[論文レビュー] What is a Fog Node A Tutorial on Current Concepts towards a Common Definition

Eva Marı́n-Tordera, Xavi Masip‐Bruin+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2016

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 8被引用数 85

ひとこと要約

本稿は、産業界および学術分野の多様な定義を分析することで、ネットワークエッジにおける計算、ストレージ、ネットワーク機能といったコアな機能を強調し、ファグノードの統一的コンセプトフレームワークを提案する。ファグノード実装における共通点と課題を特定し、相互運用可能なファグコンピューティングシステムに不可欠な標準化ビジョンを前進させる。

ABSTRACT

Fog computing has emerged as a promising technology that can bring the cloud applications closer to the physical IoT devices at the network edge. While it is widely known what cloud computing is, and how data centers can build the cloud infrastructure and how applications can make use of this infrastructure, there is no common picture on what fog computing and a fog node, as its main building block, really is. One of the first attempts to define a fog node was made by Cisco, qualifying a fog computing system as a mini-cloud, located at the edge of the network and implemented through a variety of edge devices, interconnected by a variety, mostly wireless, communication technologies. Thus, a fog node would be the infrastructure implementing the said mini-cloud. Other proposals have their own definition of what a fog node is, usually in relation to a specific edge device, a specific use case or an application. In this paper, we first survey the state of the art in technologies for fog computing nodes as building blocks of fog computing, paying special attention to the contributions that analyze the role edge devices play in the fog node definition. We summarize and compare the concepts, lessons learned from their implementation, and show how a conceptual framework is emerging towards a unifying fog node definition. We focus on core functionalities of a fog node as well as in the accompanying opportunities and challenges towards their practical realization in the near future.

研究の動機と目的

• ファグコンピューティングエコシステムにおけるファグノードの標準化された定義の欠如に取り組む。
• 産業界（例：Cisco）および学術的リサーチからの既存のファグノード定義を分析・比較する。
• ファグノード概念を統合するコアな機能およびアーキテクチャ的原則を特定する。
• 実世界のIoTアプリケーションにおけるファグノードの展開における実務的課題と機会を提示する。

提案手法

• ファグコンピューティングの文献および産業界の提言を系統的に調査し、ファグノードの定義と役割に焦点を当てる。
• ハードウェアの基盤、通信技術、ユースケースに基づいてファグノード実装をカテゴライズする。
• 異なる定義間で比較可能な主要機能（データ処理、ストレージ、ネットワーク調整など）を抽出し、比較する。
• エッジコンピューティングのための共通の抽象化レイヤーへのファグノード概念の進化をマッピングする。
• 実装間で繰り返し現れるアーキテクチャ的パターンと非機能的要件（例：遅延、セキュリティ）を同定する。
• ファグノードの特徴を一貫性があり拡張可能な定義に統合する概念的フレームワークを提唱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる実装においてファグノードを定義するコアな機能は何か？
• RQ2 産業界と学術的定義は、範囲と技術的焦点においてどのように異なるか？
• RQ3 多様なファグノード展開を分析することで、どのような共通するアーキテクチャ的パターンが浮かび上がるか？
• RQ4 実務においてファグノード定義の標準化を阻害する要因は何か？
• RQ5 統一的コンセプトモデルは、IoTシステムにおける相互運用性とスケーラビリティをどのように支援できるか？

主な発見

• ファグノードは、低遅延および高可用性を特徴とするクラウドに類似したサービスを提供する分散型エッジベースのコンピューティングインfrastrucutureとして最も適切に理解されるべきである。
• Ciscoがファグノードを「ネットワークエッジにおけるミニクラウド」と定義するという考え方は、依然として影響力があるが、実装詳細に specificity を欠いている。
• 複数の定義が存在し、特定のデバイス（例：ゲートウェイ、ルータ）やユースケース（例：スマートシティ、インダストリアルIoT）に強く結びついているため、曖昧さが生じている。
• ファグノードのコアな機能には、計算、ストレージ、ネットワーキング、サービスオ케ストレーションが含まれ、リアルタイム処理とローカルデータ管理に強い重点が置かれている。
• 異種性、セキュリティ、動的リソース割り当てといった課題は、標準化を阻害する主要な障壁のままである。
• ハードウェアに依存しない機能的役割に基づいてファグノードを統合する概念的フレームワークが、柔軟かつスケーラブルな展開を可能にする形で徐々に形成されつつある。