KR101884404B1 - 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 포그 포털(Fog Portal)을 활용한 제어 구조 및 활용되는 프로토콜을 제시하고 효율적인 서버 설계가 가능하도록 한 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 각 SDN 기반 로컬 네트워크에 위치한 포그 매니저,SDN 제어기와 정보 공유를 하고, 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털;SDN 기반 로컬 네트워크에서 포그 서버의 배치를 결정하는 포그 매니저;로컬 네트워크를 구성하는 SDN 스위치들과 통신하여 소프트웨어 기반 네트워킹을 가능하게 하고, 포그 매니저와 포그 컴퓨팅을 위한 협업을 수행하는 SDN 제어기;포그 서비스를 받기 위해 설치되는 포그 디바이스들;을 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 포그 컴퓨팅 운용에 관한 것으로, 구체적으로 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 포그 포털(Fog Portal)을 활용한 제어 구조 및 활용되는 프로토콜을 제시하고 효율적인 서버 설계가 가능하도록 한 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
클라우드 컴퓨팅은 인프라, 플랫폼, 서비스 등이 서비스로서 제공되는 컴퓨팅 시스템 형태로, 컴퓨팅 리소스 가상화 등의 기술을 통해 동적 리소스 프로비저닝 또는 할당이 가능하여 현재 많은 IT 시스템이 이러한 환경에서 동작 중이다.
즉, 기존의 서버-클라이언트 형태에서 벗어나 서버, 랩탑, 스마트폰 등 다양한 플랫폼 간 연동이 가능해지는 장점이 있다.
클라우드 컴퓨팅이 사물인터넷(IoT: Internet of Things)으로의 패러다임 전환에 의해 마주치게 되는 문제점은 네트워크 요구 대역폭, 네트워크 장비들의 폭증과 지리적으로 상당히 널리 분포되어 있는 사물들에 기인한다.
스마트 팩토리, 자율주행 자동차, 웨어러블 디바이스 등으로 대표되는 IoT 서비스의 통신은 때로는 국지적이기도 하면서 전역적인 형태를 가지므로, 클라우드 플랫폼만으로 이 데이터들을 처리한다면 통신 지연, 코어망 트래픽 폭증, 실시간 서비스 지원 불가 등 사용자 경험을 깎아내리는 많은 문제들을 야기하게 된다.
이러한 문제를 해결하고자 하는 새로운 트렌드인 포그 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅이 지원하던 서비스들의 일부 또는 모든 기능을 네트워크에서 처리하도록 하는 개념이다.
즉, 클라우드가 제공하던 컴퓨팅, 저장소, 어플리케이션, 네트워크와 같은 서비스들을 사용자 또는 사물에 가까운 네트워크 엣지로 확장하는 모델로, 이 시스템에서는 클라우드 데이터센터가 담당하던 역할이 지리적으로 분산된 수많은 물리적 네트워크 장비(스위치 또는 WiFi 액세스 포인트(AP), 이동통신 기지국(eNB) 등)로 옮겨가게 된다.
포그 컴퓨팅을 적용한다면 자연스럽게 네트워크 지연을 감소시키고 실시간 서비스 지원이 가능해지며 코어망 트래픽을 경감시킬 수 있는 등 많은 장점을 취할 수 있게 된다.
포그 컴퓨팅은 아직까지는 연구 단계에 놓인 기술로, 실현화에 있어서는 아직 해결해야 할 많은 문제가 산재하고 있다.
우선, 스위치, 라우터, AP 등의 기존 네트워크 장비들에서 서비스 관련 데이터 처리 및 저장 등이 수행되어야 하므로 펌웨어의 교체뿐만 아니라 하드웨어의 교체 또한 필연적으로 야기될 수 있으며, 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API) 지원에 관한 문제도 발생할 수 있다.
그 중 가장 문제가 되는 부분은 포그 컴퓨팅 서비스의 제공 주체에 관한 문제이다.
포그 컴퓨팅은 엣지 네트워크 장비의 활용을 전제로 하므로 인터넷 사업자(ISP), 무선 통신 사업자, 스위치 제조사가 주체가 될 수도, 클라우드의 개념을 엣지 네트워크로 확장한다는 측면에서 클라우드 사업자가 될 수도, 그리고 서비스 그 자체의 확장이라는 측면에서는 IoT 서비스 제공자, 일반 사용자 등이 주체가 될 수 있다.
