[논문 리뷰] Fog Computing: Focusing on Mobile Users at the Edge

Tom H. Luan, Longxiang Gao외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 06.

Caching and Content Delivery참고 문헌 9인용 수 379

한 줄 요약

이 논문은 이동 사용자에게 지연 시간과 대역폭 사용을 줄이기 위해 네트워크 엣지에 가상화되고 위치 인식 기능을 갖춘 컴퓨팅 및 스토리지 리소스를 배치하는 삼단계 모바일-포그-클라우드 아키텍처인 포그 컴퓨팅을 제안한다. 짧고 두꺼운, 고속의 지역 연결을 활용함으로써 포그 컴퓨팅은 실시간 서비스 제공과 에너지 효율성을 향상시키며, 특히 지연 시간에 민감하고 위치 기반인 애플리케이션에 유리하다.

ABSTRACT

With smart devices, particular smartphones, becoming our everyday companions, the ubiquitous mobile Internet and computing applications pervade people daily lives. With the surge demand on high-quality mobile services at anywhere, how to address the ubiquitous user demand and accommodate the explosive growth of mobile traffics is the key issue of the next generation mobile networks. The Fog computing is a promising solution towards this goal. Fog computing extends cloud computing by providing virtualized resources and engaged location-based services to the edge of the mobile networks so as to better serve mobile traffics. Therefore, Fog computing is a lubricant of the combination of cloud computing and mobile applications. In this article, we outline the main features of Fog computing and describe its concept, architecture and design goals. Lastly, we discuss some of the future research issues from the networking perspective.

연구 동기 및 목표

• 광범위한 스마트폰과 IoT 기기의 보급에 따라 증가하는 저지연, 고품질 이동 서비스 수요를 충족시키기 위해.
• 중앙집중형 클라우드 컴퓨팅이 이동 사용자를 지원하는 데 가지는 한계, 즉 장거리 왕복 지연, 높은 대역폭 비용, 위치 인식 기능 부족을 해결하기 위해.
• 클라우드 컴퓨팅을 이동 애플리케이션과 통합하기 위해 확장 가능하고 지속 가능하며 효율적인 아키텍처를 설계하기 위해.
• 사용자에게 가까운 곳에 컴퓨팅 리소스를 배치하여 이동 워크로드에 대한 실시간 응답과 효율적인 데이터 처리를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 이동 사용자 근처의 로컬 네트워크 지점(예: 와이파이 액세스 포인트, 기지국)에 포그 서버를 배치하는 삼단계 모바일-포그-클라우드 아키텍처를 제안한다.
• 이동 기기와 근접한 포그 서버 간의 짧고 두꺼운 고속 무선 연결을 활용하여 전송 지연과 백홀 부하를 줄인다.
• 기존 인프라(예: 펌토셀 또는 기지국)에서 유사하게 확장 가능한 포그 서버에 가상화된 컴퓨팅, 스토리지 및 통신 기능을 제공한다.
• 현지 사용자 수요와 환경적 맥락에 기반해 동적 애플리케이션 배치 및 서비스 맞춤화를 가능하게 한다.
• 유연하고 프로그래머블하며 확장 가능한 네트워크 관리를 위해 포그 컴퓨팅을 5G, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN), 네트워크 기능 가상화(NFV)와 통합한다.
• 포그 서버 간의 기회적이고 유선 연결을 활용하여 협업 기반의 데이터 라우팅과 로드 밸런싱을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 클라우드 중심 아키텍처에 비해 포그 컴퓨팅은 이동 네트워크에서 지연 시간과 대역폭 소비를 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ2 네트워크 엣지에서 효율적이고 위치 인식 기능이 있으며 실시간으로 작동하는 이동 서비스를 실현하기 위해 필수적인 아키텍처 원칙과 설계 목표는 무엇인가?
• RQ3 다양한 환경에서 동적으로 변화하는 지역 사용자 수요를 충족시키기 위해 포그 서버는 어떻게 최적의 위치에 설치하고 확장할 수 있는가?
• RQ4 5G, SDN, NFV와 같은 신기술이 확장 가능하고 관리 가능한 포그 컴퓨팅 인fra를 어떻게 지원하는가?
• RQ5 이질적인 서비스 정책과 동적 네트워크 토폴로지가 분산된 포그 서버 간에 어떻게 관리되어 일관된 성능과 보안을 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 포그 컴퓨팅은 계산 및 스토리지 리소스를 이동 사용자에 가까이 둠으로써 왕복 지연을 크게 줄여 실시간 애플리케이션의 빠른 응답 시간을 가능하게 한다.
• 이동 기기와 포그 서버 간의 짧고 두꺼운 지역 연결을 활용함으로써 장거리, 고비용의 백홀 링크에 대한 의존도가 감소하여 대역폭 비용이 낮아진다.
• 장거리 클라우드 연결에서의 트래픽를 국소화된 고대역폭 엣지 링크로 이관함으로써 포그 컴퓨팅은 인터넷 백본의 에너지 효율성을 향상시킨다.
• 스토리지, 컴퓨팅, 통신을 모두 아우르는 삼차원 리소스 할당 모델은 이동 워크로드에 맞춰 효율적이고 서비스 중심의 자원 할당을 가능하게 한다.
• 포그 서버는 정적 또는 이동식 단위(예: 차량에 탑재)로도 구현 가능하여 대중교통과 같은 고속 이동 환경에서의 동적 서비스 커버리지를 가능하게 한다.
• 5G, SDN, NFV와의 통합은 포그 리소스의 중앙 집중식 제어와 동적 오케스트레이션을 가능하게 하여 확장 가능하고 프로그래머블한 이동 네트워킹을 지원한다.