KR20180095981A - Fog Server Deployment Method Based on Host Location and Traffic Pattern in Fog Computing Environment - Google Patents

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KR20180095981A
KR20180095981A KR1020170022021A KR20170022021A KR20180095981A KR 20180095981 A KR20180095981 A KR 20180095981A KR 1020170022021 A KR1020170022021 A KR 1020170022021A KR 20170022021 A KR20170022021 A KR 20170022021A KR 20180095981 A KR20180095981 A KR 20180095981A
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정상화
손민식
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Abstract

The present invention relates to a fog server arrangement method based on a host location and a traffic pattern in a fog computing environment, which generates a logical flow for obtaining a current bandwidth usage of a link between a fog device and a core network, and arranges a fog server with respect to a link bandwidth usage. The fog server arrangement method of the present invention comprises the steps of: generating a logical flow (f), which is represented by a straight line from a data source toward a client and has a direction (Src, Dst), a bandwidth usage (B_before, B_after) before and after going through a server, and computing resource size information required for processing; obtaining a current bandwidth usage of a link (l_(d_n, c)) between a fog device and a core network using the generated logical flow (f); determining a rank of a candidate fog device in which a fog server can be arranged with respect to a link bandwidth usage between the obtained fog device and the core network; and arranging the fog server with respect to the obtained rank, and additionally arranging the fog server with respect to traffic generated in the core network and a traffic ratio generated in a local area.

Description

포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법{Fog Server Deployment Method Based on Host Location and Traffic Pattern in Fog Computing Environment}[0001] The present invention relates to a fog server deployment method based on host location and traffic pattern in a fog computing environment,

본 발명은 포그 컴퓨팅에 관한 것으로, 구체적으로 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구하기 위한 로지컬 플로우 생성을 하고 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버를 배치하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법에 관한 것이다.The present invention relates to fog computing. More particularly, the present invention relates to a fog computing environment in which, in a fog computing environment in which a logical flow is generated to obtain a current bandwidth usage of a link between a fog device and a core network and a fog server is allocated based on a link bandwidth usage, Pattern based fog server placement method.

클라우드 컴퓨팅은 사용자가 네트워크를 통해 중앙의 데이터센터에 접근하여 하드웨어, 소프트웨어, 데이터들을 사용하는 방식을 말한다.Cloud computing refers to the way a user accesses a central data center through a network and uses hardware, software, and data.

하지만, 이러한 클라우드 서비스에도 많은 문제점들이 존재한다.However, there are many problems with such cloud services.

대표적으로 클라우드와 유저사이의 거리가 대체로 멀기 때문에 지연 시간(latency)가 길어지는 문제점이 있고 사물인터넷(IoT)와 접목되어 많은 사용자가 클라우드 서비스를 사용하게 되면서 전체적인 네트워크 트래픽이 폭증하게 된다.Typically, the distance between the cloud and the user is so long that the latency is long. As a result, many users are using the cloud service because it is combined with the Internet (IoT) and the whole network traffic is increased.

최근 사물인터넷(IoT)이 주목 받으면서 관련 디바이스 사용이 꾸준히 증가하고 있다.Recently, the use of related devices has been steadily increasing as the internet (IoT) is getting attention.

IoT 디바이스는 클라우드에서 주를 이루는 서버(Server)와 클라이언트(Client) 간의 서비스 방식과는 다른 패턴의 서비스 방식을 요구한다.IoT devices require a service pattern that differs from the service method between the main server and the client in the cloud.

IoT 디바이스를 지원하는 환경에서는 지역적인 데이터 및 서비스를 요청하는 경우가 많기 때문이다. 이러한 요구사항을 만족시키기 위해 시스코(Cisco)에서 처음으로 포그 컴퓨팅이라는 개념이 등장하였다.In environments that support IoT devices, local data and services are often requested. To meet these requirements, Cisco introduced the concept of fog computing for the first time.

포그 컴퓨팅에 관련된 여러 연구에서는 사용자가 포그 컴퓨팅을 통해 좀 더 가까운 위치로부터 컴퓨팅 자원 및 서비스를 제공받을 수 있으며, 기존 클라우드 환경에서 응답 속도의 한계로 서비스하지 못하였던 여러 서비스를 제공받을 수 있음을 말하고 있다.Many researches related to fog computing show that users can receive computing resources and services from a closer location through fog computing and receive services that could not be serviced due to limit of response speed in existing cloud environment have.

뿐만 아니라, 포그 환경에서는 컴퓨팅 자원 및 서비스가 특정 위치에서 제공됨으로써 지역적으로 발생하는 다양한 데이터를 수집하여 활용할 수 있다.In addition, computing resources and services are provided at specific locations in the fog environment, so that various data generated locally can be collected and utilized.

그러나 대부분의 연구는 포그 컴퓨팅의 장점과 포그 컴퓨팅 아키텍쳐 구상이 주를 이루고 있기 때문에 포그 컴퓨팅과 관련된 추가적인 연구가 필요하다.However, since most of the research focuses on the advantages of fog computing and the idea of fog computing architecture, further research on fog computing is needed.

