[논문 리뷰] Fog Networking: An Overview on Research Opportunities

Mung Chiang|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 05.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 6인용 수 58

한 줄 요약

이 논문은 5G, 사물인터넷(IoT), 개인 네트워킹을 위한 저지연, 확장 가능한 서비스를 가능하게 하기 위해 클라우드 기능—계산, 스토리지, 통신—을 최종 사용자 근처의 엣지 장치로 분산화하는 패러다임 전환인 퍼그 네트워킹(Fog Networking)을 소개한다. 이는 최종 사용자 또는 근접 사용자 장치를 활용한 공동 작업 아키텍처를 제안하며, 향후 네트워크 설계를 위한 전환적 프레임워크를 제시하며, 분산 지능과 자원 관리 분야에서 중요한 연구 기회를 제시한다.

ABSTRACT

The past 15 years have seen the rise of the Cloud, along with rapid increase in Internet backbone traffic and more sophisticated cellular core networks. There are three different types of Clouds: (1) data center, (2) backbone IP network and (3) cellular core network, responsible for computation, storage, communication and network management. Now the functions of these three types of Clouds are descending to be among or near the end users, i.e., to the edge of networks, as Fog. This article presents an overview on research opportunities of Fog networking: an architecture that users one or a collaborative multitude of end-user clients or near-user edge devices to carry out a substantial amount of storage, communication and management. Architecture allocates functionalities, while engineering artifacts that may use a Fog architecture include 5G, home/personal networking, and the Internet of Things.

연구 동기 및 목표

• 5G, 사물인터넷(IoT), 실시간 애플리케이션에 의해 촉발되는 저지연, 고대역폭 서비스에 대한 증가하는 수요를 해결하기 위해.
• 중앙집중형 클라우드 컴퓨팅에서 분산형 퍼그 컴퓨팅으로의 전환을 제안하여, 클라우드 기능을 최종 사용자에 가까이 이동시키기 위해.
• 최종 사용자 또는 근접 사용자 엣지 장치를 활용한 공동 퍼그 네트워크를 구현하는 데 있어 발생하는 아키텍처적 및 공학적 과제를 규명하기 위해.
• 퍼그 기반 시스템 내 자원 할당, 네트워크 관리, 서비스 오케스트레이션 분야에서의 연구 기회를 부각하기 위해.
• 기존 클라우드 및 엣지 모델을 초월하여 기초적인 진화로서의 퍼그 네트워킹을 위치지어, 확장 가능하고 반응성이 높으며 지능적인 네트워크 서비스를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 최종 사용자 또는 근접 사용자 엣지 장치에 계산, 스토리지, 통신, 관리 등의 클라우드 기능을 분산 배치하는 퍼그 네트워킹 아키텍처를 제안한다.
• 여러 엣지 장치가 공동으로 워크로드를 처리하여 중앙 집중형 데이터 센터 의존도를 줄이는 공동 모델을 도입한다.
• 5G 네트워크, 홈 네트워크, 사물인터넷(IoT) 장치와 같은 기존 인프라를 활용하여 분산형 퍼그 레이어를 구성한다.
• 성능과 신뢰성을 확보하기 위해 퍼그 노드 간의 동적 자원 할당 및 조율 메커니즘의 필요성을 강조한다.
• 기능을 엣지로 이행하는 과정을 설명하기 위해 데이터 센터, 백본 IP 네트워크, 셀룰러 코어 네트워크의 세 가지 기존 클라우드 유형과 유사성을 제시한다.
• 거리, 반응성, 확장성에 중점을 두어 엣지 기반 처리를 통해 클라우드 컴퓨팅의 진화로 퍼그 네트워킹을 프레임워크화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 계산, 스토리지, 통신과 같은 클라우드 기능을 최종 사용자 근처의 엣지 장치로 효과적으로 분산화하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 퍼그 네트워크 내에서 여러 최종 사용자 또는 근접 사용자 엣지 장치 간에 효율적인 협업을 가능하게 하는 아키텍처 원칙은 무엇인가?
• RQ3 5G, 사물인터넷(IoT), 개인 네트워킹 애플리케이션에 대한 퍼그 네트워킹 배포 시 발생하는 주요 기술적 과제는 무엇인가?
• RQ4 기존의 클라우드 중심 모델 대비 퍼그 네트워킹이 지연, 대역폭 효율성, 서비스 반응성 측면에서 어떻게 향상될 수 있는가?
• RQ5 분산형 퍼그 컴퓨팅 환경 내에서 자원 관리, 보안, 서비스 오케스트레이션 분야에서 나타나는 새로운 연구 기회들은 무엇인가?

주요 결과

• 퍼그 네트워킹은 중앙 집중형 클라우드 모델에서 분산형 엣지 기반 계산 및 스토리지로의 전환을 가능하게 하여 지연을 감소시키고 반응성을 향상시킨다.
• 논문은 현재 엣지로 이행되고 있는 功能들을 공급하는 세 가지 기존 클라우드 유형—데이터 센터, 백본 IP 네트워크, 셀룰러 코어 네트워크—를 규명한다.
• 최종 사용자 또는 근접 사용자 장치에 퍼그 기능을 구현함으로써, 사물인터넷(IoT) 및 5G와 같은 신규 응용 분야를 위한 확장 가능하고 저지연 서비스를 지원한다.
• 여러 엣지 장치의 공동 활용은 로드 밸런싱, 장애 내성, 그리고 로컬 네트워크 자원의 효율적 활용을 가능하게 한다.
• 논문은 퍼그 네트워킹을 클라우드와 최종 장치 사이의 고유한 아키텍처 레이어로 설정하며, 조율, 보안, 관리 분야에서 고유한 연구 과제를 제기한다.
• 제안된 모델은 특히 동적 자원 할당, 서비스 탐색, 엣지에서의 네트워크 가상화 분야에서 분산 시스템 설계의 새로운 연구 방향을 열어 놓는다.