[論文レビュー] Democratizing the Edge: A Pervasive Edge Computing Framework

Reza Tourani, Srikathyayani Srikanteswara+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2020

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 11被引用数 16

ひとこと要約

本稿では、エッジリソースを分散して活用するエッジコンピューティングのための動的でマルチステークホルダー対応フレームワーク「Pervasive Edge Computing (PEC)」を提案する。Named-Data Networking (NDN) を活用することで、エンドユーザー機器（スマートフォン、IoTデバイス、車両など）の分散エッジリソースを用いて、リアルタイムでのサービスコンpositionを実現する。NDNのコンテンツ指向アーキテクチャを活かし、スケーラブルなサービス発見、デプロイ、起動、移行を可能にするとともに、分散型でプライバシーを尊重するエッジコンピューティングにおける経済的・セキュリティ的課題に対処する。

ABSTRACT

The needs of emerging applications, such as augmented and virtual reality, federated machine learning, and autonomous driving, have motivated edge computing--the push of computation capabilities to the edge. Various edge computing architectures have emerged, including multi-access edge computing and edge-cloud, all with the premise of reducing communication latency and augmenting privacy. However, these architectures rely on static and pre-deployed infrastructure, falling short in harnessing the abundant resources at the network's edge. In this paper, we discuss the design of Pervasive Edge Computing (PEC)--a democratized edge computing framework, which enables end-user devices (e.g., smartphones, IoT devices, and vehicles) to dynamically participate in a large-scale computing ecosystem. Our vision of the democratized edge involves the real-time composition of services using available edge resources like data, software, and compute-hardware from multiple stakeholders. We discuss how the novel Named-Data Networking architecture can facilitate service deployment, discovery, invocation, and migration. We also discuss the economic models critical to the adoption of PEC and the outstanding challenges for its full realization.

研究の動機と目的

• 高動的で移動性が高く、プライバシーに配慮するアプリケーションをサポートするための、静的でインfraストラクチャ中心のエッジコンピューティングアーキテクチャの限界を解消すること。
• エンドユーザーおよびインfraストラクチャからの異種で分散型のエッジリソースを用いて、リアルタイムでオンデマンドでサービスをコンポジションすること。
• マルチステークホルダー環境において、サービス発見、移行、経済的インcentive をサポートするスケーラブルで安全かつプライバシーを尊重するフレームワークを設計すること。
• 分散型エッジ環境における移動性、動的リソース可用性、信頼性の課題を克服すること。

提案手法

• コンテンツ指向の通信アーキテクチャを提供する Named-Data Networking (NDN) を基盤通信アーキテクチャとして活用し、コンテンツ指向で意味論的ベースのサービス発見とパルス型キャッシュを実現する。
• 移動性があり多様なエッジノードを横断する動的サービスデプロイ、発見、起動、移行を可能にする分散型でクロスレイヤーのオーケストレーションフレームワークを設計する。
• データおよびリソース貢献に対する公平な報酬を可能にする経済モデルを統合し、仮想通貨または中央集権の決済ハブの利用を想定する。
• 身元管理、アクセス制御の権限移譲、プライバシー規制への準拠検証を可能にする、マルチステークホルダー向けの信頼モデルを提案する。
• リンク層の移動性データとネットワーク層のサービス移行を統合することで、移動プラットフォーム上でもシームレスに動作するクロスレイヤー移動管理を実現する。
• クラウド障害時でも機能を維持できるレジリエントなコントロールプレーンを設計し、中央クラウド接続が失われる災害時においても分散型運用を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンドユーザー機器とインfraストラクチャを含むマルチステークホルダーで分散型のエコシステムにおいて、エッジサービスはどのように動的にコンポジションされ、オーケストレーションされるか？
• RQ2 Named-Data Networking (NDN) は、パルス型エッジ環境における効率的でスケーラブルかつ意味論的認識可能なサービス発見と移行をどのように実現できるか？
• RQ3 分散型エッジコンピューティングフレームワークにおいて、エンドユーザーおよびサードパーティステークホルダーの参加を公平にインセンティブ化する経済モデルは何か？
• RQ4 信頼性が保証されない、あるいは改ざんされた参加者が存在する高動的で多ドメインのエッジエコシステムにおいて、セキュリティ、プライバシー、信頼性をどのように確保できるか？
• RQ5 移動性が高く、高速に変化する環境下で、シームレスなサービス移行と継続性を実現するためのクロスレイヤー機構は何か？

主な発見

• PECフレームワークは、エンドユーザー機器、車両、インfraストラクチャからの動的で多様なエッジリソースを活用して、リアルタイムでのサービスコンポジションを可能にし、応答性とローカル性を顕著に向上させる。
• NDNのコンテンツ指向ネーミングおよびネイティブキャッシュ機能により、アプリケーション層の論理を必要とせず、効率的なコンテキスト共有が可能となり、レイテンシと帯域幅の使用量が削減される。
• 移動環境におけるサービス移行および動的ルーティングをサポートするが、急速に変化する無線リンクおよびノード移動性に対応する初期メカニズムが提案されている。
• PECの経済モデルは、データおよびリソース貢献に基づいて設計可能であり、公平な報酬と追跡可能性を確保するため、金融または暗号通貨システムの統合が可能である。
• PECにおけるセキュリティ脅威（偽のアクセスポイント、悪意あるオーケストレータ、改ざんされたサービスなど）に対処するには、従来のクラウドベースのモデルを超えた再設計された信頼およびアクセス制御メカニズムが必要である。
• クラウド障害時でも、分散型コントロールプレーンに依存することでフレームワークは運用を継続でき、中央クラウド接続が失われる災害時においてもレジリエンスを発揮する。