하지만, 여러 주체를 가정하여도 명확한 한계가 존재하는데, 단순히 네트워크 장비만을 사용하는 것은 아니며 클라우드와 연계되어 동작하며 서비스별 전체적인 오버뷰를 제공해야 한다는 한계점이 있다.
또한, 포그 형태의 서비스 어플리케이션 인스턴스(이하, 포그 서버)의 배포 프로토콜 및 이기종 플랫폼에서 포그 서버의 동작 방식 등에 관한 문제도 존재하고 있다. 포그 컴퓨팅의 실현을 위한 동작 구조는 아직까지도 명확히 참조할만한 모델이 제시되지 않았다.
따라서, 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 제어 구조 및 활용되는 프로토콜의 제시 및 효율적인 서버 설계가 가능하도록 한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 포그 컴퓨팅의 실현을 위한 동작 구조의 문제를 해결하기 위한 것으로, 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 포그 포털(Fog Portal)을 활용한 제어 구조 및 활용되는 프로토콜을 제시하고 효율적인 서버 설계가 가능하도록 한 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 포그 포털이 포그 디바이스 보유자와 서비스 관리자 간 중개를 수행하고, SDN 기반 로컬 네트워크의 포그 매니저를 활용하여 포그 컴퓨팅을 실현하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 디바이스 보유자는 포그 포털에 자신이 설치한 장비를 등록하고, 서비스 관리자는 포그 포털을 통해 자신이 운용하는 서비스의 상태를 모니터링하고 포그 서버 배치를 결정하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 포그 서버의 실제 운용을 위한 포그 포털 기반 중앙 집중식 제어 구조를 제안하여 포그 컴퓨팅이 해당 환경의 동작을 원하는 사용자 또는 네트워크 관리자에 의해 실현되도록 한 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템은 각 SDN 기반 로컬 네트워크에 위치한 포그 매니저,SDN 제어기와 정보 공유를 하고, 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털;SDN 기반 로컬 네트워크에서 포그 서버의 배치를 결정하는 포그 매니저;로컬 네트워크를 구성하는 SDN 스위치들과 통신하여 소프트웨어 기반 네트워킹을 가능하게 하고, 포그 매니저와 포그 컴퓨팅을 위한 협업을 수행하는 SDN 제어기;포그 서비스를 받기 위해 설치되는 포그 디바이스들;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 포그 디바이스들은, 포그 서비스를 받고자 하는 개인, 기업용 네트워크 관리자, 또는 서비스 제공자에 의해 설치되는 네트워크 디바이스들로, 포그 스위치나 포그 WiFi AP를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 포그 포털은, 상기 포그 매니저와 포그 서버 배포 및 리소스 모니터링 정보를 공유하고, SDN 제어기와 네트워크 제어 및 모니터링 정보를 공유하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 포그 포털은, SDN 제어기와 포그 매니저 간 협업, 컨테이너 기반 가상화 플랫폼인 도커(Docker)를 활용한 포그 서버의 배포 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 포그 매니저는 로컬 네트워크 내 포그 디바이스 관리를 하고, 포그 서버 인스턴스의 배치, 동적 리소스 할당, 중앙 집중식 로드 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 포그 매니저는, 가상화된 네트워크 기능(VNF) 형태 또는 SDN 어플리케이션 형태로 존재하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 포그 포털의 내부 모듈은, 각 로컬 네트워크 내 SDN 제어기와 통신을 수행하며 포그 컴퓨팅 동작과 관련된 정책 수신과 네트워크 리소스 모니터링 동작을 수행하는 네트워크 매니저와,포그 매니저들과 정보를 공유하며, 모든 포그 디바이스의 관리 운용과 해당 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 수행하는 컴퓨팅 매니저 및 디바이스 매니저와,포그 포털을 이용하는 인터넷 서비스들의 관리를 수행하며, 리소스 사용량, 트래픽 패턴의 서비스들의 특성들을 유지 및 관리하는 