Cloud Edge Computing: 데이터 센터를 넘어서¶

Edge Compuing 고려 사항에 대한 심층 탐구¶

Edge computing에서 "edge"는 관리 도메인 외곽에 있는 개별 데이터 리소스와 최종 사용자를 최대한 가까운 것을 가리킵니다. 이 개념은 통신 네트워크, 소매점과 같이 분산된 POP(point of presence)가 있는 대기업, IoT와 관련된 응용 프로그램에 적용됩니다.

Edge computing의 특징 중 하나는 애플리케이션이 edge 위치와 밀접하게 관련되어 있다는 것입니다. 통신 회사에서의 "edge"는 최종 사용자와 가까운 지점을 가리키고 공급자에 의해 제어되며, 잠재적으로 최종 사용자 장치에서 실행되는 워크로드가 있는 요소를 나타냅니다. 대기업에서의 "edge"는 애플리케이션, 서비스, 워크로드(예로 소매점이나 공장)을 나타냅니다. 이 정의에서 edge 는 IoT나 센서 장치와 같은 최소한의 클라우드 아키텍처조차도 지원할 수 있는 용량이 극히 제한된 최종 장치를 나타내는 것은 아닙니다. Edge computing에 대한 많은 논의가 그 차이를 나타내지 않기 때문에 이는 중요한 고려사항 중 하나입니다.

Edge computing은 다음과 같은 점에서 데이터 센터 computing과 유사합니다:

• Compute, 스토리지, 네트워크 리소스를 포함합니다.
• 리소스는 많은 사용자와 많은 애플리케이션에서 공유하여 사용할 수 있습니다.
• 리소스 풀에 대한 가상화와 추상화로 인한 좋은 점이 있습니다.
• 상용 하드웨어를 활용할 수 있는 좋은 점이 있습니다.
• 상호 운용성을 지원하기 위한 API를 지원합니다.

Edge computing과 큰 데이터 센터에서의 computing의 다른점은 다음과 같습니다:

• Edge 사이트는 가능한한 최종 사용자와 가장 가깝습니다. 높은 레이턴시와 신뢰할 수 없는 연결을 통해 서비스 경험을 향상 시킵니다.
• AR/VR 기능을 위한 GPU/FPGA 플랫 폼과 같은 특수 하드웨어가 필요할 수 있습니다.
• Edge는 서로 다른 위치에 분산되어 있는 수많은 사이트로 확장이 가능합니다.
• Edge 사이트 위치와 접속 링크의 인증을 종료하는 것이 중요합니다. 사용자 가까이에서 실행해야 하는 응용 프로그램은 edge의 오른쪽에 있어야 합니다. 응용 프로그램 위치는 edge computing에서 중요합니다.
• 사이트의 전체 풀은 동적인 것으로 간주될 수 있습니다. 물리적으로 분리된 edge 사이트는 경우에 따라 WAN 연결로 코어와 다른것들이 서로 연결됩니다. Edge 사이트는 시간이 지남에 따라 인프라 풀에 추가되고 빠집니다.
• Edge 사이트는 원격으로 제어되며 잠재적으로 자동화된 상태이기에 원격 관리가 필요합니다. 도구는 사이트에 대한 주기적인 네트워크 액서스를 지원해야 합니다.
• Edge는 데이터 센터 규모에서 단일 장치까지인 사이트 크기와 규모에 대한 큰 차이를 지원합니다.
• Edge 사이트는 리소스가 제한될 수 있습니다. 공간 또는 전력 필요 요건때문에 기존 사이트에 용량을 추가하는 것이 제한됩니다.
• 대용량의 멀티 테넌시는 일부 유스 케이스에 필요합니다.
• "External cloud" 도메인에서의 위험이 서비스에 영향을 미치지 않도록 데이터 센터 클라우드에서 edge computing을 격리해야합니다.

