KR20240016572A - Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments - Google Patents

Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments Download PDF

Info

Publication number
KR20240016572A
KR20240016572A KR1020220094521A KR20220094521A KR20240016572A KR 20240016572 A KR20240016572 A KR 20240016572A KR 1020220094521 A KR1020220094521 A KR 1020220094521A KR 20220094521 A KR20220094521 A KR 20220094521A KR 20240016572 A KR20240016572 A KR 20240016572A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
service
edge server
cloud
collaboration
context
Prior art date
Application number
KR1020220094521A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정광수
김민선
박진호
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020220094521A priority Critical patent/KR20240016572A/en
Publication of KR20240016572A publication Critical patent/KR20240016572A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/2866Architectures; Arrangements
    • H04L67/289Intermediate processing functionally located close to the data consumer application, e.g. in same machine, in same home or in same sub-network
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00Machine learning
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/50Network service management, e.g. ensuring proper service fulfilment according to agreements
    • H04L41/5003Managing SLA; Interaction between SLA and QoS
    • H04L41/5019Ensuring fulfilment of SLA
    • H04L41/5022Ensuring fulfilment of SLA by giving priorities, e.g. assigning classes of service
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01Protocols
    • H04L67/10Protocols in which an application is distributed across nodes in the network

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Information Transfer Between Computers (AREA)

Abstract

지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 시스템은 하나 이상의 단말; 지능형 영상 보안 환경에서, 상기 단말로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 수신받고, 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 다수의 엣지 서버; 및 각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 강화학습 에이전트와 연동된 클라우드를 포함한다. A cloud-multiple edge server collaboration system and method based on service classification in an intelligent video security environment is disclosed. The system includes one or more terminals; In an intelligent video security environment, the context of the service generated from the terminal and the context information of the computing node are received through a wired or wireless communication network, and the threshold value for service classification, service classification, service transmission, and service are performed through each module. Multiple edge servers processing; and a cloud linked to a reinforcement learning agent that determines a collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node and ensures that the determined collaboration target is serviced.

Description

지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 및 방법{Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments}Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments}

본 발명은 지능형 영상 보안을 위해 주기적으로 공유되는 서비스 및 엣지 서버 관련 컨텍스트 기반 서비스 분류에 따라 강화학습 에이전트(agent)에 연결된 클라우드-다중 엣지 서버간 협업을 수행하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for performing collaboration between a cloud and multiple edge servers connected to a reinforcement learning agent according to periodically shared services and edge server-related context-based service classification for intelligent video security.

협업 시스템의 구조는 강화학습 에이전트(agent)에 연결된 클라우드와 다수의 엣지 서버와 단말들로 구성된다. 엣지 서버는 연결된 단말로부터 수신한 서비스와 엣지 서버의 서비스의 컨텍스트, 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 추출하여 서비스 분류를 한다. 서비스의 컨텍스트는 서비스의 크기와 deadline을 포함한다. 컴퓨팅 노드는 클라우드 또는 엣지 서버를 포함한다. 클라우드 또는 엣지 서버를 포함하는 컴퓨팅 노드의 컨텍스트는 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량), 컴퓨팅 노드간 가용 대역폭, 그리고 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 포함한다. 클라우드는 분류된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드들의 컨텍스트를 이용하여 강화 학습(reinforcement) 기반으로 협업 대상(엣지 서버)을 선택한다. 협업 대상으로 선택되는 컴퓨팅 노드는 다른 컴퓨팅 노드와 비교하여 서비스의 실패를 낮추며, 서비스의 처리 시간을 단축한다.The structure of the collaboration system consists of a cloud connected to a reinforcement learning agent and a number of edge servers and terminals. The edge server classifies the service by extracting the service received from the connected terminal, the context of the edge server's service, and the context of the computing node. The context of the service includes the size and deadline of the service. Computing nodes include cloud or edge servers. The context of a computing node, including a cloud or edge server, includes the computing resources of the computing node (CPU occupancy rate, RAM occupancy rate, storage usage amount), available bandwidth between computing nodes, and the number of services stored in the buffer of the computing node. The cloud selects a collaboration target (edge server) based on reinforcement learning using the context of classified services and the context of computing nodes. Computing nodes selected for collaboration reduce service failure and shorten service processing time compared to other computing nodes.

클라우드 컴퓨팅(Cloud computing)은 서버의 중앙 집중식으로 클라이언트/서버 방식으로 트랜잭션 데이터를 처리하며, 이와 달리, 엣지 컴퓨팅(Edge computing)은 클라우드 컴퓨팅과 대조적 개념의 컴퓨팅 방식으로, 클라우드 컴퓨팅이나 중앙 집중식이 아닌 네트워크 종단(Edge)에서 컴퓨팅이 이루어진다. 엣지 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅이나 중앙 집중식으로 대용량 데이터의 부하(load)가 집중되는 중앙 서버에서 데이터를 처리하지 않고, 도 1에 도시된 바와 같이 모바일 기기와 IoT 디바이스 자체 또는 물리적으로 근거리 위치한 엣지 서버(edge server)를 사용하여 데이터 분석과 기기 동작이 이루어진다. Cloud computing is centralized on servers and processes transaction data in a client/server manner. In contrast, edge computing is a computing method that is in contrast to cloud computing and is not cloud computing or centralized. Computing takes place at the edge of the network. Edge computing does not process data in cloud computing or in a centralized server where the load of large amounts of data is concentrated, but instead processes data on mobile devices and IoT devices themselves or on edge servers located physically nearby, as shown in Figure 1. Data analysis and device operation are performed using a server).

도 1은 지능형 엣지 컴퓨팅 개념도이다. Figure 1 is a conceptual diagram of intelligent edge computing.

클라우딩 컴퓨팅이 중앙 집중식으로 데이터를 처리해주는 것과는 반대로, 모바일 엣지 컴퓨팅(Mobile Edge Computing, MEC) 기술은 분산된 엣지 서버를 통해 모바일 기기의 주변에서 개별로 데이터를 수집, 빅 데이터 분석, 처리한다. 최근, LTE 4G/5G 이동통신 기술, 드론, IoT 기술이 발전하면서, 인공지능과 기계학습(Machine Learning, ML)을 사용한 빅 데이터 분석을 사용하는 지능형 Edge 컴퓨팅 기술로 발전하고 있다. In contrast to cloud computing, which centrally processes data, Mobile Edge Computing (MEC) technology collects, analyzes and processes big data individually from around mobile devices through distributed edge servers. Recently, as LTE 4G/5G mobile communication technology, drones, and IoT technology have developed, it is developing into an intelligent edge computing technology that uses big data analysis using artificial intelligence and machine learning (ML).

예를 들면, CCTV 지능형 영상 처리는 중앙 서버에 저장되는 대용량 영상 데이터의 과부하와 대용량 영상 데이터 처리를 위해 지역별로 분산된 다수의 엣지 서버를 사용한 지능형 엣지 컴퓨팅 기술이 필요하다. For example, CCTV intelligent video processing requires intelligent edge computing technology using multiple edge servers distributed by region to handle the overload of large-capacity video data stored in the central server and large-capacity video data processing.

이와 관련된 선행기술1로써, 특허등록번호 10-2110592에서는 "IoT 컴퓨팅 환경에서의 클라우드와 엣지간의 분산 처리 시스템"이 등록되어 있다. As prior art 1 related to this, “Distributed processing system between cloud and edge in IoT computing environment” is registered in Patent Registration No. 10-2110592.

IoT 컴퓨팅 환경에서의 클라우드와 엣지간의 분산 처리 시스템은 The distributed processing system between the cloud and the edge in the IoT computing environment is

사물측에 연결되어 데이터를 수집하고 사물측으로 제어신호를 보내주는 다수의 엣지와, 각 엣지로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 엣지로 전달하는 클라우드를 포함하는, IoT 컴퓨팅 환경에서의 상기 클라우드 및 엣지간의 분산 처리 시스템으로서,The cloud and edge in the IoT computing environment, including a plurality of edges that are connected to the object side to collect data and send control signals to the object side, and a cloud that receives data from each edge, processes it, and delivers the processing results to the edge. As a distributed processing system between

상기 클라우드는, 상기 수집한 데이터의 처리를 위해 모델을 생성하는 모델 생성부, 상기 클라우드와 엣지 간의 분산처리를 위한 모델분배 규칙, 및 상기 모델 분배규칙에 따라 모델을 엣지로 분배하는 모델분배부를 포함하며,The cloud includes a model creation unit that creates a model for processing the collected data, a model distribution rule for distributed processing between the cloud and the edge, and a model distribution unit that distributes the model to the edge according to the model distribution rule. And

상기 모델 분배규칙은 각 엣지의 프로세싱 성능 및 메모리용량 중 적어도 하나에 따라 결정되고, 이 결정된 분배규칙에 따라 상기 클라우드로부터 각 엣지에 분배되는 모델의 종류와 수가 상이한 것을 특징으로 한다. The model distribution rule is determined according to at least one of the processing performance and memory capacity of each edge, and the type and number of models distributed from the cloud to each edge are different according to the determined distribution rule.

이와 관련된 선행기술2로써, 특허등록번호 10-2163280에서는 "엣지 컴퓨팅 기반 네트워크 모니터링 방법, 장치 및 시스템"이 등록되어 있다. As prior art 2 related to this, “Edge computing-based network monitoring method, device, and system” is registered in Patent Registration No. 10-2163280.

엣지 컴퓨팅 기반 네트워크 모니터링 방법, 장치 및 시스템은 제 1 엔티티 (entity) 와 제 2 엔티티, 상기 제 1 엔티티 및 제 2 엔티티 간에 구비되는 스위칭 장치를 포함하는 네트워크에 포함된, 제 2 엔티티가 제공된다. 제 2 엔티티는, 제 1 엔티티와 패킷을 송수신하기 위한 송수신부를 포함하고, 제 2 엔티티는, 프로세서를 구비하여 엣지 컴퓨팅 (Edge computing) 을 수행하거나, 프로세서를 구비하는 엣지 컴퓨팅 장치를 경유하여 상기 스위칭 장치에 연결되며, Edge computing-based network monitoring methods, devices, and systems are provided with a second entity included in a network including a first entity, a second entity, and a switching device provided between the first and second entities. The second entity includes a transmitter and receiver for transmitting and receiving packets to and from the first entity, and the second entity has a processor and performs edge computing, or performs the switching via an edge computing device that has a processor. connected to the device,

프로세서는, 제 2 엔티티로 수신되거나 제 2 엔티티에서 송신되는 적어도 하나의 패킷들에 포함된 정보들 중 적어도 일부를 기반으로 제 1 엔티티와 제 2 엔티티와 연관된 네트워크에 대한 보안 문제 발생 여부를 결정하도록 구성된다.The processor is configured to determine whether a security issue exists with respect to the network associated with the first entity and the second entity based on at least some of the information contained in at least one packet received to or transmitted from the second entity. It is composed.

상기 패킷 정보를 기반으로 보안 문제 발생 여부를 결정하는 것은,Determining whether a security problem occurs based on the packet information is

미리 결정한 제 1 소스 IP 로부터 제 1 목적지 IP 까지의 구간의 접속의 수가 미리 결정한 임계값 이상이라는 결정, 미리 결정한 제 1 URL에 대한 요청이 미리 결정한 임계값 이상이라는 결정, 미리 결정한 제 1 서버의 BPS(Bit Per Second) 가 미리 결정한 임계값 이상이라는 결정, 미리 결정한 제 2 소스 IP로부터의 PPS(Packet Per Second)가 미리 결정한 임계값 이상이라는 결정, 미리 결정한 제 3 소스 IP 로부터의 동기신호(SYN) 패킷의 수가 미리 결정한 임계값 이상이라는 결정, 및 미리 결정한 제 4 소스 IP가 미리 결정한 임계값 이상의 개수의 서버 IP로 동시에 접속을 시도한다는 결정 중 적어도 하나를 기반으로 상기 네트워크에 보안 문제가 발생하였다고 결정한다. Determining that the number of connections in the section from the predetermined first source IP to the first destination IP is greater than or equal to a predetermined threshold, determining that the request for the predetermined first URL is greater than or equal to the predetermined threshold, and BPS of the predetermined first server. A determination that (Bit Per Second) is more than a predetermined threshold, a determination that PPS (Packet Per Second) from a predetermined second source IP is more than a predetermined threshold, a synchronization signal (SYN) from a predetermined third source IP. Determining that a security problem has occurred in the network based on at least one of a determination that the number of packets is greater than a predetermined threshold, and a determination that a predetermined fourth source IP simultaneously attempts to connect to a number of server IPs greater than the predetermined threshold. do.

이와 관련된 선행기술3로써, 특허 등록번호 10-2304477에서는 "지능형 영상 보안을 위한 적응적 컨텍스트 공유 및 엣지 서버간 자율협업 시스템"이 등록되어 있다. As prior art 3 related to this, “Adaptive context sharing and autonomous collaboration system between edge servers for intelligent video security” is registered in Patent Registration No. 10-2304477.