네트워크 매니저와,각 모니터링 정보들을 바탕으로 통계 정보를 수립 관리하며, 서비스 관리자들이 서비스가 발생시키는 트래픽 패턴, 리소스 사용량을 조회할 수 있도록 하는 통계 매니저와,포털 서비스 사용량에 따른 요금 계산, 조회를 수행하는 빌링 매니저를 갖는 보유 리소스 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 포그 포털의 내부 모듈은, 각 로컬 네트워크 내에 위치한 SDN 제어기,포그 매니저와 모니터링 정보 공유, 정책 설정, 포그 동작을 위한 통신을 수행하는 포그 API와, 서비스 관리자에게 서비스별 모니터링 정보 조회, 통계 분석 정보 조회, 포그 동작을 위한 인터페이스를 제공하는 서비스 API를 갖는 인터페이스 제공부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템의 제어 방법은 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털에 포그 디바이스를 등록시키기 위하여, 포그 컴퓨팅에 참여하기 위한 포그 디바이스를 네트워크에 연결하는 단계;포그 디바이스 정보를 포그 포털에 등록하는 단계;포그 포털에 새로운 장비가 등록이 되면 해당 장비가 어느 지역의 LAN에서 어떻게 토폴로지를 구성되는지를 확인하여 선정된 포그 매니저에게 포그 디바이스 정보를 제공하는 단계;포그 디바이스의 등록 절차가 완료되면 SDN 제어기는 네트워크 상태 정보를, 포그 매니저는 컴퓨팅 리소스 상태 정보를 각각 모니터링하여 주기적으로 로컬 네트워크 내 모든 포그 디바이스의 상태를 포그 포털로 보고하는 단계;보고된 해당 정보를 포그 포털에서 분석 및 가공하여 서비스 관리자에게 제공하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템의 제어 방법은 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털을 통하여 서비스 관리자가 포그 서버를 배포하기 위하여, 도커 이미지 형태의 포그 서버가 구현되면, 포그 포털을 통해 특정 지역에 포그 서버를 배포하겠다는 의도를 전달하는 단계;포그 포털이 해당 지역 내 포그 매니저에게 담당 로컬 네트워크 내에서 포그 서버를 배치할 포그 디바이스를 설정하라는 명령을 전달하는 단계;포그 매니저가 배치 위치를 결정하고 리소스 할당을 수행한 후, 선택된 포그 디바이스에게 포그 서버 도커 이미지의 다운로드 위치와 도커 컨테이너 실행을 위한 옵션을 전달하는 단계;포그 디바이스가 지정된 도커 이미지 다운로드 위치로부터 포그 서버 이미지를 다운로드 받아서 지정된 옵션의 도커 컨테이너로 실행하는 단계;포그 매니저가 SDN 제어기에게 해당 서비스 트래픽을 신규 생성된 포그 서버로 향하도록 패킷 프로세싱 및 라우팅을 수행해달라는 메시지를 전달하는 단계;SDN 제어기가 특정 플로우를 지정된 포그 디바이스로 향하도록 라우팅을 수행하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 포그 포털(Fog Portal)을 활용한 제어 구조 및 활용되는 프로토콜을 제시하고 효율적인 서버 설계가 가능하다.
둘째, 포그 포털이 포그 디바이스 보유자와 서비스 관리자 간 중개를 수행하고, SDN 기반 로컬 네트워크의 포그 매니저를 활용하여 포그 컴퓨팅을 효율적으로 실현할 수 있도록 한다.
셋째, 디바이스 보유자는 포그 포털에 자신이 설치한 장비를 등록하고, 서비스 관리자는 포그 포털을 통해 자신이 운용하는 서비스의 상태를 모니터링하고 포그 서버 배치를 결정하여 포그 컴퓨팅 운용을 효과적으로 수행할 수 있다.
넷째, 포그 서버의 실제 운용을 위한 포그 포털 기반 중앙 집중식 제어 구조를 제안하여 포그 컴퓨팅이 해당 환경의 동작을 원하는 사용자 또는 네트워크 관리자에 의해 실현되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 운용을 위한 중앙 집중식 제어 구조를 나타낸 전체 구성도
도 2는 포그 포털 내부 모듈 구조를 나타낸 구성도
도 3은 포그 디바이스가 포그 포털에 등록되는 과정을 나타낸 플로우 차트
도 4는 IoT 서비스 관리자가 포그 서버를 배포하는 과정을 나타낸 플로우 차트
도 2는 포그 포털 내부 모듈 구조를 나타낸 구성도
도 3은 포그 디바이스가 포그 포털에 등록되는 과정을 나타낸 플로우 차트
도 4는 IoT 서비스 관리자가 포그 서버를 배포하는 과정을 나타낸 플로우 차트
이하, 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 포그 컴퓨팅 운용을 위한 중앙 집중식 제어 구조를 나타낸 전체 구성도이다.