포그 컴퓨팅 환경에서는 컴퓨팅 자원, 서비스 및 애플리케이션 등을 제공하기 위한 포그 서버(Fog Server)가 동작하고 있어야 한다. 이런 포그 서버는 클라우드로부터 포그 영역으로 배치된 후 동작하게 된다. 때문에 포그 서버 배치를 위한 메커니즘이 필요하다.In a fog computing environment, a fog server for providing computing resources, services and applications must be operating. These fog servers are deployed from the cloud into the fog area and then operate. Therefore, a mechanism for fog server deployment is needed.

포그 서버를 배치하는 데에는 포그 디바이스의 컴퓨팅 리소스를 기반으로 한 방법이 있다.There is a method based on the computing resources of the fog device to place the fog server.

이 방법은 포그 서버가 설치될 타겟 포그 디바이스의 컴퓨팅 리소스 활용 상태를 기반으로 하여 포그 서버를 배치한다.This method places the fog server based on the computing resource utilization status of the target fog device in which the fog server is to be installed.

하지만, 포그 디바이스들은 수많은 사용자들의 서비스를 처리하는 클라우드 서버에 비해서 수많은 요청들을 처리하기에 상대적으로 컴퓨팅 자원이 부족하다. However, the fog devices lack computing resources relative to handling a large number of requests compared to a cloud server handling many users' services.

이러한 이유로 특정 포그 디바이스에 서비스 요청이 많아진다면 해당 디바이스에 부하가 집중되어 서비스 처리에 문제가 발생할 수 있다.For this reason, if a service request is increased to a specific fog device, a load may be concentrated on the device, which may cause a problem in service processing.

그리고 사용자들이 항상 똑같은 서비스만을 사용하지 않기 때문에 네트워크상에 트래픽은 지속적으로 변화하게 된다.And because users do not always use the same service, traffic on the network is constantly changing.

포그 서버를 배치하더라도 서비스에 대한 플로우가 지속적으로 변화하기 때문에 항상 똑같은 포그 서버에서 서비스를 실행한다면 비효율적인 결과를 초래할 수 있다. Even if the fog server is deployed, the flow to the service continuously changes, so running the service on the same fog server always leads to inefficient results.

한국공개특허번호 10-2015-0120555호Korean Patent Publication No. 10-2015-0120555 한국공개특허번호 10-2014-0056382호Korean Patent Publication No. 10-2014-0056382

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 포그 컴퓨팅 서버 배치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구하기 위한 로지컬 플로우 생성을 하고 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버를 배치하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention solves the problem of the conventional arrangement of the fog computing servers. The present invention creates a logical flow for obtaining the current bandwidth usage of the link between the fog device and the core network and arranges the fog server based on the link bandwidth usage The present invention is directed to a method of arranging a fog server based on a host location and a traffic pattern in a fog computing environment.

본 발명은 실제 네트워크 토폴로지 상의 네트워크 트래픽을 표현하는 로지컬 플로우를 생성하여 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구하여 어떤 위치에 포그 서버를 배치하는 것이 좋을지 순위를 정하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention creates a logical flow representing network traffic on an actual network topology and obtains the current bandwidth usage of the link between the fog device and the core network to determine the host location and location of the fog server in a fog computing environment, The purpose of this paper is to provide a fog server deployment method based on traffic pattern.

본 발명은 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서를 정하고, 플로우가 포그 서버를 지나가는지 여부에 따라서 더해지는 대상이 조금씩 달라지도록 한 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for determining the order of candidate fog devices on which a fog server can be placed based on a link bandwidth usage between a fog device and a core network and a fog computing method in which an added object is slightly changed depending on whether a flow passes through the fog server The present invention provides a method of deploying a fog server based on a host location and a traffic pattern in an environment.

본 발명은 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서(Rank)를 정하고 로컬(local)에서 발생하는 트래픽 대비 모든 포그 디바이스와 코어 네트워크 간 링크 대역폭 사용량을 이용해 포그 서버의 추가 배치를 판단하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention determines a rank of candidate fog devices to which a fog server can be placed and determines the placement of the fog server by using the link bandwidth usage between all the fog devices and the core network, The present invention provides a fog server arrangement method based on a host location and a traffic pattern in a computing environment.

본 발명은 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서(Rank)를 정하고 순서(Rank)를 기준으로 첫 번째 포그 서버를 배치하고, 순서(Rank)를 다시 정한 뒤 추가로 포그 서버를 배치할 것인가에 대한 여부를 판단하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In the present invention, the order of a candidate fog device to which a fog server can be placed is determined, a first fog server is arranged on the basis of a rank, a rank is redefined, The present invention provides a fog server arrangement method based on a host location and a traffic pattern in a fog computing environment for determining whether or not a fog server exists.