지능형 영상 보안을 위한 적응적 컨텍스트 공유 및 엣지 서버간 자율협업 시스템은, 유무선 통신부를 구비한 단말; 연결된 단말과 엣지 서버의 컨텍스트를 실시간으로 추출 및 정형화하고 Master 엣지 서버로 적응적으로 컨텍스트를 공유하는 Worker 엣지 서버; 및 상기 Worker 엣지 서버로부터 공유된 컨텍스트(Context)를 취합 및 관리하고 단말 연결 제어를 통해 엣지 서버간 자율협업을 수행되도록 하는 Master 엣지 서버를 포함한다. The adaptive context sharing and autonomous collaboration system between edge servers for intelligent video security includes a terminal equipped with a wired and wireless communication unit; Worker edge server that extracts and formalizes the context of connected terminals and edge servers in real time and adaptively shares the context with the master edge server; And it includes a Master edge server that collects and manages context shared from the Worker edge servers and enables autonomous collaboration between edge servers through terminal connection control.

상기 적응적 컨텍스트 공유는 컨텍스트의 특성을 분류하고, 분류된 컨텍스트 특성을 기반으로 공유 시점을 결정하는 방식으로 수행되며, "컨텍스트를 적응적으로 공유"는 각 Worker 엣지 서버가 자신이 가지고 있는 또는 추출한 단말 및 엣지 서버 컨텍스트를 상기 Master 엣지 서버로 전송하는 과정이 컨텍스트를 공유한다는 의미이며, 상기 컨텍스트의 특성은 Worker 엣지 서버간 자율협업에서 자율협업이 필요한 엣지 서버와 자율협업을 수행할 엣지 서버를 결정할 때, 핵심적으로 고려해야 할 컨텍스트인지, 아니면 보조 역할을 하는 컨텍스트인지를 나타내는 특성이며, 상기 컨텍스트 특성은 자율협업형 연계에 직접적으로 관여하는 요소[컴퓨팅 리소스(CPU clock, CPU 점유율, RAM 점유율)]와 간접적으로 관여하는 요소[엣지 서버로 전송되는 비디오의 품질(비트율), 비디오 인코딩 방식, 단말의 GPS 위치 정보, 엣지 서버의 저장 공간 크기, 연결된 단말의 개수, 엣지 서버의 IP 주소]에 따라 분류된다. The adaptive context sharing is performed by classifying the characteristics of the context and determining the sharing time based on the classified context characteristics. “Adaptive sharing of the context” means that each Worker edge server uses the information it has or has extracted. The process of transmitting the terminal and edge server context to the Master edge server means sharing the context, and the characteristics of the context determine which edge server requires autonomous collaboration and which edge server will perform autonomous collaboration in autonomous collaboration between worker edge servers. This is a characteristic that indicates whether it is a context that needs to be considered core or a context that plays a supporting role. The context characteristics include factors directly involved in autonomous collaborative linkage [computing resources (CPU clock, CPU occupancy rate, RAM occupancy rate)] and It is classified according to indirectly involved factors [quality (bit rate) of the video transmitted to the edge server, video encoding method, GPS location information of the device, storage space size of the edge server, number of connected devices, and IP address of the edge server]. .

최근, 네트워크 처리 기술 및 스마트 단말의 발전에 따라 동시 연결된 단말의 수가 증가하고 다양한 형태의 서비스가 등장하면서 클라우드-다중 엣지 서버를 활용한 지능형 영상 보안 기술이 주목받고 있다. 기존 VMS(Video Management System) 기반의 영상 보안 기술의 경우 다수의 단말이 VMS와 같은 클라우드를 통해 모든 서비스를 전송하여 처리하기 때문에 클라우드의 리소스 부하와 지연에 의해 서비스 처리 효율성이 떨어지는 문제가 있었다. Recently, with the development of network processing technology and smart terminals, the number of simultaneously connected terminals increases and various types of services emerge, and intelligent video security technology using cloud-multiple edge servers is attracting attention. In the case of video security technology based on the existing VMS (Video Management System), many terminals transmit and process all services through a cloud such as a VMS, so there was a problem of reduced service processing efficiency due to the cloud's resource load and delay.

클라우드-엣지 서버를 활용한 지능형 영상 보안 기술은 클라우드 기반의 영상 처리 기술의 문제를 해결하기 위해 단말과 위치적으로 가까운 엣지 서버에서 클라우드의 부하를 줄여주기 위해 효율적인 처리가 가능한 서비스는 엣지 서버에서 처리하고 효율적인 처리가 불가능한 서비스는 클라우드에서 처리하며 협업을 수행한다. Intelligent video security technology using cloud-edge servers processes services that can be processed efficiently on edge servers to reduce the load on the cloud at edge servers that are geographically close to the terminal to solve problems with cloud-based video processing technology. Services that cannot be processed efficiently are processed in the cloud and collaboration is performed.

본 발명에서 제안하는 지능형 영상보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템을 통해 다수의 엣지 서버 및 단말이 존재하는 환경에서 서비스의 실패 최소화를 위해 서비스를 분류하고, 분류한 서비스의 최소 처리 시간을 보장하기 위해 강화학습 기반으로 협업 대상 결정을 수행함으로써 지능형 영상 보안 서비스 및 다양한 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 환경에서의 서비스 실시간성과 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.In the intelligent video security environment proposed by the present invention, services are classified to minimize service failure in an environment where multiple edge servers and terminals exist through a service classification-based cloud-multiple edge server collaboration system, and the classification of the classified services is provided. By determining collaboration targets based on reinforcement learning to ensure minimum processing time, it is expected to increase service real-time and efficiency in intelligent video security services and various cloud-multiple edge server collaboration system environments.

특허 등록번호 10-2110592 (등록일자 2020년 05월 07일), "IoT 컴퓨팅 환경에서의 클라우드와 엣지간의 분산 처리 방법 및 시스템", 전자부품연구원Patent registration number 10-2110592 (registration date May 7, 2020), "Distributed processing method and system between cloud and edge in IoT computing environment", Electronic Component Research Institute 특허 등록번호 10-2163280 (등록일자 2020년 09월 29일), "엣지 컴퓨팅 기반 네트워크 모니터링 방법, 장치 및 시스템", 주식회사 맥데이타Patent registration number 10-2163280 (registration date: September 29, 2020), “Edge computing-based network monitoring method, device, and system”, MacData Co., Ltd. 특허 등록번호 10-2304477 (등록일자 2021년 09월 14일), "지능형 영상 보안을 위한 적응적 컨텍스트 공유 및 엣지 서버간 자율협업 시스템", 광운대학교 산학협력단Patent registration number 10-2304477 (registration date September 14, 2021), “Adaptive context sharing and autonomous collaboration system between edge servers for intelligent video security”, Kwangwoon University Industry-Academic Cooperation Foundation

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 지능형 영상 보안을 위해 주기적으로 공유되는 서비스 및 엣지 서버 관련 컨텍스트 기반 서비스 분류에 따라 강화학습 에이전트(agent)에 연결된 클라우드-다중 엣지 서버간 협업을 수행하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템을 제공한다. The purpose of the present invention to solve the above problems is to perform collaboration between the cloud and multiple edge servers connected to a reinforcement learning agent according to periodically shared services for intelligent video security and context-based service classification related to the edge server. It provides a collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification in an intelligent video security environment.

본 발명의 다른 목적은 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a service classification-based cloud-multiple edge server collaboration method in an intelligent video security environment.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템은 하나 이상의 단말; 지능형 영상 보안 환경에서, 상기 단말로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 수신받고, 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 다수의 엣지 서버; 및 각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 강화학습 에이전트와 연동된 클라우드를 포함한다. In order to achieve the purpose of the present invention, a service classification-based cloud-multiple edge server collaboration system in an intelligent video security environment includes one or more terminals; In an intelligent video security environment, the context of the service generated from the terminal and the context information of the computing node are received through a wired or wireless communication network, and the threshold value for service classification, service classification, service transmission, and service are performed through each module. Multiple edge servers processing; and a cloud linked to a reinforcement learning agent that determines a collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node and ensures that the determined collaboration target is serviced.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법은, (a) 지능형 영상 보안 환경에서, 하나 이상의 단말로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 엣지 서버로 수신받고, 상기 엣지 서버의 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 단계; 및 (b) 상기 다수의 엣지 서버와 연동된 클라우드를 통해 연결된 강화학습 에이전트에 의해 각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 단계를 포함한다.In order to achieve another object of the present invention, a service classification-based cloud-multiple edge server collaboration method in an intelligent video security environment includes: (a) In an intelligent video security environment, the context of a service generated from one or more terminals and the computing node Receiving context information to an edge server through a wired or wireless communication network, calculating a threshold for service classification, classifying the service, transmitting the service, and processing the service through each module of the edge server; and (b) determining a collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node by a reinforcement learning agent connected through the cloud linked to the plurality of edge servers, so that the determined collaboration target is serviced. It includes steps to:

본 발명의 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 및 방법은 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템을 통해 서비스의 실패율을 낮추기 위해 엣지 서버가 임계값 기반으로 서비스를 분류하고, 분류한 서비스를 기반으로 서비스의 처리 시간을 최소화하기 위해 강화학습 에이전트에 의해 협업 대상 엣지 서버를 선택함으로써 서비스의 실패율 및 처리 시간을 최소화할 수 있다. 협업 대상 dpt지 서버와 단말과의 서비스의 실패율 및 처리 시간을 최소화하여 지능형 영상 보안 서비스의 실시간성을 증대시키고, 서비스를 효율성을 높일 수 있다.The cloud-multiple edge server collaboration system and method based on service classification in an intelligent video security environment of the present invention is a service classification-based cloud-multiple edge server collaboration system in an intelligent video security environment to lower the service failure rate of the edge server. The failure rate and processing time of the service can be minimized by classifying the service based on a threshold and selecting an edge server for collaboration by a reinforcement learning agent to minimize the processing time of the service based on the classified service. By minimizing the failure rate and processing time of services between collaboration target dpt servers and terminals, real-time performance of intelligent video security services can be increased and service efficiency can be improved.

클라우드-엣지 서버를 활용한 지능형 영상 보안 기술은 클라우드 기반의 영상 처리 기술의 문제를 해결하기 위해 단말과 위치적으로 가까운 엣지 서버에서 클라우드의 부하를 줄여주기 위해, 효율적인 처리가 가능한 서비스는 엣지 서버에서 처리하고 효율적인 처리가 불가능한 서비스는 협업을 결정하는 강화학습 에이전트에 연동된 클라우드에서 처리하며 협업을 수행한다. Intelligent video security technology utilizing a cloud-edge server is designed to reduce the load on the cloud on an edge server that is geographically close to the terminal in order to solve the problems of cloud-based video processing technology. Services that can be processed efficiently are provided on the edge server. Services that cannot be processed efficiently are processed and collaborated in the cloud linked to a reinforcement learning agent that determines collaboration.

본 발명에서 제안하는 지능형 영상보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템은 강화학습 에이전트와 연결된 클라우드와 다수의 엣지 서버 및 단말들이 존재하는 자율 협업 엣지 컴퓨팅 환경에서, 엣지 서버가 서비스의 실패 최소화를 위해 서비스를 분류하고, 분류한 서비스의 최소 처리 시간을 보장하기 위해 강화학습 에이전트 기반으로 협업 대상 결정하여 단말 연결을 수행함으로써 지능형 영상 보안 서비스 및 다양한 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 환경에서의 서비스 실시간성과 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.The cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment proposed by the present invention is an autonomous collaborative edge computing environment in which there are a cloud connected to a reinforcement learning agent and multiple edge servers and terminals, and the edge server provides services. In order to minimize failures, services are classified, and collaboration targets are determined based on reinforcement learning agents to ensure the minimum processing time of classified services, and terminal connections are performed to create an intelligent video security service and a collaboration system environment between various clouds and multiple edge servers. It is expected that service real-time and efficiency can be improved.

본 시스템은 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 기반의 지능형 영상 보안 서비스, 스마트 시티를 위한 클라우드-엣지 서버간 자율협업 플랫폼, 서비스의 실시간성을 보장하는 클라우드-엣지 서버간 협업 플랫폼, 자동화된 환경과 관제 센터간의 지휘 통제 시스템에 사용될 수 있다. This system provides an intelligent video security service based on autonomous collaboration between cloud and multiple edge servers, an autonomous collaboration platform between cloud and edge servers for smart cities, a collaboration platform between cloud and edge servers that guarantees real-time service, and an automated environment and It can be used in command and control systems between control centers.