Edge computing 개념은 edge 사이트(예: compute, 네트워크, 스토리지 인프라)와 함께 실행되는 애플리케이션 (워크로드)을 모두 포함해야 합니다. Edge computing 환경에서 응용 프로그램은 compute, 블록 저장소, 오브젝트 저장소, 가상 네트워킹, 베어 메탈, 컨테이너를 제공하는 클라우드에서 전부 또는 일부의 기능을 잠재적으로 활용할 수 있습니다.

클라우드 컴퓨팅에서 edge computing을 정의하고 분리하는 필수 기능은 다음과 같습니다:

• 잠재적으로 광범위하게 분산된 여러 사이트의 동적 풀을 지원하는 기능,
• 잠재적으로 신뢰할 수 없는 네트워크 연결
• 네트워크 상의 사이트에서 풀기 어려운 리소스 제약 조건의 가능성

사용 사례¶

사용 사례를 특성화하는데 수십 가지 방법이 있을 수 있으며, 이 문서는 짧아 자세한 목록을 보여 줄 수 없습니다. 그러나 관점을 분명히하고 공동 작업 기회를 강조하는데 도움이 되는 몇가지 예가 존재합니다.

분산 아키텍처의 좋은 점을 누리는 네가지 주요 워크로드 요구 사항은 분석, 컴플라이언스, 보안, NFV입니다.

시나리오¶

Edge computing 패러다임의 기본 특성은 인프라가 최종 사용자에 더 가깝고 사이트 배포 규모가 크며 edge 노드가 WAN 네트워크로 연결된다는 것입니다. 몇가지 시나리오를 자세히 검토하면 사용 사례에 연결되는 현재 기능을 평가할 수 있을 뿐만아니라 취약점과 개선 의 기회를 강조할 수 있습니다.

1. 소매/금융/원격 위치 "cloud in a box": 특정 회사나 업계 종사자에게 맞게 사용자 지정된 애플리케이션 제품군을 지원하는 Edge computing 인프라입니다. 기업에서 종종 사용하는 edge computing 인프라는 궁극적으로 분산 인프라에 결합되어 하드웨어 풋 프린트를 줄이고 여러 사이트에서 표준으로 구현하여 edge에 위치한 애플리케이션을 대체할 수 있는 유연성을 제공합니다 (동일한 애플리케이션을 모두 HW와는 관계업는 노드입니다), 탄성 향상 및 간헐적인 WAN 연결에 대한 문제를 해결합니다. 자체 포함된 애플리케이션에 대한 컨텐츠 캐시나 compute, 저장소, 네트워킹은 연결이 제한된 설정에서 edge computing을 명백한 사용처입니다.

2. 모바일 연결성: 모바일 네트워크는 적어도 5G가 널리 보급될때까지 제한적이고 예측할 수 없는 대역폭으로 특징 지워질 것이므로 모바일/무선 네트워크는 cloud edge computing을 위한 공통된 환경 요소일 수 있습니다. 원격 수리 및 원격 진료를 위한 증강현실, 유틸리티 (물, 가스, 전기, 시설관리) 데이터, 재고, 공급망 및 운송 솔루션, 스마트 도시, 스마트 도로와 원격 보안 애플리케이션을 캡처하기위한 IoT 장치는 모두 모바일 네트워크에대한 규모는 더 크거나 작습니다. 최종 사용자에게 워크로드를 더 가깝게 옮길 수 있는 edge computing의 이점을 모두 누릴 수 있습니다.

