[論文レビュー] Fog Networking: An Overview on Research Opportunities

Mung Chiang|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2016

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 6被引用数 58

ひとこと要約

本論文は、5G、IoT、パーソナルネットワーキング向けに低遅延でスケーラブルなサービスを実現するため、クラウド機能（計算、ストレージ、通信）をエンドユーザーに近いエッジデバイスに分散化する、フォグネットワーキングというパラダイム転換を提唱する。中央集権的なクラウドから離れて、エンドユーザーまたはその近辺のデバイスを活用した協調的アーキテクチャを提示し、将来的なネットワーク設計の変革的フレームワークを提案する。分散知能とリソース管理分野における顕著な研究機会を示唆する。

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.

研究の動機と目的

• 5G、IoT、リアルタイムアプリケーションの増加に伴う低遅延・高帯域幅要件の満たし方を検討する。
• 中央集権的クラウドコンピューティングから、エンドユーザーに近い場所にクラウド機能を移行する分散フォグコンピューティングへの移行を提唱する。
• エンドユーザーまたはその近辺のエッジデバイスを活用した協調的フォグネットワークの展開におけるアーキテクチャ的・工学的課題を同定する。
• フォグエナジライズドシステム内でのリソース割り当て、ネットワーク管理、サービスオ케ストレーション分野における研究機会を強調する。
• 従来のクラウドおよびエッジモデルを超えた基盤的進化としてのフォグネットワーキングを位置づけ、スケーラブルで応答性が高く知能的なネットワークサービスの実現を可能にする。

提案手法

• エンドユーザーまたはその近辺のエッジデバイスに、計算、ストレージ、通信、管理といったクラウド機能を分散配置するフォグネットワーキングアーキテクチャを提唱する。
• 複数のエッジデバイスが共同でワークロードを処理する協調モデルを導入し、中央集権的データセンターへの依存度を低減する。
• 5Gネットワーク、ホームネットワーク、IoTデバイスといった既存インフラを活用して、分散型フォグレイヤーを構築する。
• フォグノード間での動的リソース割り当てと調整メカニズムの必要性を強調し、パフォーマンスと信頼性を確保する。
• 機能をエッジへと段階的に移行させる様子を、3種類の既存クラウド（データセンター、バックボーンIPネットワーク、セルラーコアネットワーク）と照らし合わせて説明する。
• フォグネットワーキングをクラウドコンピューティングの進化と位置づけ、エッジベースの処理を通じて近接性、応答性、スケーラビリティを重視する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンドユーザーに近いエッジデバイスに、計算、ストレージ、通信といったクラウド機能をどのように効果的に分散化できるか？
• RQ2 複数のエンドユーザーまたはその近辺のエッジデバイスがフォグネットワーク内で効率的に協調するためのアーキテクチャ的原則は何か？
• RQ3 5G、IoT、パーソナルネットワーキング用途におけるフォグネットワーキングの展開における主な技術的課題は何か？
• RQ4 従来のクラウド中心のモデルと比較して、フォグネットワーキングは遅延、帯域幅効率、サービス応答性をどのように改善できるか？
• RQ5 分散型フォグコンピューティング環境内でのリソース管理、セキュリティ、サービスオーケストレーション分野にどのような新たな研究機会が生じるか？

主な発見

• フォグネットワーキングは、中央集権的クラウドモデルから分散型エッジベースの計算・ストレージへの移行を可能にし、遅延を低減するとともに応答性を向上させる。
• 本論文は、現在エッジへとオフロードされている機能の源として、データセンター、バックボーンIPネットワーク、セルラーコアネットワークの3種類の既存クラウドを特定する。
• エンドユーザーまたはその近辺のデバイスにフォグ機能を展開することで、IoT や 5G といった新規アプリケーション向けにスケーラブルで低遅延なサービスを実現できる。
• 複数のエッジデバイスを協調的に利用することで、負荷分散、フェイルセーフ、およびローカルネットワークリソースの効率的活用が可能になる。
• 本論文は、クラウドとエンドデバイスの間に独自の研究的課題（調整、セキュリティ、管理）を有する、明確に分離されたアーキテクチャ層としてのフォグネットワーキングを確立する。
• 提案されたモデルは、特に動的リソース割り当て、サービス発見、エッジにおけるネットワーク仮想化といった分野において、分散システム設計分野における新たな研究の道を開く。