도 1은 지능형 엣지 컴퓨팅 개념도이다.
도 2는 본 발명의 지능형 영상 보안 환경에서, 시스템 클러스터 구조 및 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 환경을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지능형 영상 보안 환경에서, 서비스 분류 기반 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템의 프레임워크를 나타낸다.
도 4는 엣지 서버에서 임계값을 계산하며, sigmoid 함수의 임계값 변화 그래프이다.
도 5는 서비스 분류에 따른 작업 전송의 예시 도면이다.
도 6은 클라우드에 연동된 강화학습 에이전트(agent)의 학습 구조를 나타낸다.
Figure 1 is a conceptual diagram of intelligent edge computing.
Figure 2 is a configuration diagram showing an autonomous collaboration environment between cloud and multiple edge servers based on system cluster structure and service classification in the intelligent video security environment of the present invention.
Figure 3 shows the framework of an autonomous collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification in an intelligent video security environment according to the present invention.
Figure 4 is a graph of the threshold change of the sigmoid function, where the edge server calculates the threshold.
Figure 5 is an example diagram of task transmission according to service classification.
Figure 6 shows the learning structure of a reinforcement learning agent linked to the cloud.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지의 기술 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면 번호는 동일한 구성을 표기할 때에 다른 도면에서 동일한 도면번호를 부여한다. The present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be implemented in various different forms by those skilled in the art. In the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the attached drawing numbers are assigned the same drawing numbers in other drawings when indicating the same configuration.

본 연구개발을 통한 특정한 실시 형태에 대해 한정하지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is not limited to specific embodiments through this research and development, and should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

도 2는 본 발명의 지능형 영상 보안 환경에서, 시스템 클러스터 구조 및 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 환경을 나타낸 구성도이다. Figure 2 is a configuration diagram showing an autonomous collaboration environment between cloud and multiple edge servers based on system cluster structure and service classification in the intelligent video security environment of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 지능형 영상 보안 환경에서, 서비스 분류 기반 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템의 프레임워크를 나타낸다. Figure 3 shows the framework of an autonomous collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification in an intelligent video security environment according to the present invention.

지능형 영상 보안 환경(스마트폰 영상, CCTV 영상, 자동차의 블랙박스 영상, 드론의 카메라 영상)에서 컴퓨팅 리소스 예측 기반의 엣지 서버간 협업 시스템은 에이전트(agent)를 구비하는 클라우드와 다수의 엣지 서버, 및 다수의 단말들로 구성된다. 지능형 영상 보안을 위해 단말, 엣지 서버 및 컨텍스트를 주기적으로 공유하고 공유된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 이용하여 단말 연결 제어에 따른 컴퓨팅 리소스 예측 기반으로 엣지 서버간 자율협업을 수행하며, In an intelligent video security environment (smartphone video, CCTV video, car black box video, drone camera video), a collaboration system between edge servers based on computing resource prediction includes a cloud with an agent, multiple edge servers, and It consists of multiple terminals. For intelligent video security, terminals, edge servers, and context are periodically shared, and autonomous collaboration between edge servers is performed based on computing resource prediction based on terminal connection control using the context of shared services and the context of computing nodes.

자율협업형 연계에 관여하는 요소별로 컨텍스트를 분류하고, 분류된 컨텍스트 특성을 기반으로 부하 균형(load balancing)을 이루도록 전체적인 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 분산이 최소화되는 방향으로 임계치보다 컴퓨팅 리소스의 사용량이 적은 자율협업을 수행할 엣지 서버와 단말을 연결 제어를 결정하면, 클라우드에 연결된 강화학습 에이전트(agent)에 의해 협업이 결정된 해당 엣지 서버와 단말을 유무선 통신망을 통해 연결한다. 각 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량)의 부하가 발생하는 상황을 최소화하고 부하 균형(load balancing)을 제공하여 자율협업을 수행하여 실시간 영상 분석에 따라 지능형 영상 보안 서비스의 효율을 높일 수 있다. The context is classified by elements involved in autonomous collaborative linkage, and the overall edge server computing resource distribution is minimized to achieve load balancing based on the classified context characteristics, so that the usage of computing resources is less than the threshold. Once it is decided to control the connection between the edge server and the terminal to perform collaboration, the edge server and the terminal for which collaboration has been decided are connected through a wired or wireless communication network by a reinforcement learning agent connected to the cloud. Minimize the load on each edge server's computing resources (CPU occupancy, RAM occupancy, storage usage) and provide load balancing to perform autonomous collaboration to improve the efficiency of intelligent video security services based on real-time video analysis. can increase.

엣지 서버의 컴퓨팅 리소스는 CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량을 포함한다. 서비스 컨텍스트(서비스의 정보)는 서비스의 크기와 서비스 deadline을 포함한다. The edge server's computing resources include CPU occupancy rate, RAM occupancy rate, and storage usage amount. Service context (service information) includes the service size and service deadline.

서비스의 분류는 deadline이 만족되는 서비스와 deadline이 만족되지 않는 서비스로 분류를 의미한다. Classification of services means classifying them into services that meet the deadline and services that do not satisfy the deadline.

클라우드(100)에 연결된 강화학습 에이전트(agent)는 엣지 서버(200)로부터 협업이 필요한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 클라우드(100)로 전송받고, 이를 수신한 클라우드(100)에 연동된 강화학습 에이전트(agent)에 의해 협업 대상(협업이 결정된 엣지 서버)을 결정하고, 결정된 협업 대상에 서비스를 제공한다. The reinforcement learning agent connected to the cloud 100 receives the context of the service requiring collaboration and the context of the computing node from the edge server 200 to the cloud 100, and performs reinforcement linked to the cloud 100 that received it. The collaboration target (edge server for which collaboration has been decided) is determined by the learning agent, and services are provided to the determined collaboration target.

지능형 영상 보안 환경에서 컴퓨팅 리소스 예측 기반의 엣지 서버간 협업 시스템은 강화학습 에이전트와 연동되는 클라우드(100)와 다수의 엣지 서버(200), 그리고 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부(Ethernet, UTP 케이블, 광통신 케이블) 또는 무선 통신부(Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신부, LoRa RF 통신부, NB-IoT 통신부)가 구비된 단말들(300)로 구성된다. In an intelligent video security environment, a collaboration system between edge servers based on computing resource prediction consists of a cloud (100) linked to a reinforcement learning agent, a number of edge servers (200), a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit (Ethernet, UTP cable, optical communication). It consists of terminals 300 equipped with a cable) or wireless communication unit (Wi-Fi, LTE 4G/5G communication unit, LoRa RF communication unit, NB-IoT communication unit).

예를 들면, 상기 단말들(300)은 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부(Ethernet, UTP 케이블, 광통신 케이블) 또는 무선 통신부(Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신부, LoRa RF 통신부, NB-IoT 통신부 - CCTV 카메라)를 구비하는 스마트폰, 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부 또는 무선 통신부가 구비된 CCTV 카메라, 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 블랙박스가 장착된 자동차, 및 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 드론 중 어느 하나의 단말을 사용한다. For example, the terminals 300 include a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit (Ethernet, UTP cable, optical communication cable) or a wireless communication unit (Wi-Fi, LTE 4G/5G communication unit, LoRa RF communication unit, NB-IoT communication unit - A smartphone equipped with a CCTV camera, a CCTV camera equipped with a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit or a wireless communication unit, a car equipped with a black box equipped with a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit, and a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit. Use any one of the equipped drone terminals.

본 발명은 지능형 영상 보안을 위해 주기적으로 공유되는 서비스 및 엣지 서버 관련 컨텍스트 기반 서비스 분류에 따라 클라우드-다중 엣지 서버간 협업을 수행하는 시스템 및 방법을 제공한다.The present invention provides a system and method for performing collaboration between cloud and multiple edge servers according to periodically shared services and edge server-related context-based service classification for intelligent video security.

클라우드-다중 엣지 서버간 협업을 수행하는 시스템의 구조는 강화학습 에이전트(agent)와 연동된 클라우드(100)와 다수의 엣지 서버(200)와 단말들(300)로 구성된다. 컴퓨팅 노드는 클라우드(100) 또는 다수의 엣지 서버(200)를 포함한다. 엣지 서버는 연결된 하나 이상의 단말들로부터 수신한 서비스와 엣지 서버의 서비스 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트(context)를 추출하여 서비스 분류(deadline이 만족되는 서비스와, deadline이 만족되지 않는 서비스로 분류)를 한다. 서비스의 컨텍스트는 서비스의 크기와 deadline(서비스 시작 시간 from- 서비스 완료 시간 to)을 포함한다. 컴퓨팅 노드는 클라우드(100)와 다수의 엣지 서버(200)를 포함한다. 컴퓨팅 노드의 컨텍스트는 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량), 컴퓨팅 노드간 가용 대역폭, 그리고 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 포함한다. 클라우드(100)는 분류된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드들의 컨텍스트를 이용하여 강화 학습(reinforcement) 에이전트에 의해 협업 대상(엣지 서버)를 결정/선택한다. 협업 대상으로 선택되는 컴퓨팅 노드는 다른 컴퓨팅 노드와 비교하여 서비스의 실패를 낮추며 서비스의 처리 시간을 단축한다.The structure of a system that performs collaboration between clouds and multiple edge servers consists of a cloud 100 linked to a reinforcement learning agent, a plurality of edge servers 200, and terminals 300. The computing node includes a cloud 100 or a plurality of edge servers 200. The edge server extracts the services received from one or more connected terminals, the service context of the edge server, and the context of the computing node and classifies the service (classifies services into services that meet the deadline and services that do not satisfy the deadline). . The context of the service includes the size of the service and deadline (service start time to service completion time to). The computing node includes a cloud 100 and a plurality of edge servers 200. The context of a computing node includes the computing resources of the computing node (CPU occupancy rate, RAM occupancy rate, storage usage amount), available bandwidth between computing nodes, and the number of services stored in the computing node's buffer. The cloud 100 determines/selects a collaboration target (edge server) by a reinforcement learning agent using the context of the classified service and the context of the computing nodes. Computing nodes selected for collaboration reduce service failure and shorten service processing time compared to other computing nodes.

지능형 영상 보안을 위한 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템은 강화학습 에이전트(agent)와 연동된 클라우드(100)와 다수의 엣지 서버(200)가 연결된 클러스터 구조를 기반으로 동작한다. The cloud-multiple edge server autonomous collaboration system based on service classification for intelligent video security operates based on a cluster structure where a cloud (100) linked to a reinforcement learning agent and a plurality of edge servers (200) are connected.

도 2는 본 발명에서 정의하는 시스템 클러스터 구조 및 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 환경을 나타낸다. Figure 2 shows an autonomous collaboration environment between cloud and multiple edge servers based on the system cluster structure and service classification defined in the present invention.

단말(300)은 엣지 서버에 연결되어 있으며, 단말(300)은 사용자에 의해 서비스를 생성한다. 단말(300)은 낮은 지연을 요구하는 서비스를 처리하기에 컴퓨팅 리소스가 부족하여 생성된 작업을 엣지 서버(200)로 전송한다. 단말(300)이 전송하는 서비스는 서비스의 deadline과 서비스의 크기 정보를 포함한다. 서비스의 deadline은 서비스가 생성되어 처리가 완료되기까지 요구되는 시간을 의미한다. 클라우드(100)와 엣지 서버(200)와 같은 컴퓨팅 노드가 서비스의 deadline을 만족시키지 못하는 경우, 사용자의 만족도가 낮아진다. 서비스를 수신한 엣지 서버(200)는 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스, 버퍼의 서비스의 수 버퍼의 정보, 그리고 엣지 서버의 서비스의 컨텍스트, 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 기반으로 서비스를 분류한다(deadline이 만족되는 서비스와, deadline이 만족되지 않는 서비스로 분류). 서비스는 엣지 서버(200)에서 처리 시 deadline이 만족되는 서비스와 deadline이 만족되지 않는 서비스로 분류된다. 엣지 서버(200)는 서비스 분류를 통해 서비스 실패(서비스의 deadline 미충족)이 예측되는 서비스들의 컨텍스트 정보가 클라우드(100)로 전송되며, 클라우드(100)와 연동된 강화학습 에이전트(agent)에서 서비스 처리를 위한 협업 대상이 선택된다. 클라우드(100)는 각 엣지 서버로부터 전송받은 분류된 서비스와 엣지 서버의 서비스 컨텍스트 정보, 그리고 클라우드의 컴퓨팅 리소스 정보를 강화학습 에이전트(agent)로 전송하여 상대적으로 컴퓨팅 리소스가 여유롭고 서비스의 처리 시간을 단축시킬 수 있는 엣지 서버(200) 또는 클라우드(100)를 선택한다. 선택된 협업 대상에 대한 정보는 작업을 수신한 협업이 결정된 엣지 서버로 전송되며, 엣지 서버는 협업 대상으로 서비스를 전송한다.The terminal 300 is connected to an edge server, and the terminal 300 creates services by the user. The terminal 300 transmits the generated task to the edge server 200 due to insufficient computing resources to process a service requiring low delay. The service transmitted by the terminal 300 includes service deadline and service size information. The deadline of a service refers to the time required for the service to be created and processing completed. If computing nodes such as the cloud 100 and the edge server 200 do not meet the service deadline, user satisfaction decreases. The edge server 200, which has received the service, classifies the service based on the computing resources of the edge server, the number of services in the buffer, information on the buffer, the context of the service of the edge server, and the context of the computing node (services that satisfy the deadline) Wow, classified as a service whose deadline is not met). Services are classified into services that satisfy the deadline and services that do not satisfy the deadline when processed by the edge server 200. The edge server 200 transmits context information of services for which service failure (service deadline is not met) is predicted through service classification to the cloud 100, and the service is processed by a reinforcement learning agent linked to the cloud 100. A collaboration target is selected for . The cloud 100 transmits the classified services received from each edge server, the edge server's service context information, and the cloud's computing resource information to a reinforcement learning agent, so that computing resources are relatively spare and service processing time is shortened. Select the available edge server (200) or cloud (100). Information about the selected collaboration target is transmitted to the edge server on which the collaboration that received the task was determined, and the edge server transmits the service to the collaboration target.