그리고 도 2는 포그 포털 내부 모듈 구조를 나타낸 구성도이다.
본 발명은 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 포그 포털(Fog Portal)을 활용한 제어 구조, 프로토콜 및 그 서버 장치 설계에 관한 것으로, 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하며, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 기반 로컬 지역 네트워크(LAN)에서 포그 서버의 배치를 결정할 포그 매니저, LAN의 SDN 제어기와 포그 매니저 간 협업, 그리고 컨테이너 기반 가상화 플랫폼인 도커(Docker)를 활용한 포그 서버의 배포에 관한 구성을 포함한다.
본 발명은 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 제어 구조 및 그 서버 장치 설계에 관한 것으로, 포그 컴퓨팅이란 클라우드 데이터센터에서 제공 중인 IoT 서비스 데이터 처리/저장 등의 동작을 네트워크 엣지에서 수행시키는 개념이다.
포그 컴퓨팅의 실현은 클라우드 데이터센터, IoT 서비스 제공자, 네트워크 인프라, 스위치 제조사, 그리고 서비스 사용자들의 협업을 통해 이뤄지지만, 그 주체를 명확히 할 수 없는 한계가 있다.
전역적인 어떤 서비스가 특정 지역에서 포그 서비스를 제공하고자 할 때 어떻게 특정 지역을 결정지을 것이며, 누구에게서 네트워크 트래픽 정보를 받을 것이며, 어떤 제조사의 스위치를 사용할 것이며, 어떤 회선을 사용할 것인지, 누가 특정 포그 디바이스로 트래픽을 우회시킬 것인지를 결정하는 방법은 불명확하다.
본 발명은 중앙 집중식 포그 포털 기반 제어 구조를 제시하여 이를 해결하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템은 인터넷상에 위치하는 서버로, 각 SDN 기반 로컬 네트워크에 위치한 포그 매니저(20), SDN 제어기(30)와 정보 공유를 하고, 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털(10)과, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 기반 로컬 지역 네트워크(LAN)에서 포그 서버의 배치를 결정하는 포그 매니저(20)와, 로컬 네트워크를 구성하는 SDN 스위치들과 통신하여 소프트웨어 기반 네트워킹을 가능하게 하고, 포그 매니저(20)와 포그 컴퓨팅을 위한 협업을 수행하는 SDN 제어기(30)와, 포그 서비스를 받고자 하는 개인, 기업용 네트워크 관리자, 또는 서비스 제공자에 의해 설치되는 포그 스위치(41)나 포그 WiFi AP(42) 등의 포그 디바이스를 포함한다.
여기서, 포그 포털(10)은 포그 매니저(20)와 포그 서버 배포 및 리소스 모니터링 정보를 공유하고, SDN 제어기(30)와 네트워크 제어 및 모니터링 정보를 공유한다.
도 1은 중앙 집중식 포그 포털 기반 제어 구조의 전체적인 구성을 나타낸 것이다.
포그 포털(10)은 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하며, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 기반 로컬 지역 네트워크(LAN)에서 포그 서버의 배치를 결정할 포그 매니저(20)의 활용, LAN의 SDN 제어기(30)와 포그 매니저(20) 간 협업, 그리고 컨테이너 기반 가상화 플랫폼인 도커(Docker)를 활용한 포그 서버의 배포 등의 기능들을 수행한다.
포그 포털(10)은 인터넷상에 위치하는 서버로, 각 SDN 기반 로컬 네트워크에 위치한 포그 매니저(20), SDN 제어기(30)와 정보 공유를 수행한다.
포그 컴퓨팅의 실현 가능성을 고려했을 때, 포그 동작의 대부분은 로컬 네트워크에서 수행되며 포그 스위치(41)나 포그 WiFi AP(42) 등의 포그 디바이스는 포그 서비스를 받고자 하는 개인, 기업용 네트워크 관리자, 또는 서비스 제공자에 의해 직접 설치되는 형태로 이뤄질 수 있다.
