[논문 리뷰] Feasibility of Fog Computing

Blesson Varghese, Nan Wang외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 19.

IoT and Edge/Fog Computing인용 수 34

한 줄 요약

이 논문은 클라우드 중심 아키텍처의 탈중앙화된 대안으로 안내 컴퓨팅을 제안하며, 사용자 근처의 엣지 노드를 활용해 지연 시간과 네트워크 트래픽을 줄인다. 실제 온라인 게임 사용 사례에서 안내 컴퓨팅은 평균 응답 시간을 20% 감소시키고 클라우드로의 데이터 전송을 90% 이상 줄여, 서비스 품질(QoS)과 사용자 경험 품질(QoE) 향상에 대한 타당성을 입증한다.

ABSTRACT

As billions of devices get connected to the Internet, it will not be sustainable to use the cloud as a centralised server. The way forward is to decentralise computations away from the cloud towards the edge of the network closer to the user. This reduces the latency of communication between a user device and the cloud, and is the premise of 'fog computing' defined in this paper. The aim of this paper is to highlight the feasibility and the benefits in improving the Quality-of-Service and Experience by using fog computing. For an online game use-case, we found that the average response time for a user is improved by 20% when using the edge of the network in comparison to using a cloud-only model. It was also observed that the volume of traffic between the edge and the cloud server is reduced by over 90% for the use-case. The preliminary results highlight the potential of fog computing in achieving a sustainable computing model and highlights the benefits of integrating the edge of the network into the computing ecosystem.

연구 동기 및 목표

• 수십억 대의 연결된 기기에서 유입되는 증가하는 데이터의 볼륨을 처리하기 위해 중앙집중식 클라우드 컴퓨팅의 확장 가능한 대안으로 안내 컴퓨팅의 타당성을 조사하기 위해.
• 사용자 근처의 엣지 노드로 계산을 분산화함으로써 실시간 응용 프로그램에서 서비스 품질(QoS)과 사용자 경험 품질(QoE) 향상 여부를 평가하기 위해.
• 클라우드 중심 모델과 비교했을 때 안내 컴퓨팅을 사용할 경우 네트워크 트래픽과 지연 시간의 감소 정도를 정량화하기 위해.
• 마켓플레이스 설계, 보안, 청구 및 워크로드 관리와 같은 안내 컴퓨팅을 구현할 때 발생하는 주요 과제를 규명하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 온라인 게임(iPokeMon)을 위한 분할 서버 아키텍처를 구현하였으며, 클라우드는 전역 게임 상태를 유지하고 엣지 노드는 로컬 사용자 세션을 관리하였다.
• 엣지 노드는 퀸즈 대학교 벨파스트의 물리적 서버에 배포되었고, 클라우드 서버는 아일랜드 더블린 소재 Amazon EC2에서 실행되었으며, 격리 목적을 위해 리눅스 컨테이너를 사용하였다.
• 엣지 노드는 일정 간격으로 로컬 사용자 데이터를 클라우드 서버와 동기화하여 일관성을 유지하였으며, 실시간 상태 전파를 시뮬레이션하였다.
• 응답 시간은 다양한 사용자 부하 조건에서 다섯 분 동안 사용자 요청에서 서버 응답까지의 순환 지연 시간으로 측정되었다.
• 엣지와 클라우드 간의 데이터 전송량을 기록하여 안내 컴퓨팅 모델에서의 네트워크 트래픽 감소 정도를 정량화하였다.
• 클라우드 중심 모델과 엣지 처리 기능이 있는 안내 컴퓨팅 모델 간의 성능 지표(지연 시간, 트래픽)를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 중심 모델과 비교했을 때 안내 컴퓨팅은 실시간 응용 프로그램의 종단 간 응답 시간을 줄일 수 있는가?
• RQ2 엣지 노드와 클라우드 간의 데이터 전송량은 안내 컴퓨팅을 통해 어느 정도 감소하는가?
• RQ3 사용자 근처의 엣지 노드로 계산을 분산화함으로써 상호작용형 응용 프로그램의 확장성과 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 안내 컴퓨팅을 유틸리티 서비스로 구현할 때의 주요 기술적 및 사회경제적 과제는 무엇인가?

주요 결과

• 안내 컴퓨팅 모델은 클라우드 중심 모델 대비 평균 사용자 응답 시간을 20% 이상 감소시켜 서비스 품질을 크게 향상시켰다.
• 엣지 노드와 클라우드 간의 데이터 전송량은 평균 90% 감소하여 네트워크 트래픽 절감 효과가 뚜렷했다.
• 다양한 사용자 수에서 일관된 성능 향상이 관찰되어 안내 모델의 확장성 잠재력을 입증하였다.
• 결과는 안내 컴퓨팅이 온라인 게이밍과 같은 실제 응용 프로그램에서 지연 시간과 네트워크 부하를 줄이는 데 타당함을 입증한다.
• 생산 수준의 안내 컴퓨팅을 실현하기 위해 표준화된 마켓플레이스, 보안적 자원 공유 및 자동화된 워크로드 배포 체계가 필요하다는 점을 강조한다.