도 3은 본 발명에 따른 지능형 영상 보안 환경에서, 서비스 분류 기반 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템의 프레임워크를 나타낸다. Figure 3 shows the framework of an autonomous collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification in an intelligent video security environment according to the present invention.

본 발명의 지능형 영상 보안 환경에서, 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템은 In the intelligent video security environment of the present invention, the service classification-based cloud-multiple edge server collaboration system

지능형 영상 보안 환경에서 하나 이상의 단말(300); One or more terminals 300 in an intelligent video security environment;

상기 단말(300)로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 수신받고, 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 다수의 엣지 서버(200); 및 A plurality of people receive the context of the service generated from the terminal 300 and the context information of the computing node through a wired or wireless communication network, and calculate the threshold for service classification through each module, classify the service, transmit the service, and process the service. edge server (200); and

상기 다수의 엣지 서버와 연동되고, 각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 강화학습 에이전트와 연동된 클라우드(100)를 포함한다. A cloud 100 linked to the plurality of edge servers and a reinforcement learning agent that determines a collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node and ensures that the determined collaboration target is serviced. Includes.

엣지 서버(200)는 임계값 계산 모듈, 서비스 분류 모듈, 서비스 전송 모듈, 및 서비스 처리 모듈을 포함한다. The edge server 200 includes a threshold calculation module, a service classification module, a service transmission module, and a service processing module.

또한, 본 발명의 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법은, (a) 지능형 영상 보안 환경에서, 하나 이상의 단말로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 엣지 서버로 수신받고, 상기 엣지 서버의 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 단계; 및 (b) 상기 다수의 엣지 서버와 연동된 클라우드를 통해 연결된 강화학습 에이전트에 의해 각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 단계를 포함한다.In addition, the cloud-multiple edge server collaboration method based on service classification in the intelligent video security environment of the present invention is (a) in the intelligent video security environment, the context of the service generated from one or more terminals and the context information of the computing node are transmitted to the wired and wireless communication network. receiving data from an edge server, and calculating a threshold for service classification, classifying the service, transmitting the service, and processing the service through each module of the edge server; and (b) determining a collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node by a reinforcement learning agent connected through the cloud linked to the plurality of edge servers, so that the determined collaboration target is serviced. It includes steps to:

클라우드(100)에 연결된 강화학습 에이전트(agent)는 엣지 서버(200)로부터 협업이 필요한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 클라우드(100)로 전송받고, 이를 수신한 클라우드(100)에 연동된 강화학습 에이전트(agent)에 의해 협업 대상(협업이 결정된 엣지 서버)을 결정하고, 결정된 협업 대상에 서비스를 제공한다. The reinforcement learning agent connected to the cloud 100 receives the context of the service requiring collaboration and the context of the computing node from the edge server 200 to the cloud 100, and performs reinforcement linked to the cloud 100 that received it. The collaboration target (edge server for which collaboration has been decided) is determined by the learning agent, and services are provided to the determined collaboration target.

지능형 영상 보안 환경에서 컴퓨팅 리소스 예측 기반의 엣지 서버간 협업 시스템은 강화학습 에이전트와 연동되는 클라우드(100)와 다수의 엣지 서버(200), 그리고 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부(Ethernet, UTP 케이블, 광통신 케이블) 또는 무선통신부(Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신부, LoRa RF 통신부, NB-IoT 통신부)가 구비된 단말들(300)로 구성된다. In an intelligent video security environment, a collaboration system between edge servers based on computing resource prediction consists of a cloud (100) linked to a reinforcement learning agent, a number of edge servers (200), a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit (Ethernet, UTP cable, optical communication). It consists of terminals 300 equipped with a cable) or wireless communication unit (Wi-Fi, LTE 4G/5G communication unit, LoRa RF communication unit, NB-IoT communication unit).

예를 들면, 상기 단말들(300)은 지능형 영상 보안 환경에서, 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부(Ethernet, UTP 케이블, 광통신 케이블) 또는 무선 통신부(Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신부, LoRa RF 통신부, NB-IoT 통신부 - CCTV 카메라)를 구비하는 스마트폰, 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부 또는 무선 통신부가 구비된 CCTV 카메라, 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 블랙박스가 장착된 자동차, 및 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 드론 중 어느 하나의 단말을 사용한다. For example, in an intelligent video security environment, the terminals 300 include a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit (Ethernet, UTP cable, optical communication cable) or a wireless communication unit (Wi-Fi, LTE 4G/5G communication unit, LoRa RF communication unit). , a smartphone equipped with an NB-IoT communication unit (CCTV camera), a CCTV camera equipped with a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit or a wireless communication unit, a car equipped with a black box equipped with a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit, and a camera. Use one of the following terminals: and a drone equipped with a GPS receiver and a wireless communication unit.

상기 엣지 서버(200)는 단말(300)로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 수신받고, dpt 지서버의 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스 전송 그리고 서비스 처리를 수행한다. The edge server 200 receives the context of the service generated from the terminal 300 and the context information of the computing node, and calculates the threshold for service classification, service classification, service transmission, and service through each module of the dpt g server. Perform processing.

엣지 서버(200)의 임계값 계산 모듈은 엣지 서버(200)에 연결된 단말로부터 전송된 서비스의 컨텍스트(서비스의 크기, 서비스의 deadline), 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 컨텍스트, 그리고 엣지 서버(200)의 컴퓨팅 리소스 기반으로 서비스 분류를 위한 임계값을 계산한다. 서비스의 컨텍스트는 서비스의 크기와 deadline을 포함한다. 컴퓨팅 노드는 클라우드 또는 엣지 서버를 포함한다. 컴퓨팅 노드의 컨텍스트는 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량), 컴퓨팅 노드간 가용 대역폭, 그리고 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 포함한다. The threshold calculation module of the edge server 200 includes the context of the service (size of the service, deadline of the service) transmitted from the terminal connected to the edge server 200, the context of the service stored in the buffer of the edge server, and the edge server 200 ) Calculate the threshold for service classification based on computing resources. The context of the service includes the size and deadline of the service. Computing nodes include cloud or edge servers. The context of a computing node includes the computing resources of the computing node (CPU occupancy rate, RAM occupancy rate, storage usage amount), available bandwidth between computing nodes, and the number of services stored in the computing node's buffer.

서비스 분류 모듈은 엣지 서버(200)의 컴퓨팅 리소스, 버퍼의 서비스의 수 버퍼의 정보, 그리고 엣지 서버의 서비스의 컨텍스트, 컴퓨팅 노드의 컨텍스트에 기초하여, 서비스 분류 모듈은 계산된 임계값을 기반으로 단말(300)로부터 수신한 서비스를 분류한다(deadline이 만족되는 서비스와, deadline이 만족되지 않는 서비스로 분류한다). The service classification module is based on the computing resources of the edge server 200, the number of services in the buffer, the information in the buffer, and the context of the service of the edge server and the context of the computing node. The service classification module determines the terminal based on the calculated threshold. The services received from (300) are classified (classified into services that meet the deadline and services that do not satisfy the deadline).

서비스 전송 모듈은 협업이 필요한 서비스의 컨텍스트를 클라우드(100)로 전송하며, 이를 수신한 클라우드(100)의 강화학습 에이전트(agent)에 의해 결정된 협업 대상(협업이 결정된 엣지 서버)에 서비스를 전송한다. The service transmission module transmits the context of the service requiring collaboration to the cloud 100, and transmits the service to the collaboration target (edge server for which collaboration has been determined) determined by the reinforcement learning agent of the cloud 100 that received it. .

서비스 처리 모듈은 서비스 분류 모듈 또는 클라우드의 강화학습 agent 결정에 따라 서비스들을 처리한다. The service processing module processes services according to the decision of the service classification module or cloud reinforcement learning agent.

클라우드(100)는 컨텍스트 수신 모듈, 컨텍스트 전송 모듈, 및 서비스 처리 모듈을 포함한다. The cloud 100 includes a context reception module, a context transmission module, and a service processing module.

컨텍스트 수신 모듈은 엣지 서버(200)에서 전송하는 서비스의 컨텍스트, 엣지 서버 컴퓨팅 리소스, 엣지 서버의 버퍼의 정보(버퍼에 저장된 서비스의 수, 버퍼의 메모리 정보), 그리고 컴퓨팅 노드(클라우드, 엣지 서버)간 네트워크 대역폭의 정보들을 수신한다. 컨텍스트 전송 모듈은 컨텍스트 수신 모듈로부터 수신된 정보들(서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트)을 컨텍스트 전송 모듈을 통해 강화학습 에이전트(agent)로 전송된다. The context receiving module receives the context of the service transmitted from the edge server 200, edge server computing resources, edge server buffer information (number of services stored in the buffer, memory information in the buffer), and computing nodes (cloud, edge server) Receives information on inter-network bandwidth. The context transmission module transmits the information (service context and computing node context) received from the context reception module to the reinforcement learning agent through the context transmission module.

클라우드(100)의 서비스 처리 모듈은 협업이 필요한 서비스 중에 강화학습(reinforcement) 에이전트에 의해 협업 대상에 따라 클라우드(100)와 엣지 서버(200)로 서비스들을 전송하여 서비스들을 처리한다. The service processing module of the cloud 100 processes services by transmitting them to the cloud 100 and the edge server 200 according to the collaboration target by a reinforcement learning agent among services requiring collaboration.

강화학습 에이전트(agent)는 컨텍스트 전송 모듈을 통해 수신한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 기반으로 강화학습 에이전트의 의사결정에 따라 서비스를 처리할 협업 대상(엣지 서버)을 결정한다. 클라우드(100)로부터 강화학습 에이전트(agent)로 전송한 정보는 강화학습 에이전트(agent)의 '상태(state)'의 요소로 사용되어 서비스 시간을 단축시키고, 서비스의 실패를 줄일 수 있는 엣지 서버(200)로 협업 대상을 결정(행동)한다. 강화학습 에이전트(agent)가 결정한 협업 대상에 따라 클라우드(100) 또는 엣지 서버(200)로 서비스들을 전송하며, 그에 따른 보상(서비스의 실패 및 서비스 처리 시간)을 측정한다. 강화학습 Agent는 '상태', '행동', '보상'에 따른 '다음 상태'를 이용하여 최적의 협업 결정 정책을 학습하여 협업 대상을 결정한다. The reinforcement learning agent determines the collaboration target (edge server) to process the service based on the reinforcement learning agent's decision based on the context of the service received through the context transfer module and the context of the computing node. The information transmitted from the cloud 100 to the reinforcement learning agent is used as an element of the 'state' of the reinforcement learning agent to shorten service time and reduce service failure through an edge server ( 200) to decide (act) on a collaboration target. Services are transmitted to the cloud 100 or edge server 200 according to the collaboration target determined by the reinforcement learning agent, and the corresponding compensation (service failure and service processing time) is measured. The reinforcement learning agent learns the optimal collaboration decision policy using 'next state' according to 'state', 'action', and 'reward' to determine the collaboration target.

도 4는 엣지 서버에서 임계값을 계산하며, 서비스 분류를 위한 임계값 계산에 따른 sigmoid 함수의 임계값 변화 그래프를 나타낸다. Figure 4 shows a graph of the threshold change of the sigmoid function according to the threshold value calculated by the edge server and the threshold value for service classification.

지능형 영상보안을 위한 서비스 분류 기반 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템은 효율적인 서비스 처리를 위해 sigmoid 함수 기반으로 임계값을 설정하여 서비스 분류를 수행한다. 임계값은 식을 통해 계산한다.

Figure pat00002
번째 엣지 서버의 임계값,
Figure pat00004
번째 엣지 서버의 가용 컴퓨팅 리소스, 그리고 sigmoid 함수의 인자로 쓰이는
Figure pat00006
식을 통해 계산된다. The autonomous collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification for intelligent video security performs service classification by setting a threshold based on the sigmoid function for efficient service processing. The threshold is Calculate using the formula.
Figure pat00002
Is Threshold of the edge server,
Figure pat00004
Is Available computing resources of the first edge server, and used as an argument to the sigmoid function
Figure pat00006
Is It is calculated through the formula.