로컬 네트워크는 SDN 기반으로 동작하며 SDN 제어기(30)는 로컬 네트워크를 구성하는 SDN 스위치들과 통신하여 소프트웨어 기반 네트워킹을 가능케 한다.
포그 매니저(20)는 로컬 네트워크 내 포그 디바이스 관리를 책임지는 모듈이며, 포그 서버 인스턴스의 배치, 동적 리소스 할당, 중앙 집중식 로드 밸런싱 등을 수행한다.
단, 포그 컴퓨팅의 특성상 포그 디바이스는 네트워크 디바이스이며 포그 서버의 위치는 네트워크의 트래픽 상태나 라우팅에 영향을 줄 수 있으므로, 포그 매니저(20)는 SDN 제어기(30)와 긴밀한 협업 관계를 가지도록 구축되어야 한다.
포그 매니저(20)는 가상화된 네트워크 기능(VNF) 형태로 존재하거나 심지어는 SDN 어플리케이션 형태로 존재할 수 있다.
도 2는 포그 포털의 내부 모듈 구조와 그 인터페이스 연관관계를 나타낸 것이다.
포그 포털(10)의 내부 모듈은 크게 보유 리소스 관리부(11)와 인터페이스 제공부(12)로 나뉘며, 보유 리소스 관리부(11)는 네트워크 매니저(11a), 컴퓨팅 매니저(11b), 디바이스 매니저(11c), 서비스 매니저(11d), 통계 매니저(11e), 빌링 매니저(11f)로 구성된다.
네트워크 매니저(11a)는 주로 각 로컬 네트워크 내 SDN 제어기(30)와 통신을 수행하며 포그 컴퓨팅 동작과 관련된 정책 수신과 네트워크 리소스 모니터링 등의 동작을 수행한다.
컴퓨팅 매니저(11b)와 디바이스 매니저(11c)는 포그 매니저(20)들과 정보를 공유하며, 모든 포그 디바이스의 관리 운용과 해당 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 수행한다.
보유 리소스 관리부(11)의 서비스 매니저(11d)는 포그 포털(10)을 이용하는 다양한 인터넷 서비스들의 관리를 수행하며, 리소스 사용량, 트래픽 패턴 등 각 서비스들의 특성들을 유지 및 관리한다.
통계 매니저(11e)는 각 모니터링 정보들을 바탕으로 세밀한 통계 정보를 수립 후 관리하며, 서비스 관리자들로 하여금 자신의 서비스가 발생시키는 트래픽 패턴, 리소스 사용량 등을 상세하게 조회할 수 있게 한다.
빌링 매니저(11f)는 포털 서비스 사용량에 따른 요금 계산, 조회 등을 담당한다.
인터페이스 제공부(12)는 포그 API(12a)와 서비스 API(12b)로 나눠지며, 포그 API(12a)는 각 로컬 네트워크 내에 위치한 SDN 제어기(30), 포그 매니저(20) 등과 모니터링 정보 공유, 정책 설정, 포그 동작 등의 목적을 가진 통신을 수행한다.
서비스 API(12b)는 서비스 관리자에게 서비스별 모니터링 정보 조회, 통계 분석 정보 조회, 포그 동작 등의 인터페이스를 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템에서의 가장 핵심이 되는 기능인 장비 보유자(40) 또는 사용자와 서비스 관리자 간 중개 서비스는 다음과 같이 동작한다.
도 3은 포그 디바이스가 포그 포털에 등록되는 과정을 순차적으로 나타낸 것이다.
포그 디바이스(60)에 대한 소유권을 가진 장비 보유자(서비스 사용자, 기업용 네트워크 관리자, ISP, 서비스 관리자 등)(50)는 자신이 직접 포그 컴퓨팅에 참여하기 위하여 구매한 포그 스위치 또는 포그 WiFi AP를 네트워크에 연결시킬 수 있다.
그런 다음 장비 보유자(50)는 해당 장비에 대한 정보(MAC 주소, 컴퓨팅 능력, 장비 종류 등)를 포그 포털(90)에 등록한다. 이 등록 절차는 웹 API 또는 네이티브 API를 통해 수행될 수 있다.