   

3. Network-as-a-Service (NaaS): 근본적으로 다른 환경에서 동일한 네트워크 서비스 애플리케이션 경험을 제공할 필요성때문에 NaaS 사용 사례는 edge에 배포 플랫폼이 적고 신뢰할 수 없거나 제한된 WAN 네트워크 연결을 edge 서비스 외부에서 지원하는 강력한 중앙 관리 도구를 필요로합니다. 이 시나리오의 주요 특징은 소형 하드웨어 풋프린트, 이동 (네트워크 연결방법) 및 끊임없이 변화하는 워크로드, 데이터와 애플리케이션의 하이브리드 위치입니다. 이것은 마이크로 노드를 지원하는 인프라가 필요한 경우 중 하나입니다. 비 전통적 패키지 (대부분 냉각된 데이터 센터의 19인치 랙이 아님)에서 적은 양의 계산이 가능합니다. NaaS는 edge에서 수천 또는 수만 개의 노드에 대한 지원을 필요로하며 mesh나 계층적 아키텍처뿐만 아니라 필요에 따라 스핀업하고 완료될때 종료될 수 있는 주문형 사이트를 지원해야합니다. API와 GUI는 많은 수의 compute 노드가 동일한 데이터 센터에 존재하는 대신 다른 위치를 가질 것이라는 점을 반영하여 변경해야합니다.

   

4. Universal Customer Premises Equipment (uCPE): 이 시나리오는 이미 배포되고 있으며 어플라이언스 크기의 하드웨어 풋프린트에 대한 지원이 필요하고, 높은 가용성이 요구되는 일반적이고 안정적인 워크로드로 제한된 네트워크 연결이 특징입니다. 또한 수백 또는 수천 개의 노드에서 데이터와 애플리케이션의 하이브리드 위치를 지원하는 방법이 필요하며 기존 uCPE 배포를 확장하는 것이 새로운 요구 사항이 될 것입니다.

   이는 여러 사이트에서 서로 다른 일련의 서비스 체인 애플리케이션이 필요하거나 필요한 여러 애플리케이션 집합이 필요한 사이트에서는 여전히 NFV 애플리케이션에 적용될 수 있습니다. Mesh나 계층적 아키텍처는 지역화된 용량과 간헐적인 네트워크 연결로인해 테이터 처리를 저장하고 전달해야하는 필요성으로 지원되어야합니다. 노드를 원격으로 관리할 수 있는 능력과 결합된 자체 치유와 자체 관리가 필수입니다.

5. Satellite enabled communication (SATCOM): 이 시나리오는 수많은 원격 터미널 장치를 특징으로 하며, 종종 가장 까다로운 조건으로 배포됩니다. 동시에 매우 높은 레이턴시, 제한된 대역폭, 위성 통신 비용을 고려할때 호스팅 서비스에 이러한 분산 플랫폼을 활용하는 것이 좋습니다. 이러한 사용 사례의 특징을 가진 사례로는 선박 (어선에서 유조선까지), 항공기, 석유 굴칙장치, 채굴 작업, 군사 등급 인프라가 포함될 수 있습니다.

   

도전¶

전 세계적으로 이미 진행중인 edge 배포에 대한 사례가 많이 있지만, 확산되고 널리 사용되고 있는 문제와 한계를 해결하기 위해서는 새로운 방식의 사고를 필요로합니다.

우리는 edge computing 플랫폼이 기존 데이터 센터 중심의 클라우드보다 훨씬 내 결합성이 뛰어나고 견고하다는 것을 입증했습니다. 하드웨어와 애플리케이션 라이프 사이클을 지원하는 플랫폼 서비스 측명에서 더욱 엄격하게 적용되었습니다. 이러한 최첨단 사용 사례에 표준 데이터 센터 인프라에서 수행하는 유지관리와 지원 기능이 있다록 가정 할 수 없습니다. 이러한 시나리오에서는 모든 인프라와 플랫폼 스택의 제로 터치 프로비저닝, 자동화, 자율적인 조정이 매우 중요합니다.

그러나 고려해야 할 다른 문제가 있습니다.