여기서,

Figure pat00008
는 엣지 서버가 처리 중인 서비스의 수, j는 서비스의 index, Lj는 j번째 서비스의 크기,
Figure pat00009
번째 서비스의 deadline, k는 j번째 서비스가 시작될 때까지 버퍼에 저장된 서비스의 index,
Figure pat00011
는 엣지 서버가 처리 중인 작업의 남은 작업 크기, 그리고 N은 버퍼에 저장된 서비스의 집합을 나타낸다. here,
Figure pat00008
is the number of services being processed by the edge server, j is the index of the service, Lj is the size of the jth service,
Figure pat00009
Is deadline of the th service, k is the index of the service stored in the buffer until the jth service starts,
Figure pat00011
represents the remaining work size of the work being processed by the edge server, and N represents the set of services stored in the buffer.

엣지 서버의 버퍼에 저장된 작업들의 처리 시간과 서비스의 deadline의 차이를 계산한다. 엣지 서버가 작업을 처리 중인 경우, 버퍼에 저장된 작업은 처리 중인 작업이 완료되어야 컴퓨팅 리소스가 서비스에 할당된다. 그러므로, 엣지 서버가 처리 중인 작업의 남은 처리 시간을 고려하여 임계값을 계산한다. 일정 시간 동안 많은 수의 작업이 엣지 서버에 전송되는 경우 엣지 서버의 부하가 증가하여 서비스의 요구사항을 만족시킬 수 없을때, 임계값은 0에 가까워져 서비스가 처리될 컴퓨팅 노드는 강화학습 에이전트에 의해 다른 새로운 협업 대상(엣지 서버)이 결정/선택된다. 반대의 경우, 임계값이 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 용량과 비슷하여 서비스들은 단말이 연결된 해당 엣지 서버에서 처리된다. Calculate the difference between the processing time of tasks stored in the edge server's buffer and the service's deadline. When the edge server is processing a task, computing resources for the task stored in the buffer are allocated to the service only when the task being processed is completed. Therefore, the edge server calculates the threshold considering the remaining processing time of the task being processed. When a large number of tasks are sent to the edge server for a certain period of time and the load on the edge server increases and the service requirements cannot be satisfied, the threshold approaches 0 and the computing node on which the service will be processed is controlled by a reinforcement learning agent. Another new collaboration target (edge server) is determined/selected. In the opposite case, the threshold is similar to the computing resource capacity of the edge server, so services are processed on the edge server to which the terminal is connected.

도 5는 엣지 서버에서 서비스 분류에 따른 작업 전송의 예시를 나타낸다. Figure 5 shows an example of job transmission according to service classification in an edge server.

상기 엣지 서버는 서비스의 특성, 로컬 엣지 서버의 버퍼에 대기 중인 서비스의 수, 그리고 로컬 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 기반에 의해 임계값을 계산한다. The edge server calculates the threshold based on the characteristics of the service, the number of services waiting in the buffer of the local edge server, and the computing resources of the local edge server.

상기 임계값과 버퍼에 저장되어 있는 서비스들의 요구 리소스를 비교하여 임계값보다 서비스의 요구 리소스가 더 작으면, 로컬 엣지 서버에서 처리하여 서비스의 deadline을 충족시킬 수 있어 협업이 불필요한 서비스로 분류되고, 이 서비스는 로컬 엣지 서버의 버퍼에 저장되며, 엣지 서버가 순차적으로 버퍼에 저장되어 있는 서비스를 처리한다. The threshold is compared with the required resources of the services stored in the buffer, and if the required resources of the service are smaller than the threshold, the service is classified as a service that does not require collaboration because it can be processed by the local edge server to meet the service's deadline, This service is stored in the buffer of the local edge server, and the edge server sequentially processes the services stored in the buffer.

상기 임계값보다 서비스의 요구 리소스가 큰 경우 협업이 필요한 서비스로 분류된다. 해당 서비스는 로컬 엣지 서버 버퍼에 남아있지 않고 클라우드(100)에 위치한 강화학습 에이전트(agent)의 의사결정에 따라 서비스를 처리할 협업 대상이 결정/선택된다.If the service's required resources are greater than the above threshold, it is classified as a service requiring collaboration. The service does not remain in the local edge server buffer, but the collaboration target to process the service is determined/selected according to the decision of the reinforcement learning agent located in the cloud 100.

도 6은 클라우드에 연동된 강화학습 에이전트(agent)가 학습을 수행하는 구조를 나타낸다. Figure 6 shows a structure in which a reinforcement learning agent linked to the cloud performs learning.

강화학습 에이전트(agent)가 학습을 위해 '상태(state)', '행동', '보상', 및 '다음 상태'가 필요하다. '상태'는 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 환경으로부터 얻은 엣지 서버 및 클라우드의 컴퓨팅 리소스, 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 수와 작업, 서비스의 크기 및 서비스의 deadline(서비스 시작 시간 from- 서비스 완료 시간 to), 그리고 컴퓨팅 노드간 네트워크 대역폭(bandwidth)으로 정의하였다. '행동'은 협업 대상이 되는 컴퓨팅 노드로 정의하였다. 컴퓨팅 노드는 강화학습 에이전트에 연결된 클라우드 또는 다수의 엣지 서버를 포함한다. '보상'은 '행동'에 따른 작업의 실패 여부 및 작업의 처리 시간으로 정의하였다. 보상은 식과 같이 계산된다. r은 보상(서비스 협업을 얼마나 잘 했는지 나타내는 서비스 실패여부와 서비스 처리 시간에 따라 계산됨), α는 서비스 실패의 가중치, β는 서비스 처리 시간의 가중치,

Figure pat00013
는 서비스 실패 여부, 그리고
Figure pat00014
는 서비스 완료 시간을 나타낸다. '다음 상태'는 행동 이후에 나타나는 엣지 서버 및 클라우드의 컴퓨팅 리소스, 엣지 서버의 버퍼에 저장된 작업, 서비스의 크기 및 deadline, 그리고 컴퓨팅 노드간 네트워크 대역폭이다. A reinforcement learning agent needs 'state', 'action', 'reward', and 'next state' for learning. 'Status' refers to the computing resources of the edge server and cloud obtained from the autonomous collaboration environment between cloud and multiple edge servers, the number and tasks of services stored in the buffer of the edge server, the size of the service, and the deadline of the service (service start time from - service completion) Time to), and network bandwidth between computing nodes. ‘Action’ was defined as a computing node subject to collaboration. Computing nodes include cloud or multiple edge servers connected to reinforcement learning agents. 'Compensation' was defined as the failure of the task according to the 'action' and the processing time of the task. The reward is It is calculated as in Eq. r is the reward (calculated according to service failure and service processing time, which indicates how well the service collaboration was performed), α is the weight of service failure, β is the weight of service processing time,
Figure pat00013
determines whether the service has failed, and
Figure pat00014
represents the service completion time. The 'next state' is the computing resources of the edge server and cloud that appear after the action, the tasks stored in the edge server's buffer, the size and deadline of the service, and the network bandwidth between computing nodes.

강화학습 에이전트(Agent)의 학습은 Actor-Critic 알고리즘을 사용하여 진행된다. Actor-Critic은 actor network와 critic network로 구성된다. Learning of reinforcement learning agents is carried out using the Actor-Critic algorithm. Actor-Critic consists of actor network and critic network.

클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 엣지 컴퓨팅 환경에서, Actor network는 '상태(state)' 정보에 대한 중요도(학습 가중치)를 결정한다. 학습 가중치는 중요도가 높은 상태일수록 가중치가 높아지며, 중요도가 낮은 상태일수록 가중치가 낮아진다. 학습 가중치에 따라 actor network는 각 컴퓨팅 노드(클라우드-다수의 엣지 서버)에 대한 협업 확률을 보여준다. 보여지는 각 컴퓨팅 노드의 협업 확률의 수는 엣지 서버의 수와 클라우드의 수의 합과 같다. 협업 대상은 각 dpt지 서버의 여러 확률 중에서 순차적으로 가장 높은 확률을 가지는 컴퓨팅 노드가 선택되며, 학습 가중치가 증가하고 감소함에 따라 각 컴퓨팅 노드에 대한 협업 확률이 변화한다. 컴퓨팅 노드의 협업 확률은 서비스를 deadline 이내에 처리할 수 있으며, 서비스를 빠르게 처리할수록 증가한다. In an autonomous collaborative edge computing environment between cloud and multiple edge servers, the actor network determines the importance (learning weight) of 'state' information. As for learning weights, the higher the importance, the higher the weight, and the lower the importance, the lower the weight. Depending on the learning weights, the actor network shows the collaboration probability for each computing node (cloud - multiple edge servers). The number of collaboration probabilities of each computing node shown is equal to the sum of the number of edge servers and the number of clouds. The collaboration target is the computing node with the highest probability among the various probabilities of each dpt server, and the collaboration probability for each computing node changes as the learning weight increases and decreases. The probability of a computing node's collaboration can process a service within the deadline, and increases as the service is processed faster.

Critic network는 '상태'에 대한 가치(클라우드와 엣지 서버의 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스 정보. 컴퓨팅 노드간 네트워크 대역폭, 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수)를 평가한다. '상태'에 대한 가치는 컴퓨팅 노드의 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량 등), 컴퓨팅 노드간 네트워크의 대역폭, 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 기반으로 측정된다. 또한, '상태'에 대한 가치는 컴퓨팅 노드들이 deadline 이내에 처리할 수 있는 서비스가 많으며, 서비스들의 처리 시간이 짧을수록 높다. Critic network evaluates the value of 'state' (computing resource information of computing nodes of cloud and edge servers, network bandwidth between computing nodes, number of services stored in the buffer of computing nodes). The value of 'state' is measured based on the computing node's resources (CPU occupancy, RAM occupancy, storage usage, etc.), the bandwidth of the network between computing nodes, and the number of services stored in the computing node's buffer. Additionally, the value of 'state' is higher as there are many services that computing nodes can process within the deadline and the shorter the processing time of the services.

Actor network는 critic network에 의해 평가되는 가치들[컴퓨팅 노드의 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량 등), 컴퓨팅 노드간 네트워크의 대역폭, 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수]이 최대가 되도록 협업 결정 정책을 학습하며, critic network는 '현재 상태'에 따른 '다음 상태'의 예측값과 '다음 상태'의 가치를 비교하여 두 값의 차이가 적은 방향으로 학습을 진행한다. 결과적으로, actor network는 상태-액션(state-action)에 따른 보상(협업을 얼마나 잘 했는지를 나타냄- 서비스 실패 여부와 서비스 처리 시간)이 최대가 되도록 학습 가중치를 조절하며, critic network는 '현재 상태'에 따른 '다음 상태'의 예측값과 다음 상태의 가치를 비교하여 두 값의 차이를 최소화하는 방향으로 학습 가중치를 조절한다.The actor network collaborates to maximize the values evaluated by the critic network [resources of computing nodes (CPU occupancy, RAM occupancy, storage usage, etc.), bandwidth of network between computing nodes, number of services stored in buffers of computing nodes] While learning the decision policy, the critic network compares the predicted value of the 'next state' according to the 'current state' with the value of the 'next state' and proceeds with learning in a direction where the difference between the two values is small. As a result, the actor network adjusts the learning weight so that the reward according to the state-action (indicating how well the collaboration was done - service failure and service processing time) is maximized, and the critic network adjusts the learning weight to maximize the 'current state' The learning weight is adjusted to minimize the difference between the two values by comparing the predicted value of 'next state' and the value of the next state.

본 발명의 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 및 방법은 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템을 통해 서비스의 실패율을 낮추기 위해 임계값 기반으로 서비스를 분류하고, 분류한 서비스를 기반으로 서비스의 처리 시간을 최소화하기 위해 강화학습을 통해 협업 대상 서버를 선택함으로써 서비스의 실패율 및 처리 시간을 최소화할 수 있다. 서비스의 실패율 및 처리 시간을 최소화하여 지능형 영상 보안 서비스의 실시간성을 증대시키고 서비스를 효율성을 높일 수 있다.The cloud-multiple edge server collaboration system and method based on service classification in an intelligent video security environment of the present invention is a service classification-based cloud-multiple edge server collaboration system in an intelligent video security environment. The failure rate and processing time of the service can be minimized by classifying the service based on the service and selecting a collaboration target server through reinforcement learning to minimize the processing time of the service based on the classified service. By minimizing the service failure rate and processing time, the real-time nature of the intelligent video security service can be increased and the service efficiency can be improved.

