[논문 리뷰] Relating Edge Computing and Microservices by means of Architecture Approaches and Features, Orchestration, Choreography, and Offloading: A Systematic Literature Review

Lucas Fernando Souza de Castro, Sandro José Rigo|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 18.

IoT and Edge/Fog Computing인용 수 4

한 줄 요약

이 체계적 문헌 리뷰는 아키텍처 접근 방식, 오케스트레이션/코디네이션 패턴, 오프로딩 기법을 분석함으로써 마이크로서비스와 엣지 컴퓨팅의 통합을 조사한다. 핵심 아키텍처 특징, 구성 전략, 오프로딩 메커니즘을 규명하고, 동적 엣지 환경에서의 연구 격차를 밝혀내는 분류 체계를 수립한다.

ABSTRACT

Context: Microservices running and being powered by Edge Computing have been gaining much attention in the industry and academia. Since 2014, when Martin Fowler popularized the Microservice term, many studies have been published relating these subjects to explore how the Edge's low-latency feature could be combined with the high throughput of the distributed paradigm from Microservices. Objective: Identifying how Microservices work together with Edge Computing whereas they take advantage when running on Edge. Method: In order to better understand this relationship, we first identified its key concepts, which are: architecture approaches and features, microservice composition (orchestration/choreography), and offloading. Afterward, we conducted a Systematic Literature Review (SLR) as the survey method. Results: We reviewed 111 selected studies and built a taxonomy of Microservices on Edge Computing demonstrating their current architecture approaches and features, composition, and offloading modes. Moreover, we identify the research gaps and trends. Conclusion: This paper is a step forward to help researchers and professionals get a general overview of how Microservices and Edge have been related in the last years. It also discusses gaps and research trends. This SLR will also be a good introduction for new researchers in Edge and Microservices.

연구 동기 및 목표

• 마이크로서비스와 엣지 컴퓨팅이 저지연 및 고분산 이점을 활용할 수 있도록 아키텍처적으로 어떻게 통합되는지 이해하기 위해.
• 마이크로서비스 기반 엣지 시스템에서 사용되는 핵심 아키텍처 특징과 구성 패턴(오케스트레이션 대비 코디네이션)을 특정하기 위해.
• 자원 사용과 성능 최적화를 위해 엣지, 퍼그, 클라우드 계층 간 마이크로서비스 오프로딩 전략을 분석하기 위해.
• 111篇의 연구를 체계적으로 분석함으로써 마이크로서비스 기반 엣지 컴퓨팅 분야의 연구 격차와 신규 트렌드를 밝혀내기 위해.
• 엣지 네이티브 마이크로서비스 분야에 진입하는 연구자와 전문가를 위한 종합적인 분류 체계와 기초를 제공하기 위해.

제안 방법

• PRISMA 가이드라인을 따르는 체계적 문헌 리뷰(SLR)를 수행하여 마이크로서비스와 엣지 컴퓨팅 관련 연구를 식별하고 분석하였다.
• 13개 기준으로 구성된 품질 평가 프레임워크를 정의하고 적용하여 선택된 연구의 방법론적 엄밀함을 평가하였다.
• 111편의 선택된 연구에서 아키텍처 접근 방식, 마이크로서비스 구성 방식(오케스트레이션/코디네이션), 오프로딩 메커니즘, 시스템 기능 등의 데이터를 추출하였다.
• 아키텍처 패턴, 구성 모델, 오프로딩 전략 기반으로 엣지 플랫폼에서의 마이크로서비스 배포에 대한 분류 체계를 수립하였다.
• 주제적 및 정량적 분석을 통해 문헌 전반에서 반복되는 패턴, 과제, 연구 트렌드를 식별하였다.
• 최대 9점 기준의 점수 체계를 사용하여 연구 품질을 평가하였으며, 선택된 연구의 평균 점수는 7.22점(81.77%)이었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQ1: 엣지 컴퓨팅 환경에서 사용되는 기존의 마이크로서비스 아키텍처 접근 방식과 특징은 무엇인가요?
• RQ2 RQ2: 엣지 컴퓨팅에서 효과적인 운영을 가능하게 하는 마이크로서비스의 기본적 특성은 무엇인가요?
• RQ3 RQ3: 마이크로서비스 구성에 사용되는 기법은 무엇이며, 이러한 기법은 엣지, 퍼그, 클라우드 계층 중 어느 계층에서 작동합니까?
• RQ4 RQ4: 마이크로서비스 오프로딩 과정은 엣지, 퍼그, 클라우드 계층 간에 어떻게 이루어지나요?
• RQ5 RQ5: 마이크로서비스와 엣지 컴퓨팅 통합에 관해 문헌에서 밝혀진 과제와 문제는 무엇인가요?

주요 결과

• 리뷰 대상은 총 111편의 연구였으며, 평균 품질 점수는 81.77%로, 문헌 전반에 걸쳐 높은 방법론적 엄밀함을 보였다.
• 오케스트레이션은 지배적인 구성 모델로 88.9%의 연구에서 사용되었으며, 분산 제어를 위해 코디네이션은 덜 흔하지만 점점 주목받고 있다.
• 엣지 자원이 제한된 경우 마이크로서비스를 엣지에서 퍼그 또는 클라우드로 이동시키기 위해 오프로딩이 자주 사용된다.
• 엣지 배포를 가능하게 하는 핵심 아키텍처 특징은 컨테이너화(예: Docker), 서비스 탐색 가능성, 상태 없는 설계이며, 높은 품질의 연구 94.4%에서 이들 특징이 강조되었다.
• 연구 격차로는 동적 재구성에 대한 부족한 지원, 플랫폼 간 상호운용성을 위한 표준화된 API 부족, 실세계 엣지 워크로드에 대한 평가 부족이 지적되었다.
• 가장 많이 인용된 논문들(예: Fu et al., 2021; Ullah et al., 2021)은 완벽한 품질 점수(9/9)를 기록하여 강력한 방법론적 설계와 마이크로서비스-엣지 통합 측면의 종합적 다각도를 보여주었다.