첫째, edge 리소스 관리 시스템은 어셈블리가 WAN 인터커넥트를 기반으로하는 지리적으로 분산된 IaaS 인프랄르 운영하고 사용할 수 있는 시스템을 제공하는 일련의 고급 메커니즘을 제공해야합니다. 바꾸어 말하면, 앞서 말한 특징을 다루기 위해서 IaaS 핵심 서비스를 수정 (필요할 경우 확장) 해아합니다. 네트워크 단절/대역폭, compute와 스토리지 관점에서의 제한된 용량, 무인 배포 등이 포함됩니다.

예측 가능한 요구 사항은 다음과 같습니다:

• 머신/컨테이너 라이프 사이클 (구성, 스케줄링, 배포, 일시 중지/다시 시작, 종료)을 관리하는 가상 머신/컨테이너/베어메탈 관리자.
• 템플릿 파일을 담당하는 이미지 관리자 (가상머신/컨테이너 이미지).
• 인프라에 연결성을 제공하는 네트워크 관리자: 가상 네트워크와 사용자를 위한 외부 접근.
• Edge 애플리케이션에 스토리지 서비스를 제공하는 스토리지 관리자.
• 분산된 인프라를 운영하고 사용하기 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 도구.

이러한 요구는 비교적 분명하게 기존 프로젝트를 활용하고 적응함으로써 충족될 수 있습니다. 그러나 edge computing에 대한 다른 요구 사항은 더욱 까다로울 수 있습니다. 여기서는 다음이 포함되지만, 이에 국한되지 않습니다:

• WAN 연결을 통한 스토리지 레이턴시 처리.
• Edge에 강화된 보안. 필요한 경우 시정 조치를 자율적으로 수행할 수 있는 기능을 통해 각 사이트의 물리시스템과 애플리케이션 무결성을 모니터링합니다.
• 모든 노드에서 동시에 리소스 사용률을 모니터링 합니다.
• 다수의 edge 사이트와 워크로드를 관리하고 조정하는 조정 도구로, 잠재적으로 peering control plane 또는 "self-organizing edge"로 연결됩니다.
• IaaS 코어 서비스에 연게된 edge 플랫폼 (또는 클라우드에대한 클라우드) 연합체에 대한 조율을 탐구하고 소개.
  • 초기 소프트웨어 배포와 자원 관리 시스템 구성 요소의 업그레이드를 포함하여 자동화된 edge 위임/해임 작업
  • 자동화된 데이터와 워크로드 재배치 - 지리적으로 분산된 하드웨어에서 로드 밸런싱.
• 불연속적인 네트워크 링크에 대처하기 위해 인프라의 "core"에서 추상화된 상태 전달의 동기화의 일부 폼이 필요합니다.
• 제한된 연결성으로 인해 네트워크 파티셔닝 문제를 처리하는 새로운 방법. 짧은 연결 해제와 긴 연결 해제를 모두 지원.
• 다음을 포함한 edge 애플리케이션 라이프 사이클을 관리하는 도구:
  • 애플리케이션 구성요소의 대기 시간 요구사항을 처리하기위한 고급 배치 제약 조건을 정의합니다.
  • 안정적인 배치 요구사항 (초기 배치)을 충족시키기위한 애플리케이션의 프로비저닝/스케줄링.
  • 내부/외부 이벤트(모빌리티 사용 사례, 실패, 성능 고려 사항 등)에 따라 데이터와 워크로드 재배치.
• 통합 위치 인식: 모든 edge 배포가 동일한 애플리케이션을 통시에 요구하지는 않습니다. 위치와 수요에 대한 인식이 필요합니다.
• 매크로 수준에서 전체 아키텍처와 관리 도구를 설계할 때 제한된 리소스와 원격 사이트에서의 확장 능력이 제한된 개별 하드웨어를 고려해야합니다.Mesh 네트워크를 통해 이웃이거나 계층적 네트워크의 핵심요소에서 다른 사이트의 요청에 따라 원격 리소스를 확보할 수 있다는 개념은 하드웨어 배포의 비효율없이 로컬 요구의 변동을 충족시킬 수 있음을 의미합니다.