클라우드-엣지 서버를 활용한 지능형 영상 보안 기술은 클라우드 기반의 영상 처리 기술의 문제를 해결하기 위해 단말과 위치적으로 가까운 엣지 서버에서 클라우드의 부하를 줄여주기 위해, 효율적인 처리가 가능한 서비스는 엣지 서버에서 처리하고 효율적인 처리가 불가능한 서비스는 협업을 결정하는 강화학습 에이전트에 연동된 클라우드에서 처리하며 협업을 수행한다. Intelligent video security technology utilizing a cloud-edge server is designed to reduce the load on the cloud on an edge server that is geographically close to the terminal in order to solve the problems of cloud-based video processing technology. Services that can be processed efficiently are provided on the edge server. Services that cannot be processed efficiently are processed and collaborated in the cloud linked to a reinforcement learning agent that determines collaboration.

본 발명에서 제안하는 지능형 영상보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템은 강화학습 에이전트와 연결된 클라우드와 다수의 엣지 서버 및 단말들이 존재하는 자율 협업 엣지 컴퓨팅 환경에서, 엣지 서버가 서비스의 실패 최소화를 위해 서비스를 분류하고, 분류한 서비스의 최소 처리 시간을 보장하기 위해 강화학습 에이전트 기반으로 협업 대상 결정하여 단말 연결을 수행함으로써 지능형 영상 보안 서비스 및 다양한 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템 환경에서의 서비스 실시간성과 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.The cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment proposed by the present invention is an autonomous collaborative edge computing environment in which there are a cloud connected to a reinforcement learning agent and multiple edge servers and terminals, and the edge server provides services. In order to minimize failures, services are classified, and collaboration targets are determined based on reinforcement learning agents to ensure the minimum processing time of classified services, and terminal connections are performed to create an intelligent video security service and a collaboration system environment between various clouds and multiple edge servers. It is expected that service real-time and efficiency can be improved.

본 시스템은 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 기반의 지능형 영상 보안 서비스, 스마트 시티를 위한 클라우드-엣지 서버간 자율협업 플랫폼, 서비스의 실시간성을 보장하는 클라우드-엣지 서버간 협업 플랫폼, 자동화된 환경과 관제 센터간의 지휘 통제 시스템에 사용될 수 있다. This system provides an intelligent video security service based on autonomous collaboration between cloud and multiple edge servers, an autonomous collaboration platform between cloud and edge servers for smart cities, a collaboration platform between cloud and edge servers that guarantees real-time service, and an automated environment and It can be used in command and control systems between control centers.

본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되고 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조를 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 스토리지, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, 스토리지 등과 같은 저장 매체에 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다. 프로그램 명령의 예는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과, 기계어 코드 뿐만아니라 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로써 작동하도록 구성될 수 있다.Embodiments according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, and data structures alone or in combination. Computer-readable recording media include storage, magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Optical media (magneto-optical media), and storage media such as ROM, RAM, flash memory, storage, etc. may include hardware devices configured to store and execute program instructions. Examples of program instructions may include those produced by a compiler, machine language code, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 저장될 수 있다. As described above, the method of the present invention is implemented as a program and can be stored on a recording medium (CD-ROM, RAM, ROM, memory card, hard disk, magneto-optical disk, storage device, etc.) in a form that can be read using computer software. ) can be stored in .

본 발명의 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기와 같이 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiments to illustrate the technical idea as described above, and is not limited to the technical idea and scope of the present invention. It can be implemented with various modifications, and the scope of the present invention should be determined by the claims described later.

100: 클라우드 서버
200: 엣지 서버
300: 단말(스마트폰, CCTV 카메라, 드론... )
100: Cloud server
200: Edge server
300: Terminal (smartphone, CCTV camera, drone...)

Claims (17)