본 발명은 네트워크상에 발생하는 트래픽을 기반으로 포그 서버를 배치하는 경우 혼잡이 발생하더라도 해당 위치에 포그 버서가 배치되게 함으로써 코어 네트워크상에 발생하는 트래픽을 로컬 영역으로 분산시킬 수 있도록 한 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a fog computing environment capable of distributing traffic generated on a core network to a local area by arranging a fog server in a corresponding location even if congestion occurs in the case of deploying the fog server based on traffic generated on the network The present invention provides a method of arranging a fog server based on a host location and a traffic pattern.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법은 데이터 소스에서 클라이언트로 향하는 직선으로 나타내며 방향(Src, Dst), 서버를 거치기 전,후 대역폭 사용량(

Figure pat00001
), 처리 위해 필요한 컴퓨팅 리소스 크기 정보를 갖는 로지컬 플로우(f)를 생성하는 단계;생성된 로지컬 플로우(f)를 이용하여 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크(
Figure pat00002
)의 현재 대역폭 사용량을 구하는 단계;구해진 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서(Rank)를 정하는 단계;구해진 순서(Rank)를 기준으로 포그 서버를 배치하고, 코어 네트워크에서 발생하는 트래픽과 로컬 영역에서 발생하는 트래픽 비율을 기준으로 추가로 포그 서버를 배치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in a fog computing environment according to the present invention, a fog server arrangement method based on a host location and a traffic pattern is represented by a straight line from a data source to a client and includes directions (Src, Dst) Post-bandwidth usage (
Figure pat00001
), Generating a logical flow ( f ) with computing resource size information required for processing, linking the fog device and the core network using the generated logical flow ( f )
Figure pat00002
Determining a rank of a candidate foggy device to which the fog server can be placed based on the link bandwidth usage between the obtained fog device and the core network based on the obtained rank; Arranging a fog server, and disposing a fog server in addition to the traffic generated in the core network and the traffic ratio occurring in the local area.

여기서, 구해진 순서(Rank)를 기준으로 포그 서버를 배치하는 고정에서, 포그 디바이스와 인접한 클라이언트가 존재하지 않는 경우에는 해당 포그 디바이스를 순서(Rank)에서 제외시키고, 해당 포그 디바이스에 이니 포그 서버가 배치된 경우에는 해당 포그 디바이스를 순서(Rank)에서 제외시키는 것을 특징으로 한다.Here, in the case where the fog server is arranged on the basis of the obtained order (Rank), when there is no client adjacent to the fog device, the fog device is excluded from the order and the in- The fog device is excluded from the order.

그리고 구해진 순서(Rank)를 기준으로 포그 서버를 배치하는 과정에서, Rank[0]의 컴퓨팅 리소스가 충분하다면 Rank[0]에 해당하는 포그 디바이스에 포그 서버를 배치하고, 이후 순서(Rank)를 다시 정한 뒤 추가로 포그 서버를 배치할 것인가에 대한 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.If there is a sufficient computing resource of Rank [0] in the process of arranging the fog server based on the obtained rank, the fog server is arranged in the fog device corresponding to Rank [0] And determines whether or not to further arrange the fog server.

이와 같은 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The fog server arrangement method based on the host location and the traffic pattern in the fog computing environment according to the present invention has the following effects.

첫째, 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구하기 위한 로지컬 플로우 생성을 하고 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버를 배치하여 포그 컴퓨팅 효율을 높일 수 있다.First, it is possible to increase the fog computing efficiency by creating a logical flow to obtain the current bandwidth usage of the link between the fog device and the core network and arranging the fog server based on the link bandwidth usage.

둘째, 로지컬 플로우를 생성하여 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구하여 어떤 위치에 포그 서버를 배치하는 것이 좋을지 순위를 정하여 포그 서버 배치의 효율성을 높일 수 있다.Second, by creating a logical flow, it is possible to obtain the current bandwidth usage of the link between the fog device and the core network, and determine the position of the fog server at which position it is preferable to increase the efficiency of the fog server placement.

셋째, 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서를 정하고, 플로우가 포그 서버를 지나가는지 여부에 따라서 더해지는 대상이 조금씩 달라지도록 하여 포그 컴퓨팅 효율을 높일 수 있다.Third, the order of the candidate fog devices in which the fog server can be arranged is determined, and the object to be added is slightly changed depending on whether the flow passes through the fog server, thereby increasing the fog computing efficiency.

넷째, 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서(Rank)를 정하고 순서(Rank)를 기준으로 첫 번째 포그 서버를 배치하고, 순서(Rank)를 다시 정한 뒤 추가로 포그 서버를 배치할 것인가에 대한 여부를 판단하여 컴퓨팅 리소스 낭비를 줄이고 네트워크 효율을 향상시킬 수 있다.Fourth, it is necessary to determine the order of the candidate fog devices in which the fog server can be placed, to arrange the first fog server based on the rank, to reorder the order, and then to arrange the additional fog server It is possible to reduce the waste of computing resources and improve the network efficiency.

다섯째, 네트워크상에 발생하는 트래픽을 기반으로 포그 서버를 배치하는 경우 혼잡이 발생하더라도 해당 위치에 포그 버서가 배치되게 함으로써 코어 네트워크상에 발생하는 트래픽을 로컬 영역으로 분산시킬 수 있다.Fifth, if a fog server is arranged based on the traffic generated on the network, even if congestion occurs, the fog server is disposed at the corresponding location, so that the traffic generated on the core network can be distributed to the local area.