이때 새로 연결된 포그 디바이스(60)는 도커 플랫폼과 SDN 에이전트를 탑재하고 있으므로 도커 기반 포그 서버 컨테이너 동작과 SDN 제어기(70)와의 통신이 가능하다.
즉, 새롭게 네트워크에 연결된 것을 로컬 SDN 제어기(70)가 알 수 있으며, 등록 이후 포그 매니저(80)의 명령을 통해 클라우드나 인접 포그 디바이스(60)로부터 포그 서버 도커 이미지를 받아와서 컨테이너 형태로 동작시킬 수 있다.
포그 포털(90)은 새로운 장비가 등록이 되면 해당 장비가 어느 지역의 LAN에서 어떻게 토폴로지를 구성하게 된다는 것을 로컬 SDN 제어기(70)와의 통신으로 알게 되며, 해당 정보를 바탕으로 적절한 포그 매니저(80)에게 장비 보유자(50)가 등록 시 제공한 정보를 알려준다.
포그 디바이스(60)의 등록 절차가 완료되면 SDN 제어기(70)는 네트워크 상태 정보를, 포그 매니저(80)는 컴퓨팅 리소스 상태 정보를 각각 모니터링하여 주기적으로 로컬 네트워크 내 모든 포그 디바이스(60)의 상태를 포그 포털(90)로 보고한다.
포그 포털(90)은 해당 정보를 분석 및 가공하여 IoT 서비스 관리자에게 제공할 수 있다.
도 4는 IoT 서비스 관리자가 포그 서버를 배포하는 과정을 나타낸 것이다.
포그 포털(90)은 각 로컬 네트워크에 위치한 SDN 제어기(70)와 포그 매니저(80)로부터 각각 네트워크 모니터링 정보와 컴퓨팅 리소스 정보를 주기적으로 보고받는다.
포그 포털(90)에서 제공하는 API를 통해 IoT 서비스 관리자(100)는 자신의 서비스와 관련된 네트워크 별 사용량을 인지하게 된다.
서비스 관리자(100)가 특정 지역에서 자신의 서비스로 인한 트래픽이 폭증을 하는 등의 이상 현상을 발견하면 해당 지역의 서비스 사용자들의 사용자 경험이 매우 저하되었다고 판단을 내릴 수 있다.
또는 실시간 처리를 요구하는 새로운 서비스를 도입하거나, 사용자로부터의 직접적인 포그 서버 설치 요구를 포그 포털(90)을 통해 인지할 수 있다.
서비스 관리자(100)는 포그 서버 설치와 관련된 결정자가 되며, 필요하다고 판단되면 기능의 일부 또는 전부를 포그 서버에서 처리하도록 포그 서버를 구현한다.
이때 개발된 포그 서버는 도커 이미지 형태로 구현되며, 이는 각 포그 디바이스들은 멀티 플랫폼 형태를 띠고 있으므로 그로 인한 운영체제 의존성을 제거하여 손쉬운 배포가 가능하게 하기 위해서다.
도커 이미지 형태의 포그 서버의 개발 및 테스트가 완료되면, 서비스 관리자(100)는 포그 포털(90)을 통해 특정 지역에 포그 서버를 배포하겠다는 의도를 전달하며, 포그 포털(90)은 해당 지역 내 포그 매니저(80)에게 담당 로컬 네트워크 내에서 포그 서버를 배치할 적절한 포그 디바이스(60)를 설정하라는 명령을 전달한다.
포그 매니저(80)는 특정한 포그 서버 배치 알고리즘에 의해 배치 위치를 결정하고 리소스 할당을 수행한 후, 선택된 포그 디바이스(들)에게 포그 서버 도커 이미지의 다운로드 위치와 도커 컨테이너 실행을 위한 옵션을 전달한다.
포그 디바이스(60)는 단수 또는 복수개가 선택될 수 있다.
포그 디바이스(60)는 명령을 수신하면 지정된 도커 이미지 다운로드 위치로부터 포그 서버 이미지를 다운로드 받아서 지정된 옵션의 도커 컨테이너로 실행한다.
