[논문 리뷰] Democratizing the Edge: A Pervasive Edge Computing Framework

Reza Tourani, Srikathyayani Srikanteswara외 5명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 01.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 11인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 종단 사용자 기기(예: 스마트폰, IoT, 차량 등)의 분산 엣지 자원을 이름 기반 네트워킹(NDN)을 통해 실시간으로 서비스를 조합할 수 있도록 허용하는 동적이고 다수의 이해관계자가 참여하는 프레임워크인 퍼베이지드 엣지 컴퓨팅(PEC)을 제안한다. NDN의 콘텐츠 중심 아키텍처를 활용함으로써 PEC는 확장 가능한 서비스 탐색, 배포, 호출 및 이식을 지원하며, 탈중앙화되고 프라이버시를 보존하는 엣지 컴퓨팅을 위한 경제적 및 보안적 과제를 해결한다.

ABSTRACT

The needs of emerging applications, such as augmented and virtual reality, federated machine learning, and autonomous driving, have motivated edge computing--the push of computation capabilities to the edge. Various edge computing architectures have emerged, including multi-access edge computing and edge-cloud, all with the premise of reducing communication latency and augmenting privacy. However, these architectures rely on static and pre-deployed infrastructure, falling short in harnessing the abundant resources at the network's edge. In this paper, we discuss the design of Pervasive Edge Computing (PEC)--a democratized edge computing framework, which enables end-user devices (e.g., smartphones, IoT devices, and vehicles) to dynamically participate in a large-scale computing ecosystem. Our vision of the democratized edge involves the real-time composition of services using available edge resources like data, software, and compute-hardware from multiple stakeholders. We discuss how the novel Named-Data Networking architecture can facilitate service deployment, discovery, invocation, and migration. We also discuss the economic models critical to the adoption of PEC and the outstanding challenges for its full realization.

연구 동기 및 목표

• 높은 동적성, 이동성, 프라이버시 민감도가 높은 애플리케이션을 지원하는 데에 한계가 있는 정적이고 인프라 중심의 엣지 컴퓨팅 아키텍처의 문제점을 해결하기 위해.
• 종단 사용자 및 인프라로부터 이질적이고 탈중앙화된 엣지 자원을 사용해 실시간으로 온디맨드로 서비스를 조합할 수 있도록 하기 위해.
• 다수의 이해관계자 생태계에서 서비스 탐색, 이식, 경제적 인cent라이브를 지원하는 확장 가능하고 안전하며 프라이버시를 보존하는 프레임워크를 설계하기 위해.
• 탈중앙화된 엣지 환경에서의 이동성, 동적 자원 가용성, 신뢰 문제를 해결하기 위해.

제안 방법

• 콘텐츠 중심의 의미 기반 서비스 탐색과 광범위한 캐싱을 가능하게 하기 위해 기반 통신 아키텍처로 이름 기반 네트워킹(NDN)을 활용하기 위해.
• 이동성과 이질적인 엣지 노드 간에 동적 서비스 배포, 탐색, 호출 및 이식을 위한 분산형, 교차 계층 오케스트레이션 프레임워크 설계하기 위해.
• 데이터 및 자원 기여에 대한 공정한 보상 체계를 가능하게 하기 위해 경제 모델을 통합하며, 암호화폐 또는 중앙 집중식 정산소의 잠재적 통합 고려하기 위해.
• 개인정보 보호 규정 준수 조건 하에서 신원 관리, 액세스 제어 위임, 준수 검증 메커니즘을 포함한 다수 이해관계자 신뢰 모델 제안하기 위해.
• 링크 계층의 이동성 데이터와 네트워크 계층의 서비스 이식을 통합하여 교차 계층 이동성 관리 설계하여 이동 플랫폼에서 원활한 운영을 지원하기 위해.
• 클라우드 장애 발생 시에도 功能을 유지할 수 있도록 분산형 제어 평면 설계하여 재난 상황에서 중앙 클라우드 연결이 끊어진 경우에도 작동 가능하게 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 종단 사용자 기기와 인프라를 포함한 다수 이해관계자 참여의 탈중앙화된 생태계에서 엣지 서비스는 어떻게 동적으로 조합되고 오케스트레이션될 수 있는가?
• RQ2 이식 가능한 엣지 환경에서 효율적이고 확장 가능하며 의미 인식 기반의 서비스 탐색 및 이식을 가능하게 하는 데 이름 기반 네트워킹(NDN)이 수행할 수 있는 역할은 무엇인가?
• RQ3 탈중앙화된 엣지 컴퓨팅 프레임워크에서 종단 사용자 및 제3자 이해관계자의 참여를 공정하게 유도할 수 있는 경제 모델은 무엇인가?
• RQ4 악성 또는 손상된 참여자가 존재할 수 있는 매우 동적이고 다중 도메인 엣지 생태계에서 보안, 프라이버시 및 신뢰를 어떻게 확보할 수 있는가?
• RQ5 이동성과 고속 이동성이 높은 엣지 시나리오에서 원활한 서비스 이식 및 지속성을 지원하기 위해 필요한 교차 계층 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• PEC 프레임워크는 종단 사용자 기기, 차량, 인프라로부터 온 동적이고 이질적인 엣지 자원을 사용해 실시간 서비스 조합을 가능하게 하여 반응성과 국지성의 향상을 크게 개선한다.
• NDN의 콘텐츠 중심 이름 부여 및 내장 캐싱 기능 덕분에 서비스 탐색이 단순화되고, 응용 계층 로직 없이도 효율적인 컨텍스트 공유가 가능해져 지연 시간과 대역폭 사용량을 감소시킨다.
• 이동 환경에서 서비스 이식 및 동적 라우팅을 지원하며, 빠르게 변화하는 무선 링크와 노드 이동성에 대응하기 위한 초기 메커니즘이 제안되었다.
• PEC를 위한 경제 모델은 데이터 및 자원 기여 기반으로 설계될 수 있으며, 공정한 보상과 추적 가능성을 확보하기 위해 금융 또는 암호화폐 시스템의 통합이 가능하다.
• PEC에서의 보안 위협, 예를 들어 위조된 액세스 포인트, 악성 오케스트레이터, 손상된 서비스 등은 기존 클라우드 기반 모델을 초월한 재구조화된 신뢰 및 액세스 제어 메커니즘이 필요하다.
• 클라우드 장애 발생 시 분산형 제어 평면에 의존함으로써 프레임워크는 중앙 클라우드 연결이 끊어진 재난 상황에서도 작동을 유지할 수 있다.