도 1은 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경 구성도
도 2는 데이터 트래픽의 방향(Src, Dst), 사용 대역폭(

Figure pat00003
) 등의 정보를 담고 있는 로지컬 플로우 구성도
도 3은 네트워크상의 플로우가 지나가는 각 링크의 대역폭을 비율로 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 포그 서버 배치 후보 포그 디바이스의 순위를 나타내는 우선순위(Rank) 도출 과정을 나타낸 플로우 차트
도 5는 포그 서버를 추가 배치하기 전 네트워크상의 모든 플로우 모습과 각 링크 대역폭 비율을 나타낸 구성도
도 6은 포그 서버 배치 및 추가 배치를 위한 과정을 나타낸 플로우 차트1 is a block diagram of a fog computing environment according to the present invention;
FIG. 2 shows the direction (Src, Dst), the bandwidth used
Figure pat00003
), And so on.
3 is a diagram showing a ratio of the bandwidth of each link to which a flow on a network passes,
FIG. 4 is a flowchart showing a process of deriving a rank indicating a ranking of a fog device candidate fog device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing all the flows on the network and the configuration of each link bandwidth ratio before further deploying the fog server.
6 is a flowchart showing a process for fog server placement and further placement

이하, 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a fog server arrangement method based on a host location and a traffic pattern in a fog computing environment according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the fog server placement method based on the host location and traffic pattern in the fog computing environment according to the present invention will be apparent from the detailed description of each embodiment below.

도 1은 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경 구성도이고, 도 2는 데이터 트래픽의 방향(Src, Dst), 사용 대역폭(

Figure pat00004
) 등의 정보를 담고 있는 로지컬 플로우 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a fog computing environment according to the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a direction (Src, Dst)
Figure pat00004
), And the like.

본 발명은 실제 네트워크 토폴로지 상의 네트워크 트래픽을 표현하는 로지컬 플로우를 생성하여 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구하여 어떤 위치에 포그 서버를 배치하는 것이 좋을지 순위를 정하여 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 포그 서버 배치를 하는 것이다.The present invention generates a logical flow expressing network traffic on an actual network topology to obtain a current bandwidth usage of a link between the fog device and the core network to rank a fog server in which position it should be placed, The fog server deployment is based on traffic patterns.

본 발명은 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서(Rank)를 정하고 순서(Rank)를 기준으로 첫 번째 포그 서버를 배치하고, 순서(Rank)를 다시 정한 뒤 추가로 포그 서버를 배치할 것인가에 대한 여부를 판단하여 컴퓨팅 리소스 낭비를 줄이고 네트워크 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.In the present invention, the order of a candidate fog device to which a fog server can be placed is determined, a first fog server is arranged on the basis of a rank, a rank is redefined, So that it is possible to reduce the waste of computing resources and improve the network efficiency.

컴퓨팅 리소스를 기반으로 포그 서버를 배치하는 알고리즘에서는 디바이스의 선호도 값(

Figure pat00005
)를 기준으로 하여 포그 서버를 배치한다.Algorithms that deploy fog servers based on computing resources require that the device's preference value (
Figure pat00005
) As a reference.

배치시 타겟 디바이스의 자원이 충분함을 나타내는 수학식 1을 만족하는 경우 포그 서버를 해당 디바이스에 배치하고 포그 서버가 해당 디바이스에 배치되었음(

Figure pat00006
)을 표시한다. 그리고 나서 디바이스의 자원 사용이 증가하였음(
Figure pat00007
++)을 표시하고. 그에 따라 선호도 값(
Figure pat00008
--)은 줄어들었다고 표시한다. When the arrangement satisfies Equation (1) indicating that the resources of the target device are sufficient, the fog server is placed in the corresponding device and the fog server is placed in the device
Figure pat00006
). Then the resource usage of the device increased (
Figure pat00007
++). Accordingly, the preference value (
Figure pat00008
-) indicates that it has shrunk.

Figure pat00009
Figure pat00009

이 방법에서는 포그 디바이스의 가용 컴퓨팅 리소스를 기준으로 포그 서버 배치 여부를 정한다.In this method, a fog server is determined based on the available computing resources of the fog device.

그러나 단순히 컴퓨팅 리소스를 기준으로 배치하는 방식은 네트워크상에 발생하는 트래픽을 반영하지 않아 병목현상 등이 발생할 경우 서비스 응답 지연 등의 문제가 발생할 수 있다.However, the method of simply deploying based on a computing resource does not reflect the traffic generated on the network, so that a bottleneck phenomenon may cause problems such as delay in service response.

이런 문제를 해결하기 위해서는 모든 포그 디바이스에 포그 서버를 두는 것이 가장 이상적일 것이다.To solve this problem, it would be ideal to have a fog server on all fog devices.

하지만, 모든 곳에 포그 서버를 배치할 경우 컴퓨팅 리소스 낭비가 심하다. However, placing fog servers everywhere is a waste of computing resources.

따라서, 본 발명에서는 네트워크상에서 발생하는 트래픽을 반영하여 낭비되는 컴퓨팅 리소스는 줄이면서 이상적인 배치 방법과 유사한 성능을 보이는 포그 서버 배치 방법을 구현한다.Accordingly, the present invention implements a fog server arrangement method that shows performance similar to an ideal placement method while reducing wasting computing resources by reflecting traffic generated on a network.

