps. Intervjuerna uppvisade både positiva och negativa aspekter utav den virtuella påverkan samtidigt som de positiva effekter som uppmättes av DevOps uppföljdes av omfattande utmaningar.

As cloud-native applications become more distributed, complex, and unpredictable with the adoption of microservices and other new architectural components, traditional monitoring solutions are inadequate in providing end-to-end visibility and proactively identifying deviations from expected behaviour before they become disruptive to services. In response to these challenges, observability-driven development (ODD) is proposed as a new methodology that leverages tools and practices to observe the state and detect the behaviour of systems. Unlike the leading IT giants developing their proprietary tools and platforms, some non-IT companies and smaller organizations still have difficulty adopting observability-driven development. Proprietary development demands extensive resources and manpower, while connecting to third-party platforms may compromise data security. This thesis proposed an end-to-end observability pipeline that is composed of merely open-source components. The pipeline collects and correlates metrics, logs, and traces to facilitate software development and help troubleshoot in production. The pipeline is designed to be adaptive and extensible so that companies can adopt it as the first step towards observability-driven development, and customize it to meet their specific requirements. / Molnbaserade applikationer blir alltmer distribuerade, komplexa och oförutsägbara med införandet av mikrotjänster och andra nya arkitektoniska komponenter. Detta resulterar i att traditionella övervakningslösningar blir alltmer inadekvata. De traditionella lösningarna tillhandahåller inte tillräcklig överskådlighet över dessa applikationer (end-to-end) för proaktiv identifiering av avvikelser från förväntat beteende innan de börjar påverka tjänsterna negativt. Som svar på dessa utmaningar föreslås observerbarhetsdriven utveckling (ODD) som en ny metod som utnyttjar verktyg och praxis för att observera tillståndet och upptäcka systemens beteende. Till skillnad från de ledande IT-jättarna som utvecklar sina egna verktyg och plattformar, har vissa icke-IT-företag och mindre organisationer fortfarande svårt att ta till sig observerbarhetsdriven utveckling. Egenutvecklad mjukvara kräver omfattande resurser och arbetskraft, medan anslutning till tredjepartsplattformar kan äventyra datasäkerheten. Den här avhandlingen bidrar med en end-to-end lösning som enbart baserats på öppen källkod. Pipelinen samlar in data från loggar och korrelerar dessa mätvärden för att underlätta mjukvaruutveckling och hjälpa till att felsöka i produktionen. Pipelinen är designad för att vara anpassningsbar och utvidgningsbar så att företag kan använda den som ett första steg mot observerbarhetsdriven utveckling och anpassa den för att möta deras specifika krav.