April 14, 2022 3 min to read

Edge computing or Fog computing

Understand what is an edge computing

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아래 내용은 Rajkumar Buyya, Satish Narayana Srirama 저서인 For and Edge Computing: Principles and Paradigms 책의 내용을 주로 다루고 있습니다.

Fog computing architecture

클라우드에서 CIoT의 엣지네트워크로 확장하기 위해 가능한 모든 접근의 컨셉 모델은 위 그림과 같습니다. 물리적으로 분할된 데이터 센터로부터 중간 네트워크 노드들로 지나 외부 IoT 디바이스가 지역적으로 퍼져있는 엣지단 까지의 설명입니다. 그림에서 보면 IoT 디바이스를 기준으로 Edge Network, Cloud datacenter 사이에 Application service들이 Smart system으로 자리잡고 있습니다.

구조로만 보면 스케일이 크고 다양하게 여러 산업에서 사용할 수 있습니다. 그래서 산업계에서는 fog computing을 현실적인 IoT 시스템의 주요 트렌드로 보고 있습니다. OpenFog 컨소시엄(OPC)이 fog computing에 관련한 주요 산업들의 표준에 힘을 쓰고 있습니다. OPC의 파트너, 서포터로서는 European Telecommunications Standards Institute(ETSI) Multi-access Edge Computing(MEC)와 IEEE Standard for fog computing and networking이 있습니다.

메이저 협회들이 지원하고 있는데는 Fog & Edge computing 시장의 성장성에 있습니다. 2019에는 37억 달러의 규모에서 2022년에는 182억 달러의 규모로 크게 성장했습니다. 이 시장에서 큰 비중을 차지하고 있는 분야는 에너지, 유틸리티, 운송, 헬스케어, 산업 그리고 농업이 있습니다.

Relevant Technologies

• Virtual machine-based cloudlet

  해당 관련 기술은 엣지단의 클라우드의 개념을 설명하기 위해 엣지 컴퓨팅을 사용합니다. Cloudlet은 가동가능한 물리 서버 머신이 지역적으로 묶여있을때 현실적인 포그 컴퓨팅의 연결성을 보여주는 하나의 방법으로 볼 수 있습니다.

• ETSI의 MEC

  ETSI가 통신의 관점에서 표준으로 MEC를 제안했습니다. ETSI가 제안한 API는 통신 회사들이 컴퓨팅 가상화 서비스에 NFV(Network Function Virtualization)를 이용한 확장된 인프라 제공 방식을 알려줍니다. 확장된 인프라를 응용하는 데에는 이미 통신회사들이 팔고있는 장비에 통신방식이 구현되어 있기 때문에 이어붙이는 방법으로 방향을 설정했기 때문입니다. 예를 들면 무선 Base Transceiver Stations(BTSs)가 있습니다.

• Mist computing

  Fog에 속하지만 작은 스케일의 개념으로 Mist라는 단어를 차용했습니다. Mist computing의 본질적인 정의는 디바이스에 가깝게 붙어서 구성하는 네트워크로 이해하시면 됩니다. Mist는 확장된 엣지 디바이스에 분산 컴퓨팅 메커니즘의 니즈를 정교하게 반영합니다. 아주 촘촘하게요. 그렇게 되면 디바이스의 통신 지연을 ms 단위로서 최소화 할 수 있습니다.

Advantage of FEC: SCALE

FEC(Fog & Edge Computing)의 장점으로는 다섯개를 묶어 SCALE로 얘기합니다.(CIoT는 도전과제는 BLURS였죠)

• Security

  FEC는 IOT 디바이스의 트랜잭션에 대해 보증가능한 안전성, 신뢰성을 지원합니다. 빠르게 무선 센서들을 업데이트 하면서도 백엔드에서는 최적의 네트워크 라우팅을 구성할 수 있기에 가능한 환경입니다.

• Cognition

  FEC는 클라이언트의 객체들의 인지를 활성화 할 수 있습니다. 언제나 어디서나 성능, 저장소, 제어 함수들을 사용하여 의사결정도 자동화할 수 있습니다.

• Agility

  FEC는 큰 범위의 IoT 시스템에 유연성을 향상시킵니다. 각 산업마다 FEC에 관련된 SDKs를 제공하고 있고 제공된 SDK를 이용하여 FEC를 쉽게 구현할 수 있습니다.

• Latency

  엣지 네트워크의 존재로 디바이스와 가까이 붙은 만큼 지연시간을 감소시킵니다.

• Efficiency

  Latency와 같이 가까운 만큼 효율성도 올라갑니다.

How FEC Achieves These Advantages: SCANC

아이러니 하게도 SCALE이라는 FEC의 장점을 달고 있지만, 해당 조건들을 달성해야 합니다.

• Storage

  정보와 특성들의 전달 성능을 향상시키기 위하여 임시 데이터를 FEC노드에서 주/보조 메모리에 핸들링하는 것을 의미합니다.

• Compute

  두 가지 접근법을 기반으로 I/PaaS를 운영합니다. 1) 가상머신(VMs)과 2) 컨테이너 엔진(CEs)입니다. 이 둘은 FEC 클라이언트에 유연한 플랫폼을 제공합니다. SaaS의 경우에는 ODP와 CaaS로서 제공됩니다.

  ODP(On-demand Data Processing) 기반: 통신에 한하여 클라이언트로 보내는 데이터 처리를 미리 설치된 메소드들을 이용합니다.

  CaaS(Context as a Service) 기반: 클라이언트에 대한 의미있는 정보들을 생성하는 처리와 수집을 FEC 노드에서 가능하게끔 커스텀된 데이터를 제공합니다.

• Acceleration

  Netowrk와 Computing 가속화를 지원합니다. Network는 라우팅 최적화의 영역으로 존재하기에 Software-defined network(SDN)과 병렬로 구성된 멀티 routing table을 고려하고, Computing 가속화는 GPU와 FPGA 유닛이 임베디드 프로세싱 형태로 구성합니다.

• Networking

  CoAP와 MQTT종류의 Vertical network와 Bluetooth, ZigBee종류의 Horizontal network를 지원합니다.

• Control

  (Deplayment / Actuation / Mediation / Security) Control이 가능하며 순서대로 주요 특징들은 다이나믹 프로그램 구성, FEC와 디바이스간의 하드웨어에 맞춘 연결성, 다른 패키지를 이용한 외부 엔티티와의 상호작용, 권한제어와 아이디 제어를 이용한 클라이언트 컨트롤입니다.

Hierarchy of Fog and Edge Computing

Inner-Edge

Fog & Edge Computing의 Inner-edge는 near-the-edge라고도 부릅니다. countywide, statewide와 관련되어 있는 엔터프라이즈의 지역적인 WANT이나 ISP, EPC, MAN이 이에 해당됩니다.

Middle-Edge

Middle edge는 FEC의 대부분이 이에 해당됩니다. 두가지로 엮을 수 있는데요. 1) LAN과 2) Cellular network입니다.

• Local Area Network

  인터넷 게이트웨이 디바이스는 FEC 메커니즘에게 지원을 승이하는 형태의 가상화 기술들로서 클라우드 서비스를 제공하는 모델입니다.

• Cellular Netowrk

  BTSs(Base Transceiver Stations) 같이 다양한 모바일 IoT 형태의 유스케이스들을 서비스합니다. 보편적으로 빠른 속도로 처리하거나 실시간의 데이터 스트림에 구조적으로 동작합니다.

Outer-Edge

여기서는 Hub, IP 게이트웨이 디바이스 그리고 융합된 장치들(센서들)이 있습니다.