도 1은 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 환경 구성을 나타낸 것으로, 중간의 스위치가 되어 클라우드의 서비스를 엣지에서 처리하는 포그 디바이스(300)와, 포그 서버에 서비스를 요청하는 클라이언트(100)와, 서비스 처리에 필요한 데이터를 가지고 있는 데이터소스(200)를 포함하고, 포그 디바이스(300)와 코어 네트워크(Core Network) 사이 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서를 정하는 것이다.FIG. 1 illustrates a configuration of a fog computing environment according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, there is shown a foggy computing environment in which a fog device 300 for processing services of the cloud at an edge as an intermediate switch, a client 100 for requesting a service to a fog server, And the order of the candidate fog devices in which the fog server can be arranged based on the link bandwidth usage between the fog device 300 and the core network .

본 발명은 도 1에서와 같이 포그 컴퓨팅 환경을 구성해 클라이언트와 데이터소스 위치에 따라 달라지는 트래픽 패턴을 이용하는 포그 서버 배치 방법으로, 실제 토폴로지 상에서 발생하는 네트워크 트래픽에서 유의미한 정보를 선택하여 로지컬 플로우로 나타낸다.As shown in FIG. 1, the present invention provides a fog server arrangement method that configures a fog computing environment and uses traffic patterns that vary depending on a location of a client and a data source, and selects meaningful information from network traffic generated on an actual topology as a logical flow.

이는 클라이언트와 데이터 소스를 연결하는 직선으로서 표현하며 서버에서 처리되기 전/후 대역폭 사용량, 출발지/목적지, 처리를 위해 필요한 컴퓨팅 리소스에 대한 정보를 담는다.It is expressed as a straight line connecting the client and the data source and contains information about the bandwidth usage before and after processing by the server, the source / destination, and the computing resources required for processing.

즉, 본 발명은 포그 컴퓨팅 환경에서 네트워크 상의 트래픽 패턴을 기반으로 효율적으로 포그 서버를 배치하기 위하여 현재 네트워크상의 데이터 트래픽을 도 2에서와 같이 로지컬 플로우(f)를 나타낸다.That is, the present invention represents a logical flow ( f ) of data traffic on a current network in order to efficiently deploy a fog server based on a traffic pattern on a network in a fog computing environment, as shown in FIG.

로지컬 플로우는 데이터 소스에서 클라이언트로 향하는 직선으로 나타내며 방향(Src, Dst), 서버를 거치기 전/후 대역폭 사용량(

Figure pat00010
), 처리 위해 필요한 컴퓨팅 리소스 크기 정보를 담고 있다.The logical flow is represented by a straight line from the data source to the client and is expressed as direction (Src, Dst), bandwidth usage before / after server
Figure pat00010
), And computing resource size information required for processing.

이후 생성된 로지컬 플로우를 활용하여 포그 서버가 배치될 포그 디바이스의 우선순위를 매기고 선택된 포그 디바이스에 포그 서버를 배치한다. 또한, 포그 서버를 추가로 배치하는 방법에 대해서도 함께 고려한다.Then, the generated logical flow is used to prioritize the fog device to which the fog server is to be placed and to place the fog server in the selected fog device. We also consider how to deploy additional fog servers.

먼저, 로지컬 플로우 생성에 관하여 설명하면 다음과 같다.First, the logical flow generation will be described as follows.

실제 네트워크 토폴로지 상의 네트워크 트래픽은 여러 개의 로지컬 플로우로 표현이 된다. 이를 이용하면 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크의 현재 대역폭 사용량을 구할 수 있다.Network traffic on a real network topology is represented by several logical flows. This can be used to determine the current bandwidth usage of the link between the fog device and the core network.

이후 대역폭 사용량을 이용하여 어떤 위치에 포그 서버를 배치하는 것이 좋을지 순위를 매기게 된다.The bandwidth usage is then used to rank in which locations fog servers should be deployed.

로지컬 플로우에 따른 도 3은 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크(

Figure pat00011
)의 현재 대역폭 사용량을 비율로 나타낸 예이다.Figure 3 according to the logical flow shows the link between the fog device and the core network
Figure pat00011
) Is the ratio of the current bandwidth usage.

그리고 포그 서버 배치를 위한 포그 디바이스 순위 결정에 관하여 설명하면 다음과 같다.The fog device ranking for fog server placement will be described as follows.

여기서는 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서를 정한다.Here, the order of the candidate fog devices in which the fog server can be placed is determined based on the link bandwidth usage between the fog device and the core network.

플로우가 서버를 지나가는지 여부에 따라서 더해지는 대상이 조금씩 달라진다.Depending on whether or not the flow passes through the server, the objects to be added are slightly different.

도 4는 본 발명에 따른 포그 서버 배치 후보 포그 디바이스의 순위를 나타내는 우선순위(Rank) 도출 과정을 나타낸 플로우 차트이다.4 is a flowchart illustrating a process of deriving a rank indicating a ranking of a fog device candidate fog device according to the present invention.