하나 이상의 단말;
지능형 영상 보안 환경에서, 상기 단말로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 수신받고, 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 다수의 엣지 서버; 및
각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 강화학습 에이전트와 연동된 클라우드;
를 포함하는 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
One or more terminals;
In an intelligent video security environment, the context of the service generated from the terminal and the context information of the computing node are received through a wired or wireless communication network, and each module performs threshold calculation for service classification, service classification, service transmission, and service. Multiple edge servers processing; and
A cloud linked to a reinforcement learning agent that determines a collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node and ensures that the determined collaboration target is serviced;
A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment that includes.
제1항에 있어서,
상기 단말들은 지능형 영상 보안 환경에서, 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부(Ethernet, UTP 케이블, 광통신 케이블) 또는 무선 통신부(Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신부, LoRa RF 통신부, NB-IoT 통신부 - CCTV 카메라)를 구비하는 스마트폰, 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부 또는 무선 통신부가 구비된 CCTV 카메라, 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 블랙박스가 장착된 자동차, 및 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 드론 중 어느 하나의 단말을 사용하며,
상기 단말이 전송하는 서비스는 서비스의 deadline과 서비스의 크기 정보를 포함하며, 서비스의 deadline은 서비스가 생성되는 시간부터 처리가 완료되기까지 요구되는 시간을 의미하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 1,
In an intelligent video security environment, the terminals include a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit (Ethernet, UTP cable, optical communication cable) or a wireless communication unit (Wi-Fi, LTE 4G/5G communication unit, LoRa RF communication unit, NB-IoT communication unit - CCTV camera) ), a smartphone equipped with a camera, a GPS receiver, and a wired or wireless communication unit, a CCTV camera equipped with a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit, a car equipped with a black box equipped with a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit, and a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit. Use any one of the drones available,
The service transmitted by the terminal includes service deadline and service size information, and the service deadline refers to the time required from the time the service is created to completion of processing, and is a service classification-based service in an intelligent video security environment. Cloud-multiple edge server collaboration system.
제2항에 있어서,
상기 엣지 서버는
상기 엣지 서버에 연결된 단말로부터 전송된 서비스의 컨텍스트(서비스의 크기, 서비스의 deadline), 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 컨텍스트, 및 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 기반으로 서비스 분류를 위한 임계값을 계산하는 엣지 서버의 임계값 계산 모듈;
계산된 임계값을 기반으로 단말로부터 수신한 서비스를 deadline이 만족되는 서비스와, deadline이 만족되지 않는 서비스를 분류하는 서비스 분류 모듈;
협업이 필요한 서비스의 컨텍스트를 상기 클라우드로 전송하며, 상기 클라우드의 상기 강화학습 에이전트에 의해 결정된 협업 대상(협업이 결정된 엣지 서버)에 서비스를 전송하는 서비스 전송 모듈; 및
상기 서비스 분류 모듈 또는 상기 클라우드의 강화학습 에이전트의 협업 결정에 따라 서비스들을 처리하는 서비스 처리 모듈을 포함하는 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 2,
The edge server is
The edge calculates a threshold for service classification based on the context of the service (size of the service, deadline of the service) transmitted from the terminal connected to the edge server, the context of the service stored in the buffer of the edge server, and the computing resources of the edge server. Threshold calculation module of the server;
a service classification module that classifies services received from the terminal into services that satisfy a deadline and services that do not satisfy a deadline, based on the calculated threshold;
a service transmission module that transmits the context of a service requiring collaboration to the cloud and transmits the service to a collaboration target (an edge server for which collaboration has been determined) determined by the reinforcement learning agent in the cloud; and
A service classification-based cloud-multiple edge server collaboration system in an intelligent video security environment that includes a service processing module that processes services according to the collaboration decision of the service classification module or the reinforcement learning agent of the cloud.
제3항에 있어서,
상기 서비스의 컨텍스트는 서비스의 크기와 서비스 deadline을 포함하며, 상기 컴퓨팅 노드는 클라우드 또는 엣지 서버를 포함하고, 상기 컴퓨팅 노드의 컨텍스트는 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스, 컴퓨팅 노드간 가용 대역폭, 그리고 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 포함하며, 상기 컴퓨팅 리소스는 CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량을 포함하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 3,
The context of the service includes the size of the service and the service deadline, the computing node includes a cloud or an edge server, and the context of the computing node includes the computing resources of the computing node, the available bandwidth between computing nodes, and the buffer of the computing node. A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment, where the computing resources include CPU occupancy, RAM occupancy, and storage usage.
제1항에 있어서,
상기 클라우드는
상기 엣지 서버에서 전송하는 서비스의 컨텍스트, 엣지 서버 컴퓨팅 리소스 정보, 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 수 정보, 그리고 컴퓨팅 노드(클라우드, 엣지 서버)간 대역폭의 정보들을 수신하는 컨텍스트 수신 모듈;
상기 컨텍스트 수신 모듈로부터 수신된 정보들(서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트)을 상기 강화학습 에이전트로 전송하는 컨텍스트 전송 모듈;
상기 협업이 필요한 서비스 중에 강화학습 에이전트에 의해 협업 대상이 클라우드로 결정된 서비스들을 처리하는 클라우드의 서비스 처리 모듈;을 포함하며,
를 포함하는 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 1,
The cloud is
A context receiving module that receives the context of the service transmitted from the edge server, edge server computing resource information, information on the number of services stored in the edge server's buffer, and information on bandwidth between computing nodes (cloud, edge server);
a context transmission module that transmits information (service context and computing node context) received from the context reception module to the reinforcement learning agent;
It includes a cloud service processing module that processes services for which the collaboration target is determined to be the cloud by a reinforcement learning agent among the services requiring collaboration,
A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment that includes.
제1항에 있어서,
상기 강화학습 에이전트는 상기 컨텍스트 전송 모듈을 통해 수신한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 기반으로 협업 대상 엣지 서버를 결정하며, 상기 클라우드로부터 상기 강화학습 에이전트로 전송한 정보는 강화학습 에이전트의 '상태(state)'의 요소로 사용되어 서비스 시간을 단축시키고, 서비스의 실패를 줄일 수 있는 엣지 서버로 협업 대상을 결정(행동)하며, 상기 강화학습 에이전트가 결정한 협업 대상에 따라 결정된 클라우드 또는 엣지 서버로 서비스들을 전송하며, 그에 따른 보상(서비스의 실패 및 서비스 처리 시간)을 측정하고, 강화학습 Agent는 '상태', '행동', '보상'에 따른 '다음 상태'를 이용하여 최적의 협업 결정 정책을 학습하여 협업 대상을 결정하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 1,
The reinforcement learning agent determines the edge server to collaborate with based on the context of the service and the context of the computing node received through the context transmission module, and the information transmitted from the cloud to the reinforcement learning agent is the 'state' of the reinforcement learning agent. It is used as an element of 'state' to shorten service time, determines (action) the collaboration target with an edge server that can reduce service failure, and acts as a cloud or edge server determined according to the collaboration target determined by the reinforcement learning agent. Services are transmitted, the resulting rewards (service failure and service processing time) are measured, and the reinforcement learning agent uses the ‘next state’ according to ‘state’, ‘action’, and ‘reward’ to determine the optimal collaboration decision policy. A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment that learns and determines collaboration targets.
제1항에 있어서,
지능형 영상보안을 위한 서비스 분류 기반 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템에서, 효율적인 서비스 처리를 위해 상기 엣지 서버에서 sigmoid 함수 기반으로 임계값을 설정하여 서비스 분류를 하며, 임계값은 식을 통해 계산하고,
Figure pat00016
번째 엣지 서버의 임계값,
Figure pat00018
번째 엣지 서버의 가용 컴퓨팅 리소스, 그리고 sigmoid 함수의 인자로 쓰이는
Figure pat00020
식을 통해 계산괴며,
여기서,
Figure pat00022
는 엣지 서버가 처리 중인 서비스의 수, j는 서비스의 index, Lj는 j번째 서비스의 크기,
Figure pat00023
번째 서비스의 deadline, k는 j번째 서비스가 시작될 때까지 버퍼에 저장된 서비스의 index,
Figure pat00025
는 엣지 서버가 처리 중인 작업의 남은 작업 크기, 그리고 N은 버퍼에 저장된 서비스의 집합을 나타내며,
상기 엣지 서버의 버퍼에 저장된 작업들의 처리 시간과 서비스 deadline의 차이를 계산하며, 상기 엣지 서버가 작업을 처리 중인 경우, 버퍼에 저장된 작업은 처리 중인 작업이 완료되어야 컴퓨팅 리소스가 서비스에 할당되므로, 상기 엣지 서버가 처리 중인 작업의 남은 처리 시간을 고려하여 임계값을 계산하며, 일정 시간 동안 많은 수의 작업이 상기 엣지 서버에 전송되는 경우 상기 엣지 서버의 부하가 증가하여 서비스의 요구사항을 만족시킬 수 없을때, 임계값은 0에 가까워져 서비스가 처리될 컴퓨팅 노드는 강화학습 에이전트에 의해 다른 새로운 협업 대상이 결정/선택되고, 반대의 경우, 임계값이 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 용량과 비슷하여 서비스들은 단말이 연결된 엣지 서버에서 처리되는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 1,
In an autonomous collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification for intelligent video security, for efficient service processing, the edge server sets a threshold based on the sigmoid function to classify the service, and the threshold is Calculate through the formula,
Figure pat00016
Is Threshold of the edge server,
Figure pat00018
Is Available computing resources of the first edge server, and used as an argument to the sigmoid function
Figure pat00020
Is Calculated through the formula,
here,
Figure pat00022
is the number of services being processed by the edge server, j is the index of the service, Lj is the size of the jth service,
Figure pat00023
Is deadline of the th service, k is the index of the service stored in the buffer until the jth service starts,
Figure pat00025
represents the remaining task size of the task being processed by the edge server, and N represents the set of services stored in the buffer.
The difference between the processing time of the tasks stored in the buffer of the edge server and the service deadline is calculated. When the edge server is processing a task, computing resources for the task stored in the buffer are allocated to the service only when the task being processed is completed. The threshold is calculated by considering the remaining processing time of the task being processed by the edge server. If a large number of tasks are sent to the edge server during a certain period of time, the load on the edge server increases to meet the service requirements. When there is none, the threshold approaches 0, and the computing node where the service will be processed determines/selects another new collaboration target by the reinforcement learning agent. In the opposite case, the threshold is similar to the computing resource capacity of the edge server, so the services are connected to the terminal. A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment that is processed on this connected edge server.
제1항에 있어서,
상기 엣지 서버는 서비스의 특성, 로컬 엣지 서버의 버퍼에 대기 중인 서비스의 수, 그리고 로컬 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스에 의해 임계값을 계산하고,
상기 임계값과 버퍼에 저장되어 있는 서비스들의 요구 리소스를 비교하여 임계값보다 서비스의 요구 리소스가 더 작으면, 로컬 엣지 서버에서 처리하여 서비스의 deadline을 충족시킬 수 있어 협업이 불필요한 서비스로 분류되며, 이 서비스는 로컬 엣지 서버의 버퍼에 저장되며, 엣지 서버가 순차적으로 버퍼에 저장되어 있는 서비스를 처리하며.
상기 임계값보다 서비스의 요구 리소스가 큰 경우, 협업이 필요한 서비스로 분류하여 해당 서비스는 로컬 엣지 서버 버퍼에 남아있지 않고 상기 클라우드에 위치한 상기 강화학습 에이전트의 의사결정에 따라 서비스를 처리할 협업 대상이 결정/선택되는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 1,
The edge server calculates the threshold based on the characteristics of the service, the number of services waiting in the buffer of the local edge server, and the computing resources of the local edge server,
The threshold is compared with the required resources of the services stored in the buffer, and if the required resources of the service are smaller than the threshold, the service is classified as a service that does not require collaboration because it can be processed by the local edge server to meet the service's deadline, This service is stored in the buffer of the local edge server, and the edge server sequentially processes the services stored in the buffer.
If the required resources of a service are greater than the threshold, the service is classified as a service requiring collaboration, and the service does not remain in the local edge server buffer, but becomes a collaboration target to process the service according to the decision of the reinforcement learning agent located in the cloud. A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in a determined/selected intelligent video security environment.
제1항에 있어서,
상기 강화학습 에이전트가 학습을 위해 '상태(state)', '행동', '보상', 및 '다음 상태'가 필요하며,
상기 '상태'는 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 환경으로부터 얻은 엣지 서버 및 클라우드의 컴퓨팅 리소스, 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 수와 작업, 서비스의 크기 및 서비스의 deadline, 그리고 컴퓨팅 노드간 네트워크 대역폭으로 정의하였으며,
상기 '행동'은 협업 대상이 되는 컴퓨팅 노드로 정의하였으며, 상기 컴퓨팅 노드는 강화학습 에이전트에 연결된 클라우드 또는 다수의 엣지 서버를 포함하며,
상기 '보상'은 '행동'에 따른 작업의 실패 여부 및 작업의 처리 시간으로 정의하였으며, 상기 보상은 식과 같이 계산되고,
여기서, r은 보상(서비스 협업을 얼마나 잘 했는지 나타내는 서비스 실패여부와 서비스 처리 시간에 따라 계산됨), α는 서비스 실패의 가중치, β는 서비스 처리 시간의 가중치,
Figure pat00027
는 서비스 실패 여부, 그리고
Figure pat00028
는 서비스 완료 시간을 나타내고,
'다음 상태'는 행동 이후에 나타나는 엣지 서버 및 클라우드의 컴퓨팅 리소스, 엣지 서버의 버퍼에 저장된 작업, 서비스의 크기 및 서비스의 deadline, 그리고 컴퓨팅 노드간 네트워크 대역폭을 포함하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to paragraph 1,
The reinforcement learning agent requires 'state', 'action', 'reward', and 'next state' for learning,
The 'state' refers to the computing resources of the edge server and cloud obtained from the autonomous collaboration environment between the cloud and multiple edge servers, the number and tasks of services stored in the buffer of the edge server, the size of the service and the deadline of the service, and the network bandwidth between computing nodes. It was defined as
The 'action' is defined as a computing node subject to collaboration, and the computing node includes a cloud or multiple edge servers connected to a reinforcement learning agent,
The ‘compensation’ was defined as the failure of the task according to the ‘action’ and the processing time of the task. It is calculated as in the formula,
Here, r is the reward (calculated according to service failure and service processing time, which indicates how well the service collaboration was performed), α is the weight of service failure, β is the weight of service processing time,
Figure pat00027
determines whether the service has failed, and
Figure pat00028
represents the service completion time,
The 'next state' is the classification of services in an intelligent video security environment, including the computing resources of the edge server and cloud that appear after the action, tasks stored in the edge server's buffer, service size and service deadline, and network bandwidth between computing nodes. A cloud-based collaboration system between multiple edge servers.
제9항에 있어서,
상기 강화학습 에이전트의 학습은 Actor-Critic 알고리즘을 사용하여 진행되고, Actor-Critic은 actor network와 critic network로 구성되며,
클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 엣지 컴퓨팅 환경에서, Actor network는 '상태(state)' 정보에 대한 중요도(학습 가중치)를 결정하고, 상기 학습 가중치는 중요도가 높은 상태일수록 가중치가 높아지며, 중요도가 낮은 상태일수록 가중치가 낮아지고, 상기 학습 가중치에 따라 actor network는 각 컴퓨팅 노드(클라우드-다수의 엣지 서버)에 대한 협업 확률을 보여주고, 보여지는 각 컴퓨팅 노드의 협업 확률의 수는 엣지 서버의 수와 클라우드의 수의 합과 같으며, 협업 대상은 각 엣지 서버의 여러 확률 중에서 순차적으로 가장 높은 확률을 가지는 컴퓨팅 노드가 선택되며, 학습 가중치가 증가하고 감소함에 따라 각 컴퓨팅 노드에 대한 협업 확률이 변화되고, 컴퓨팅 노드의 협업 확률은 서비스를 deadline 이내에 처리할 수 있으며, 서비스를 빠르게 처리할수록 증가하며,
상기 Critic network는 '상태'에 대한 가치(클라우드와 엣지 서버의 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스 정보. 컴퓨팅 노드간 네트워크 대역폭, 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수)를 평가하며, 상기 '상태'에 대한 가치는 컴퓨팅 노드의 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량 등), 컴퓨팅 노드간 네트워크의 대역폭, 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 기반으로 측정되고, 또한, '상태'에 대한 가치는 컴퓨팅 노드들이 deadline 이내에 처리할 수 있는 서비스가 많으며, 서비스들의 처리 시간이 짧을수록 높으며,
상기 Actor network는 critic network에 의해 평가되는 가치들[컴퓨팅 노드의 리소스(CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량 등), 컴퓨팅 노드간 네트워크의 대역폭, 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수]이 최대가 되도록 협업 결정 정책을 학습하고, critic network는 '현재 상태'에 따른 '다음 상태'의 예측값과 '다음 상태'의 가치를 비교하여 두 값의 차이가 적은 방향으로 학습을 진행하며, 결과적으로, actor network는 상태-액션(state-action)에 따른 보상(협업을 얼마나 잘 했는지를 나타냄- 서비스 실패 여부와 서비스 처리 시간)이 최대가 되도록 학습 가중치를 조절하며, critic network는 '현재 상태'에 따른 '다음 상태'의 예측값과 다음 상태의 가치를 비교하여 두 값의 차이를 최소화하는 방향으로 학습 가중치를 조절하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 시스템.
According to clause 9,
The training of the reinforcement learning agent is carried out using the Actor-Critic algorithm, and the Actor-Critic consists of an actor network and a critic network,
In an autonomous collaborative edge computing environment between cloud and multiple edge servers, the actor network determines the importance (learning weight) of 'state' information, and the learning weight increases as the importance state increases, and as the importance state increases, the actor network determines the importance (learning weight) of 'state' information. The higher the state, the lower the weight, and according to the learning weight, the actor network shows the collaboration probability for each computing node (cloud - multiple edge servers), and the number of collaboration probabilities for each computing node shown is the number of edge servers and It is equal to the sum of the number of clouds, and the collaboration target is the computing node with the highest probability among the multiple probabilities of each edge server sequentially. As the learning weight increases and decreases, the collaboration probability for each computing node changes. , the collaboration probability of the computing node can process the service within the deadline, and increases as the service is processed faster.
The critical network evaluates the value of the 'state' (computing resource information of computing nodes of cloud and edge servers, network bandwidth between computing nodes, number of services stored in the buffer of computing nodes), and the value of the 'state' It is measured based on the computing node's resources (CPU occupancy, RAM occupancy, storage usage, etc.), the bandwidth of the network between computing nodes, and the number of services stored in the computing node's buffer. Additionally, the value of 'state' is calculated based on the computing node's There are many services that can be processed within the deadline, and the shorter the processing time of the services, the higher it is.
The actor network maximizes the values evaluated by the critic network [resources of computing nodes (CPU occupancy, RAM occupancy, storage usage, etc.), bandwidth of network between computing nodes, number of services stored in buffers of computing nodes]. Learning a collaborative decision policy, the critic network compares the predicted value of the 'next state' according to the 'current state' with the value of the 'next state' and proceeds with learning in a direction where the difference between the two values is small. As a result, the actor network Adjusts the learning weight so that the reward according to the state-action (indicating how well the collaboration was done - service failure and service processing time) is maximized, and the critic network determines the 'next status' according to the 'current state'. A cloud-multiple edge server collaboration system based on service classification in an intelligent video security environment that compares the predicted value of 'state' with the value of the next state and adjusts the learning weight to minimize the difference between the two values.
(a) 지능형 영상 보안 환경에서, 하나 이상의 단말로부터 발생한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보를 유무선 통신망을 통해 엣지 서버로 수신받고, 상기 엣지 서버의 각 모듈을 통해 서비스 분류를 위한 임계값 계산, 서비스의 분류, 서비스의 전송, 그리고 서비스를 처리하는 단계; 및
(b) 상기 다수의 엣지 서버와 연동된 클라우드를 통해 연결된 강화학습 에이전트에 의해 각 엣지 서버로부터 수신된 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트 정보에 기초하여 협업 대상을 결정하여 결정된 협업 대상이 서비스 되도록 하는 단계;
를 포함하는 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.
(a) In an intelligent video security environment, the context of a service generated from one or more terminals and the context information of a computing node are received by an edge server through a wired or wireless communication network, and a threshold value for service classification is calculated through each module of the edge server, Classification of services, transmission of services, and processing of services; and
(b) Determining the collaboration target based on the context of the service received from each edge server and the context information of the computing node by a reinforcement learning agent connected through the cloud linked to the plurality of edge servers and ensuring that the determined collaboration target is serviced. step;
A cloud-multiple edge server collaboration method based on service classification in an intelligent video security environment including.
제11항에 있어서,
상기 단말들은 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부(Ethernet, UTP 케이블, 광통신 케이블) 또는 무선 통신부(Wi-Fi, LTE 4G/5G 통신부, LoRa RF 통신부, NB-IoT 통신부 - CCTV 카메라)를 구비하는 스마트폰, 카메라와 GPS 수신기와 유선 통신부 또는 무선 통신부가 구비된 CCTV 카메라, 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 블랙박스가 장착된 자동차, 및 카메라와 GPS 수신기와 무선 통신부가 구비된 드론 중 어느 하나의 단말을 사용하며,
상기 단말이 전송하는 서비스는 서비스의 deadline과 서비스의 크기 정보를 포함하며, 서비스의 deadline은 서비스가 생성되는 시간부터 처리가 완료되기까지 요구되는 시간을 의미하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.
According to clause 11,
The terminals are smartphones equipped with a camera, a GPS receiver, and a wired communication unit (Ethernet, UTP cable, optical communication cable) or a wireless communication unit (Wi-Fi, LTE 4G/5G communication unit, LoRa RF communication unit, NB-IoT communication unit - CCTV camera). , a CCTV camera equipped with a camera, a GPS receiver, and a wired or wireless communication unit, a car equipped with a black box equipped with a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit, and a drone equipped with a camera, a GPS receiver, and a wireless communication unit. Using a terminal,
The service transmitted by the terminal includes service deadline and service size information, and the service deadline refers to the time required from the time the service is created to completion of processing, and is a service classification-based service in an intelligent video security environment. Collaboration method between cloud and multiple edge servers.
제11항에 있어서,
상기 엣지 서버는
상기 엣지 서버에 연결된 단말로부터 전송된 서비스의 컨텍스트(서비스의 크기, 서비스의 deadline), 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 컨텍스트, 및 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 기반으로 서비스 분류를 위한 임계값을 계산하는 엣지 서버의 임계값 계산 모듈;
계산된 임계값을 기반으로 단말로부터 수신한 서비스를 deadline이 만족되는 서비스와, deadline이 만족되지 않는 서비스를 분류하는 서비스 분류 모듈;
협업이 필요한 서비스의 컨텍스트를 상기 클라우드로 전송하며, 상기 클라우드의 강화학습 에이전트(agent)에 의해 결정된 협업 대상(협업이 결정된 엣지 서버)에 서비스를 전송하는 서비스 전송 모듈; 및
상기 서비스 분류 모듈 또는 상기 클라우드의 강화학습 에이전트의 협업 결정에 따라 서비스들을 처리하는 서비스 처리 모듈을 포함하는 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.
According to clause 11,
The edge server is
The edge calculates a threshold for service classification based on the context of the service (size of the service, deadline of the service) transmitted from the terminal connected to the edge server, the context of the service stored in the buffer of the edge server, and the computing resources of the edge server. Threshold calculation module of the server;
a service classification module that classifies services received from the terminal into services that satisfy a deadline and services that do not satisfy a deadline, based on the calculated threshold;
A service transmission module that transmits the context of a service requiring collaboration to the cloud and transmits the service to a collaboration target (edge server for which collaboration has been determined) determined by a reinforcement learning agent of the cloud; and
A service classification-based cloud-multiple edge server collaboration method in an intelligent video security environment, including a service processing module that processes services according to a collaboration decision of the service classification module or the reinforcement learning agent of the cloud.
제13항에 있어서,
상기 서비스의 컨텍스트는 서비스의 크기와 서비스 deadline을 포함하며, 상기 컴퓨팅 노드는 클라우드 또는 엣지 서버를 포함하고, 상기 컴퓨팅 노드의 컨텍스트는 컴퓨팅 노드의 컴퓨팅 리소스, 컴퓨팅 노드간 가용 대역폭, 그리고 컴퓨팅 노드의 버퍼에 저장된 서비스의 수를 포함하며, 상기 컴퓨팅 리소스는 CPU 점유율, RAM 점유율, storage 사용량을 포함하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.
According to clause 13,
The context of the service includes the size of the service and the service deadline, the computing node includes a cloud or an edge server, and the context of the computing node includes the computing resources of the computing node, the available bandwidth between computing nodes, and the buffer of the computing node. A cloud-multiple edge server collaboration method based on service classification in an intelligent video security environment, where the computing resources include CPU occupancy, RAM occupancy, and storage usage.
제11항에 있어서,
상기 클라우드는
상기 엣지 서버에서 전송하는 서비스의 컨텍스트, 엣지 서버 컴퓨팅 리소스 정보, 엣지 서버의 버퍼에 저장된 서비스의 수 정보, 그리고 컴퓨팅 노드(클라우드, 엣지 서버)간 대역폭의 정보들을 수신하는 컨텍스트 수신 모듈;
상기 컨텍스트 수신 모듈로부터 수신된 정보들(서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트)을 상기 강화학습 에이전트로 전송하는 컨텍스트 전송 모듈;
상기 협업이 필요한 서비스 중에 강화학습 에이전트에 의해 협업 대상이 클라우드로 결정된 서비스들을 처리하는 클라우드의 서비스 처리 모듈;을 포함하며,
를 포함하는 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.
According to clause 11,
The cloud is
A context receiving module that receives the context of the service transmitted from the edge server, edge server computing resource information, information on the number of services stored in the edge server's buffer, and information on bandwidth between computing nodes (cloud, edge server);
a context transmission module that transmits information (service context and computing node context) received from the context reception module to the reinforcement learning agent;
It includes a cloud service processing module that processes services for which the collaboration target is determined to be the cloud by a reinforcement learning agent among the services requiring collaboration,
A cloud-multiple edge server collaboration method based on service classification in an intelligent video security environment including.
제11항에 있어서,
상기 강화학습 에이전트는 상기 컨텍스트 전송 모듈을 통해 수신한 서비스의 컨텍스트와 컴퓨팅 노드의 컨텍스트를 기반으로 협업 대상 엣지 서버를 결정하며, 상기 클라우드로부터 상기 강화학습 에이전트로 전송한 정보는 강화학습 에이전트의 '상태(state)'의 요소로 사용되어 서비스 시간을 단축시키고, 서비스의 실패를 줄일 수 있는 엣지 서버로 협업 대상을 결정(행동)하며, 상기 강화학습 에이전트가 결정한 협업 대상에 따라 결정된 클라우드 또는 엣지 서버로 서비스들을 전송하며, 그에 따른 보상(서비스의 실패 및 서비스 처리 시간)을 측정하고, 강화학습 Agent는 '상태', '행동', '보상'에 따른 '다음 상태'를 이용하여 최적의 협업 결정 정책을 학습하여 협업 대상을 결정하는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.
According to clause 11,
The reinforcement learning agent determines the edge server to collaborate with based on the context of the service and the context of the computing node received through the context transmission module, and the information transmitted from the cloud to the reinforcement learning agent is the 'state' of the reinforcement learning agent. It is used as an element of 'state' to shorten service time, determines (action) the collaboration target with an edge server that can reduce service failure, and acts as a cloud or edge server determined according to the collaboration target determined by the reinforcement learning agent. Services are transmitted, the resulting rewards (service failure and service processing time) are measured, and the reinforcement learning agent uses the ‘next state’ according to ‘state’, ‘action’, and ‘reward’ to determine the optimal collaboration decision policy. A cloud-multiple edge server collaboration method based on service classification in an intelligent video security environment that learns and determines collaboration targets.
제11항에 있어서,
지능형 영상보안을 위한 서비스 분류 기반 클라우드-다중 엣지 서버간 자율협업 시스템에서, 효율적인 서비스 처리를 위해 상기 엣지 서버에서 sigmoid 함수 기반으로 임계값을 설정하여 서비스 분류를 하며, 임계값은 식을 통해 계산하고,
Figure pat00030
번째 엣지 서버의 임계값,
Figure pat00032
번째 엣지 서버의 가용 컴퓨팅 리소스, 그리고 sigmoid 함수의 인자로 쓰이는
Figure pat00034
식을 통해 계산괴며,
여기서,
Figure pat00036
는 엣지 서버가 처리 중인 서비스의 수, j는 서비스의 index, Lj는 j번째 서비스의 크기,
Figure pat00037
번째 서비스의 deadline, k는 j번째 서비스가 시작될 때까지 버퍼에 저장된 서비스의 index,
Figure pat00039
는 엣지 서버가 처리 중인 작업의 남은 작업 크기, 그리고 N은 버퍼에 저장된 서비스의 집합을 나타내며,
상기 엣지 서버의 버퍼에 저장된 작업들의 처리 시간과 서비스 deadline의 차이를 계산하며, 상기 엣지 서버가 작업을 처리 중인 경우, 버퍼에 저장된 작업은 처리 중인 작업이 완료되어야 컴퓨팅 리소스가 서비스에 할당되므로, 상기 엣지 서버가 처리 중인 작업의 남은 처리 시간을 고려하여 임계값을 계산하며, 일정 시간 동안 많은 수의 작업이 상기 엣지 서버에 전송되는 경우 상기 엣지 서버의 부하가 증가하여 서비스의 요구사항을 만족시킬 수 없을때, 임계값은 0에 가까워져 서비스가 처리될 컴퓨팅 노드는 강화학습 에이전트에 의해 다른 새로운 협업 대상이 결정/선택되고, 반대의 경우, 임계값이 엣지 서버의 컴퓨팅 리소스 용량과 비슷하여 서비스들은 단말이 연결된 엣지 서버에서 처리되는, 지능형 영상 보안 환경에서 서비스 분류 기반의 클라우드-다중 엣지 서버간 협업 방법.

