[논문 리뷰] Cloudrone: Micro Clouds in the Sky

Arjuna Sathiaseelan, Adisorn Lertsinsrubtavee외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 27.

Caching and Content Delivery참고 문헌 9인용 수 6

한 줄 요약

Cloudrone는 라즈베리 파이 단일 보드 컴퓨터와 경량 가상화 기술(예: 도커)을 사용하여 원격, 농촌 또는 재난 영향을 받은 지역에서 현지화된 클라우드 서비스를 제공하기 위해 저비용 드론 기반 마이크로 클라우드 인프라를 제안한다. 이 시스템은 공중 또는 지상 기반 드론을 통해 수요에 따라 확장 가능한 서비스를 제공할 수 있으며, ICN 기반의 발견 및 로드 밸런싱을 활용한 초기 평가를 통해 서비스 확장성과 이동성 도전 과제를 다룬다.

ABSTRACT

Recent years have witnessed several initiatives on enabling Internet access to the next three billion people. Access to the Internet necessarily translates to access to its services. This means that the goal of providing Internet access requires ac- cess to its critical service infrastructure, which are currently hosted in the cloud. However, recent works have pointed out that the current cloud centric nature of the Internet is a fundamental barrier for Internet access in rural/remote areas as well as in developing regions. It is important to explore (low cost) solutions such as micro cloud infrastructures that can provide services at the edge of the network (potentially on demand), right near the users. In this paper, we present Cloudrone- a preliminary idea of deploying a lightweight micro cloud infrastructure in the sky using indigenously built low cost drones, single board computers and lightweight Operating System virtualization technologies. Our paper lays out the preliminary ideas on such a system that can be instantaneously deployed on demand. We describe an initial design of the Cloudrone and provide a preliminary evaluation of the proposed system mainly focussed on the scalability issues of supporting multiple services and users.

연구 동기 및 목표

• 원격, 농촌 또는 재난 영향을 받은 지역에서 중심화된 클라우드 인프라에 의존함으로써 인터넷 서비스 접근성이 제한되는 문제를 해결하기 위해.
• 사용자 근처에서 수요에 따라 배치 가능한 저비용, 이동 가능한 마이크로 클라우드 솔루션을 탐색하여 지연 시간을 줄이고 서비스 가용성을 향상시키기 위해.
• 경량 가상화 및 드론 플랫폼을 활용해 확장 가능하고 현지화된 클라우드 서비스를 호스팅하는 데의 실현 가능성을 평가하기 위해.
• 동적인 이동 가능한 엣지 환경에서의 이동성 및 서비스 발견 과제를 조사하기 위해.
• 기존 DNS 및 클라이언트-서버 모델에 대한 의존도를 줄이고 신뢰성을 향상시키기 위해 정보 중심 네트워킹(ICN)과 같은 새로운 네트워킹 패러다임을 통합하기 위해.

제안 방법

• 라즈베리 파이 단일 보드 컴퓨터를 비행 제어 장치이자 서비스 호스트로 사용하여 저비용으로 설계된 맞춤형 다이콥터에 경량 마이크로 클라우드 노드를 구축한다.
• 제한된 하드웨어에서 효율적으로 여러 서비스를 호스팅하기 위해 도커 및 유니커널과 같은 경량 운영 체제 가상화 기술을 사용한다.
• 무게와 비용을 최소화하면서 내구성을 확보하기 위해 저비용 소재(예: 탄소 함유 플라스틱, 알루미늄)로 드론 프레임을 설계한다.
• 비용 절감과 접근성 향상을 위해 KK2.1A 보드를 사용한 비행 제어 시스템을 구현하고, RC 수신기 대체 기술을 적용한다.
• 모바일 애드혹 네트워킹 및 서비스 발견 기법을 통합하여 다이나믹한 서비스 위치를 확보한다. 예: 멀티캐스트 DNS(mDNS) 및 애플리케이션 계층 애너캐스트.
• 콘텐츠를 위치에서 분리하고 이동 환경에서의 내구성과 캐싱을 향상시키기 위해 정보 중심 네트워킹(ICN) 아키텍처(예: 이름 기반 네트워킹(NDN))과의 통합을 탐색한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지역 기반 인프라가 제한되거나 없는 지역에서 저비용 드론 기반 마이크로 클라우드 인프라가 현지화된 클라우드 서비스를 효과적으로 제공할 수 있는가?
• RQ2 실제 이동성 및 자원 제약 조건 하에서 Cloudrone 시스템이 다수의 서비스와 동시에 사용자를 지원하는 데 얼마나 확장 가능한가?
• RQ3 비행 중이거나 이동 가능한 환경에서 임베디드 하드웨어에서 경량 가상화(예: 도커)를 사용할 경우 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 높은 이동성과 분산된 드론 네트워크 환경에서 서비스 발견 및 세션 지속성을 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ5 ICN 기반 아키텍처는 Cloudrone과 같은 이동형 마이크로 클라우드 배포에서 신뢰성, 캐싱 및 서비스 가용성을 얼마나 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• Cloudrone 프로토타입은 표준 부품과 맞춤형 드론을 사용하여 경량이고 저비용의 마이크로 클라우드 인프라를 배치하는 데의 실현 가능성을 성공적으로 입증했다.
• 시스템은 단일 라즈베리 파이 노드에서 여러 서비스를 지원하며, 확장성은 각 서비스의 메모리 및 CPU 요구량과 컨테이너 크기에 따라 달라진다.
• 이동성은 세션 지속성 및 서비스 발견 과제를 야기하지만, mDNS 및 응용 계층 애너캐스트를 활용한 다이나믹 라우팅으로 이를 완화할 수 있다.
• NDN와 같은 ICN 기반 아키텍처와의 통합은 위치에 구애받지 않는 콘텐츠 전달을 가능하게 하고, 경로상 및 엣지 캐싱을 효율적으로 지원하여 내구성 향상과 지연 감소를 도모한다.
• 초기 평가 결과 Cloudrone는 수요에 따라 공중 및 지상 기반 모드에서 서비스 제공을 배치하고 지속할 수 있음을 확인했지만, 배터리 수명으로 인해 비행 시간이 제한되어 있다.
• 향후 연구는 자율 비행 기능 개발 및 다양한 네트워크 및 부하 조건 하에서의 대규모 성능 벤치마킹에 집중할 것이다.