플로우의 방향 Src와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재할 경우는(S401) 수학식 2에서와 같이 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구한다.(S411)If there is a fog server on the fog device adjacent to the flow direction Src (S401), the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained as in Equation (2) (S411)

Figure pat00012
Figure pat00012

그리고 플로우의 방향 Dst와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재할 경우는(S402) 수학식 3에서와 같이 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구한다.(S412)If there is a fog server on the fog device adjacent to the flow direction Dst (S402), the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained as in Equation (3) (S412)

Figure pat00013
Figure pat00013

그리고 플로우의 방향 Src와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재하는 경우와 플로우의 방향 Dst와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재하는 경우를 제외한 경우는(S403) 수학식 4에서와 같이 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구한다.(S413)In the case where the fog server exists on the fog device adjacent to the flow direction Src and the case where the fog server exists on the fog device adjacent to the flow direction Dst is excluded (S403) The link bandwidth usage between the core networks is calculated (S413)

Figure pat00014
Figure pat00014

그리고 포그 서버가 1개 이상 배치된 경우에는 수학식 5에서와 같이 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구한다.(S414)If one or more fog servers are arranged, the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained as shown in Equation (5) (S414)

Figure pat00015
Figure pat00015

위의 과정은 각 Fog Device

Figure pat00016
과 Core Network 사이의 링크
Figure pat00017
의 대역폭 사용량을 구하기 위한 단계이다.In the above procedure, each Fog Device
Figure pat00016
And Core Network
Figure pat00017
Is the step for obtaining the bandwidth usage of the network.

여기서 구해진 각

Figure pat00018
별 대역폭 사용량을 기준으로
Figure pat00019
의 Rank를 정한다.Here,
Figure pat00018
Based on Star Bandwidth Usage
Figure pat00019
Of the total.

본 발명에서는 구한 Rank를 바탕으로 Fog Server를 배치할 때, Fog Device 와 인접한 Client가 존재하지 않을 경우(

Figure pat00020
)에는 해당 Fog Device를 Rank에서 제외한다.In the present invention, when the Fog Server is arranged based on the obtained Rank, when there is no Client adjacent to the Fog Device
Figure pat00020
), The corresponding Fog Device is excluded from the Rank.

또한, 해당 Fog Device

Figure pat00021
에 이미 Fog Server가 배치되었을 경우에도 Rank에서 제외한다.Also, the corresponding Fog Device
Figure pat00021
Even if Fog Server is already deployed in the Rank.

그리고 포그 서버 배치 방법을 설명하면 다음과 같다.The fog server arrangement method will be described as follows.

도 5는 포그 서버를 추가 배치하기 전 네트워크상의 모든 플로우 모습과 각 링크 대역폭 비율을 나타낸 구성도이고, 도 6은 포그 서버 배치 및 추가 배치를 위한 과정을 나타낸 플로우 차트이다.FIG. 5 is a block diagram showing all flow views and respective link bandwidth ratios on a network before further placement of a fog server, and FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for fog server placement and additional placement.

앞의 과정에서 포그 서버가 놓일 후보 포그 디바이스의 순위를 정하였다면, 정해진 Rank 값을 받아와(S601) 지금 단계에서는 실제 포그 서버를 포그 디바이스에 배치하는 것이다.If the candidate fog device is determined to be placed in the previous step, the determined rank value is received (S601) and the actual fog server is placed in the fog device at this stage.

정해진 Rank를 기준으로 첫 번째 포그 서버를 배치할 때에는 Rank[0]의 컴퓨팅 리소스가 충분하다면 Rank[0]에 해당하는 포그 디바이스에 포그 서버를 배치한다.When placing the first fog server based on a predetermined rank, if the computing resources of Rank [0] are sufficient, the fog server is placed in the fog device corresponding to Rank [0].

이후 Rank를 다시 정한 뒤 추가로 포그 서버를 배치할 것인가에 대한 여부를 판단하게 된다.After determining the rank again, it is judged whether or not to further deploy the fog server.

포그 서버의 추가 배치는 수학식 6을 만족하는 경우에 진행된다.The additional placement of the fog server proceeds if Equation (6) is satisfied.

Figure pat00022
Figure pat00022

여기서

Figure pat00023
는 Fog Device
Figure pat00024
와 Core Network 사이를 연결하는 링크(
Figure pat00025
)의 현재 대역폭 사용량이다. 따라서
Figure pat00026
는 현재 토폴로지 상 flow의 전체 대역폭 사용량을 뜻한다.here
Figure pat00023
Fog Device
Figure pat00024
And the Core Network (
Figure pat00025
) Is the current bandwidth usage. therefore
Figure pat00026
Refers to the total bandwidth usage of the flow in the current topology.

Figure pat00027
은 포그 서버가 배치된 포그 디바이스의 수를 뜻하며
Figure pat00028
이 커질수록 전체 컴퓨팅 리소스 사용량이 증가한다.
Figure pat00029
은 Fog Server의 추가 배치에 따라 컴퓨팅 리소스 사용량이 증가한 비율만큼은 이론적으로 Core Network의 트래픽이 줄어야 함을 뜻한다(
Figure pat00030
= 1/2, 1/3, 1/4 ... ).
Figure pat00027
Means the number of fog devices in which the fog server is located
Figure pat00028
The greater the overall computing resource usage.
Figure pat00029
Means that as the amount of computing resource usage increases theoretically, the traffic of the Core Network should decrease as the Fog Server is further deployed
Figure pat00030
= 1/2, 1/3, 1/4 ...).