According to clause 11,
In an autonomous collaboration system between cloud and multiple edge servers based on service classification for intelligent video security, for efficient service processing, the edge server sets a threshold based on the sigmoid function to classify the service, and the threshold is Calculate through the formula,
Figure pat00030
Is Threshold of the edge server,
Figure pat00032
Is Available computing resources of the first edge server, and used as an argument to the sigmoid function
Figure pat00034
Is Calculated through the formula,
here,
Figure pat00036
is the number of services being processed by the edge server, j is the index of the service, Lj is the size of the jth service,
Figure pat00037
Is deadline of the th service, k is the index of the service stored in the buffer until the jth service starts,
Figure pat00039
represents the remaining task size of the task being processed by the edge server, and N represents the set of services stored in the buffer.
The difference between the processing time of the tasks stored in the buffer of the edge server and the service deadline is calculated. When the edge server is processing a task, computing resources for the task stored in the buffer are allocated to the service only when the task being processed is completed. The threshold is calculated by considering the remaining processing time of the task being processed by the edge server. If a large number of tasks are sent to the edge server during a certain period of time, the load on the edge server increases to meet the service requirements. When there is none, the threshold approaches 0, and the computing node on which the service will be processed determines/selects another new collaboration target by the reinforcement learning agent. In the opposite case, the threshold is similar to the computing resource capacity of the edge server, so the services are connected to the terminal. A cloud-multiple edge server collaboration method based on service classification in an intelligent video security environment processed by this connected edge server.

KR1020220094521A 2022-07-29 2022-07-29 Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments KR20240016572A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220094521A KR20240016572A (en) 2022-07-29 2022-07-29 Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220094521A KR20240016572A (en) 2022-07-29 2022-07-29 Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240016572A true KR20240016572A (en) 2024-02-06

Family

ID=89858560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220094521A KR20240016572A (en) 2022-07-29 2022-07-29 Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240016572A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102110592B1 (en) 2018-10-10 2020-06-08 전자부품연구원 Method and system for distributed operation between cloud and edge in IoT comuting environment
KR102163280B1 (en) 2018-09-19 2020-10-08 주식회사 맥데이타 An apparatus for network monitoring based on edge computing and method thereof, and system
KR102304477B1 (en) 2020-11-19 2021-09-17 광운대학교 산학협력단 Adaptive Context Sharing and the Autonomous Collaboration System between Edge Servers for Intelligent Video Security

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102163280B1 (en) 2018-09-19 2020-10-08 주식회사 맥데이타 An apparatus for network monitoring based on edge computing and method thereof, and system
KR102110592B1 (en) 2018-10-10 2020-06-08 전자부품연구원 Method and system for distributed operation between cloud and edge in IoT comuting environment
KR102304477B1 (en) 2020-11-19 2021-09-17 광운대학교 산학협력단 Adaptive Context Sharing and the Autonomous Collaboration System between Edge Servers for Intelligent Video Security

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11902092B2 (en) Systems and methods for latency-aware edge computing
KR102304477B1 (en) Adaptive Context Sharing and the Autonomous Collaboration System between Edge Servers for Intelligent Video Security
WO2019184836A1 (en) Data analysis device, and multi-model co-decision system and method
WO2017156858A1 (en) Virtual network function state scaling
EP4307634A1 (en) Feature engineering programming method and apparatus
CN109151077B (en) Calculation unloading method based on target guidance
CN110058937B (en) Method, apparatus and medium for scheduling dedicated processing resources
CN113132490A (en) MQTT protocol QoS mechanism selection scheme based on reinforcement learning
CN116743635B (en) Network prediction and regulation method and network regulation system
Jung et al. Adaptive and stabilized real-time super-resolution control for UAV-assisted smart harbor surveillance platforms
CN113766576A (en) Service quality management method, electronic device, and storage medium
US20230060623A1 (en) Network improvement with reinforcement learning
US11108666B2 (en) Latency prediction and network message microtiming
KR20240016572A (en) Cloud-Multiple Edge Server Collaboration System and Method Based on Service Classification in Intelligent Video Security Environments
US20230123074A1 (en) Machine learning-based approaches for service function chain selection
CN115134410B (en) Edge collaboration service domain division method and device, electronic equipment and storage medium
CN116193396A (en) Slice-based collaborative task unloading method in air-space-ground integrated Internet of vehicles
CN116109058A (en) Substation inspection management method and device based on deep reinforcement learning
CN115189910A (en) Network digital twin-based deliberate attack survivability evaluation method
KR102510258B1 (en) Collaboration system between edge servers based on computing resource prediction in intelligent video security environment
Math et al. Intelligent Offloading Decision and Resource Allocations Schemes Based on RNN/DQN for Reliability Assurance in Software-Defined Massive Machine-Type Communications
KR20220111111A (en) System and method for processing super-resolution images based on deep learning and computer program for the same
CN117724853B (en) Data processing method and device based on artificial intelligence
CN114449604B (en) Low-orbit satellite switching method and device based on graph theory and multi-attribute decision combination
WO2024001302A1 (en) Mapping system and related method