[論文レビュー] Fog Computing: Focusing on Mobile Users at the Edge

Tom H. Luan, Longxiang Gao+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2015

Caching and Content Delivery参考文献 9被引用数 379

ひとこと要約

本稿では、モバイルユーザーの遅延と帯域幅使用量を低減するために、ネットワークエッジに仮想化され、場所に依存するコンピューティングおよびストレージリソースを配置する三層構造のモバイル・フォッグ・クラウドアーキテクチャとしてのフォッグコンピューティングを提案する。短い太い、高レートの局所的接続を活用することで、フォッグコンピューティングはリアルタイムサービスの提供とエネルギー効率を向上させ、特に遅延に敏感で場所に依存するアプリケーションにおいて顕著な効果を示す。

ABSTRACT

With smart devices, particular smartphones, becoming our everyday companions, the ubiquitous mobile Internet and computing applications pervade people daily lives. With the surge demand on high-quality mobile services at anywhere, how to address the ubiquitous user demand and accommodate the explosive growth of mobile traffics is the key issue of the next generation mobile networks. The Fog computing is a promising solution towards this goal. Fog computing extends cloud computing by providing virtualized resources and engaged location-based services to the edge of the mobile networks so as to better serve mobile traffics. Therefore, Fog computing is a lubricant of the combination of cloud computing and mobile applications. In this article, we outline the main features of Fog computing and describe its concept, architecture and design goals. Lastly, we discuss some of the future research issues from the networking perspective.

研究の動機と目的

• 普及するスマートフォンおよびIoTデバイスに伴う、低遅延かつ高品質なモバイルサービスへの需要の増加に対応すること。
• 中央集権的なクラウドコンピューティングがモバイルユーザーを支援する際の限界、すなわち長い往復遅延、高い帯域幅コスト、場所認識の欠如を克服すること。
• クラウドコンピューティングをモバイルアプリケーションと統合するための、スケーラブルで持続可能かつ効率的なアーキテクチャを設計すること。
• ユーザーに近いエッジにコンピューティングリソースを配置することで、モバイルワークロードのリアルタイム応答と効率的なデータ処理を実現すること。

提案手法

• モバイルユーザーの近くに配置されたローカルネットワークポイント（例：WiFiアクセスポイント、基地局）にフォッグサーバーを配置する三層構造のモバイル・フォッグ・クラウドアーキテクチャを提案する。
• モバイルデバイスと近隣のフォッグサーバー間の短い太い、高レートの無線接続を活用し、伝送遅延とバックホール負荷を低減する。
• フォッグサーバーに仮想化されたコンピューティング、ストレージ、通信機能を実装し、フェムトセルや基地局などの既存インフラから拡張可能であることを保証する。
• 局所的なユーザー需要および環境的文脈に基づいて、動的なアプリケーション配置とサービスカスタマイズを可能にする。
• 5G、SDN、NFVといった新技術と統合することで、柔軟でプログラマブルかつスケーラブルなネットワーク管理を実現する。
• フォッグサーバー間のオポチュニスティックおよび有線接続を活用し、協調的なデータルーティングと負荷分散を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォッグコンピューティングは、従来のクラウドオンリーアーキテクチャと比較して、モバイルネットワークにおける遅延と帯域幅消費をどのように低減できるか？
• RQ2 ネットワークエッジで効率的で場所に依存し、リアルタイム対応可能なモバイルサービスを実現するために、不可欠なアーキテクチャ的原則と設計目標は何か？
• RQ3 多様な環境において、動的な局所的ユーザー需要に応じて、フォッグサーバーを最適に配置・スケーリングする方法は何か？
• RQ4 5G、SDN、NFVといった新技術が、スケーラブルで管理可能なフォッグコンピューティングインfraを実現するために果たす役割は何か？
• RQ5 分散型フォッグサーバー間で、異種のサービスポリシーと動的なネットワークトポロジーをどのように管理すれば、一貫性のあるパフォーマンスとセキュリティを確保できるか？

主な発見

• フォッグコンピューティングは、計算およびストレージリソースをモバイルユーザーに近接して配置することで、往復遅延を顕著に低減し、リアルタイムアプリケーションの応答速度を向上させる。
• モバイルデバイスとフォッグサーバー間の短い太い局所的接続の活用により、クラウドへの長距離で高コストなバックホールリンクへの依存度が低下し、帯域幅コストが低減される。
• 長距離のクラウド接続からローカライズドで高帯域幅のエッジリンクにトラフィックをオフロードすることで、インターネットバックボーンのエネルギー効率が向上する。
• ストレージ、計算、通信をカバーする三次元リソース割り当てモデルにより、モバイルワークロードに適した効率的でサービス指向のプロビジョニングが可能になる。
• フォッグサーバーは、静的または移動型ユニット（例：車両上に設置）として展開可能であり、公共交通機関など高移動性環境における動的なサービスカバレッジを実現できる。
• 5G、SDN、NFVとの統合により、フォッグリソースの集中管理と動的オchestrationが可能となり、スケーラブルでプログラマブルなモバイルネットワーキングを支援する。