Figure pat00031
은 Fog Device에 Fog Server가 배치될 경우 Fog Device가 있는 local 영역에서 처리되는 트래픽을 나타낸다.
Figure pat00031
Shows the traffic processed in the local area where the Fog Device is located when the Fog Server is placed in the Fog Device.

정리하자면 수학식 6은 Fog Server가 추가 배치되었을 경우, Core Network에서 발생하는 트래픽 대비 local에서 발생하는 트래픽 비율이

Figure pat00032
보다 클 경우 Fog Server를 추가 배치함을 뜻한다. In summary, Equation (6) shows that when the Fog Server is additionally deployed, the traffic rate in the local network
Figure pat00032
If it is bigger, it means to deploy Fog Server.

그 예로

Figure pat00033
Figure pat00034
가 모두 1이라고 가정했을 때, 도 5에서는 Fog Server가 1개가 이미 배치되어 있을 경우 현재 네트워크상의 대역폭 사용량 합(8)과 추가로 Fog Server가 배치되었을 경우 Fog Device로 분산될
Figure pat00035
(3 * 2 = 6, [Fog Device 4의 client 수] * [링크를 지나는 횟수])을 비교해볼 수 있다(client가 아닌 data Source가 local에 존재할 경우, [해당 Fog Device의 data Source 수] * [링크를 지나는 횟수]가 분산될 트래픽임). For example,
Figure pat00033
Wow
Figure pat00034
Is 1, in FIG. 5, if one Fog Server is already arranged, the sum of the bandwidth usage on the present network (8) and the Fog Device when the Fog Server is further deployed
Figure pat00035
(3 * 2 = 6, [Number of clients of Fog Device 4] * [Number of times of passing link]) (If data source other than client is local, [The number of times the link passes] is the traffic to be distributed.

정리해보면

Figure pat00036
은 8이고
Figure pat00037
은 6이다.In sum,
Figure pat00036
Is 8
Figure pat00037
Is 6.

그리고 Fog Server가 추가 되었을 경우, 총 Fog Server의 수 N은 2이다. 따라서

Figure pat00038
이므로 추가 배치 요건을 만족한다.And if Fog Server is added, the total number of Fog Servers is 2. therefore
Figure pat00038
So that additional layout requirements are met.

이와 같은 과정은 포그 서버 배치 및 추가 배치를 위한 과정을 나타낸 도 6에서와 같다.This process is shown in FIG. 6, which shows a process for fog server placement and further placement.

이전의 Fog Device의 컴퓨팅 리소스를 기반으로 Fog Server를 배치하는 방법은 네트워크 트래픽을 반영하지 않는 방법이다. 때문에 네트워크 상의 혼잡이 발생할 경우 그 것에 대한 대응을 하지 못하고 그에 따라 응답 시간이 굉장히 늘어나게 된다.The method of deploying the Fog Server based on the computing resources of the previous Fog Device does not reflect the network traffic. Therefore, if congestion occurs in the network, it can not respond to the congestion, and the response time increases accordingly.

본 발명은 네트워크 상에 발생하는 트래픽을 기반으로 Fog Server를 배치하는 경우 혼잡이 발생하더라도 해당 위치에 Fog Server가 배치되게 함으로써 Core Network 상에 발생하는 트래픽을 local 영역으로 분산시킬 수 있다. 그러므로 네트워크의 상황을 더욱 잘 반영할 수 있는 방법으로 컴퓨팅 리소스 낭비를 줄이고 네트워크 효율을 향상시키는 데에 적절하다.The present invention can distribute the traffic generated on the core network to the local area by arranging the Fog Server at the corresponding location even if the Fog Server is arranged based on the traffic generated on the network. Therefore, it is appropriate to reduce waste of computing resources and improve network efficiency as a way to better reflect the situation of the network.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.

100. 클라이언트 200. 데이터 소스
300. 포그 디바이스 400. 코어 네트워크
100. Client 200. Data Source
300. Fog device 400. Core network

Claims (9)

데이터 소스에서 클라이언트로 향하는 직선으로 나타내며 방향(Src, Dst), 서버를 거치기 전,후 대역폭 사용량(
Figure pat00039
), 처리 위해 필요한 컴퓨팅 리소스 크기 정보를 갖는 로지컬 플로우(f)를 생성하는 단계;
생성된 로지컬 플로우(f)를 이용하여 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크(
Figure pat00040
)의 현재 대역폭 사용량을 구하는 단계;
구해진 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 기준으로 하여 포그 서버가 배치될 수 있는 후보 포그 디바이스의 순서(Rank)를 정하는 단계;
구해진 순서(Rank)를 기준으로 포그 서버를 배치하고, 코어 네트워크에서 발생하는 트래픽과 로컬 영역에서 발생하는 트래픽 비율을 기준으로 추가로 포그 서버를 배치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
It is represented by a straight line from the data source to the client, and indicates the direction (Src, Dst), before and after the server,
Figure pat00039
), Generating a logical flow ( f ) with computing resource size information required for processing;
Using the generated logical flow ( f ), the link between the fog device and the core network
Figure pat00040
Obtaining a current bandwidth usage of the mobile terminal;
Determining a rank of a candidate foggy device to which the fog server can be placed based on the link bandwidth usage between the obtained fog device and the core network;
Disposing a fog server based on the obtained rank, and disposing a fog server additionally on the basis of the traffic generated in the core network and the traffic ratio occurring in the local area. A method of deploying fog servers based on host location and traffic patterns.
제 1 항에 있어서, 현재 대역폭 사용량을 구하는 단계에서,
로지컬 플로우의 방향 Src와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재할 경우는
Figure pat00041
으로 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
2. The method of claim 1, wherein in obtaining the current bandwidth usage,
If there is a fog server on the fog device adjacent to the direction Src of the logical flow
Figure pat00041
Wherein the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained by using the host location and traffic pattern in the fog computing environment.
제 1 항에 있어서, 현재 대역폭 사용량을 구하는 단계에서,
로지컬 플로우의 방향 Dst와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재할 경우는
Figure pat00042
으로 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
2. The method of claim 1, wherein in obtaining the current bandwidth usage,
If there is a fog server on the fog device adjacent to the direction Dst of the logical flow
Figure pat00042
Wherein the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained by using the host location and traffic pattern in the fog computing environment.
제 1 항에 있어서, 현재 대역폭 사용량을 구하는 단계에서,
로지컬 플로우의 방향 Src와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재하는 경우와 플로우의 방향 Dst와 인접한 포그 디바이스 상에 포그 서버가 존재하는 경우를 제외한 경우는
Figure pat00043
으로 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
2. The method of claim 1, wherein in obtaining the current bandwidth usage,
Except for the case where the fog server exists on the fog device adjacent to the direction Src of the logical flow and the case where the fog server exists on the fog device adjacent to the flow direction Dst
Figure pat00043
Wherein the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained by using the host location and traffic pattern in the fog computing environment.
제 1 항에 있어서, 현재 대역폭 사용량을 구하는 단계에서,
포그 서버가 1개 이상 배치된 경우에는
Figure pat00044
으로 포그 디바이스와 코어 네트워크 사이 링크 대역폭 사용량을 구하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
2. The method of claim 1, wherein in obtaining the current bandwidth usage,
If more than one fog server is deployed
Figure pat00044
Wherein the link bandwidth usage between the fog device and the core network is obtained by using the host location and traffic pattern in the fog computing environment.
제 1 항에 있어서, 구해진 순서(Rank)를 기준으로 포그 서버를 배치하는 고정에서,
포그 디바이스와 인접한 클라이언트가 존재하지 않는 경우에는 해당 포그 디바이스를 순서(Rank)에서 제외시키고,
해당 포그 디바이스에 이니 포그 서버가 배치된 경우에는 해당 포그 디바이스를 순서(Rank)에서 제외시키는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
The method according to claim 1, wherein, in the fixing in which the fog server is arranged based on the obtained rank,
If there is no client adjacent to the fog device, the fog device is excluded from the order,
And if the in-fog server is disposed in the fog device, the fog device is excluded from the order. The fog server arrangement method based on the host location and the traffic pattern in the fog computing environment.
제 1 항에 있어서, 구해진 순서(Rank)를 기준으로 포그 서버를 배치하는 과정에서,
Rank[0]의 컴퓨팅 리소스가 충분하다면 Rank[0]에 해당하는 포그 디바이스에 포그 서버를 배치하고, 이후 순서(Rank)를 다시 정한 뒤 추가로 포그 서버를 배치할 것인가에 대한 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
The method according to claim 1, wherein, in the process of arranging the fog server on the basis of the obtained rank,
If the computing resources of Rank [0] are sufficient, a fog server is arranged in the fog device corresponding to Rank [0], and it is determined whether or not the fog server is to be further arranged after the order is set again A fog server deployment method based on host location and traffic pattern in a fog computing environment.
제 7 항에 있어서, 포그 서버의 추가 배치는
Figure pat00045
을 만족하는 경우에 진행하고,
여기서
Figure pat00046
는 포그 디바이스
Figure pat00047
와 코어 네트워크 사이를 연결하는 링크(
Figure pat00048
)의 현재 대역폭 사용량이고,
Figure pat00049
는 현재 토폴로지상 플로우의 전체 대역폭 사용량,
Figure pat00050
은 포그 서버가 배치된 포그 디바이스의 수인 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
8. The method of claim 7, wherein the further placement of the fog server
Figure pat00045
Is satisfied,
here
Figure pat00046
Lt; RTI ID = 0.0 &
Figure pat00047
And the link between the core network (
Figure pat00048
), ≪ / RTI >
Figure pat00049
Is the total bandwidth usage of the current topology flow,
Figure pat00050
Wherein the number of fog servers is a number of fog devices in which the fog server is located.
제 8 항에 있어서, 포그 서버가 추가 배치되는 경우에 코어 네트워크에서 발생하는 트래픽 대비 로컬 영역에서 발생하는 트래픽 비율이
Figure pat00051
보다 큰 경우에 포그 서버를 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 포그 컴퓨팅 환경에서 호스트 위치 및 트래픽 패턴을 기반으로 한 포그 서버 배치 방법.
9. The method of claim 8, wherein when the fog server is additionally disposed,
Figure pat00051
Wherein the fog server is further configured to allocate a fog server based on the host location and the traffic pattern in the fog computing environment.
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