실행이 이상 없이 완료되면 즉시 포그 매니저(80)에게 보고하며, 포그 매니저(80)는 포그 서버 실행 완료를 체크 후 SDN 제어기(70)에게 해당 서비스 트래픽을 신규 생성된 포그 서버로 향하도록 패킷 프로세싱 및 라우팅을 수행해달라는 메시지를 전달한다.
SDN 제어기(70)는 플로우 테이블 수정을 통해 전달받은 내용대로 특정 플로우를 지정된 포그 디바이스(60)로 향하도록 또는 거쳐서 게이트웨이로 향하도록 라우팅을 수행한다.
이후, 해당 지역 내 서비스 사용자는 포그 컴퓨팅의 영향권 아래 놓이게 되어 더욱 빠른 서버 응답 속도와 실시간 서비스 지원 등 높은 사용자 경험이라는 결과를 보이게 된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템 및 그의 제어 방법은 포그 컴퓨팅의 실제 운용을 위한 중앙 집중식 포그 포털(Fog Portal)을 활용한 제어 구조, 프로토콜 및 그 서버 장치 설계에 관한 것이다.
이를 위하여, 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하며, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 기반 로컬 지역 네트워크(LAN)에서 포그 서버의 배치를 결정할 포그 매니저, LAN의 SDN 제어기와 포그 매니저 간 협업, 그리고 컨테이너 기반 가상화 플랫폼인 도커(Docker)를 활용한 포그 서버의 배포 등의 기능들을 수행한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 포그 포털 20. 포그 매니저
30. SDN 제어기 40. 장비 보유자
41. 포그 스위치 42. 포그 WiFi AP
30. SDN 제어기 40. 장비 보유자
41. 포그 스위치 42. 포그 WiFi AP
Claims (10)
- 각 SDN 기반 로컬 네트워크에 위치한 포그 매니저,SDN 제어기와 정보 공유를 하고, 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털;
SDN 기반 로컬 네트워크에서 포그 서버의 배치를 결정하는 포그 매니저;
로컬 네트워크를 구성하는 SDN 스위치들과 통신하여 소프트웨어 기반 네트워킹을 가능하게 하고, 포그 매니저와 포그 컴퓨팅을 위한 협업을 수행하는 SDN 제어기;
포그 서비스를 받기 위해 설치되는 포그 디바이스들;을 포함하고,
상기 포그 포털의 내부 모듈은, 각 로컬 네트워크 내 SDN 제어기와 통신을 수행하며 포그 컴퓨팅 동작과 관련된 정책 수신과 네트워크 리소스 모니터링 동작을 수행하는 네트워크 매니저와,포그 매니저들과 정보를 공유하며, 모든 포그 디바이스의 관리 운용과 해당 디바이스들의 컴퓨팅 리소스 모니터링을 수행하는 컴퓨팅 매니저 및 디바이스 매니저와,포그 포털을 이용하는 인터넷 서비스들의 관리를 수행하며, 리소스 사용량, 트래픽 패턴의 서비스들의 특성들을 유지 및 관리하는 네트워크 매니저와,각 모니터링 정보들을 바탕으로 통계 정보를 수립 관리하며, 서비스 관리자들이 서비스가 발생시키는 트래픽 패턴, 리소스 사용량을 조회할 수 있도록 하는 통계 매니저와,포털 서비스 사용량에 따른 요금 계산, 조회를 수행하는 빌링 매니저를 갖는 보유 리소스 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 포그 디바이스들은,
포그 서비스를 받고자 하는 개인, 기업용 네트워크 관리자, 또는 서비스 제공자에 의해 설치되는 네트워크 디바이스들로, 포그 스위치나 포그 WiFi AP를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 포그 포털은,
상기 포그 매니저와 포그 서버 배포 및 리소스 모니터링 정보를 공유하고, SDN 제어기와 네트워크 제어 및 모니터링 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 포그 포털은,
SDN 제어기와 포그 매니저 간 협업, 컨테이너 기반 가상화 플랫폼인 도커(Docker)를 활용한 포그 서버의 배포 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 포그 매니저는 로컬 네트워크 내 포그 디바이스 관리를 하고, 포그 서버 인스턴스의 배치, 동적 리소스 할당, 중앙 집중식 로드 밸런싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 포그 매니저는,
가상화된 네트워크 기능(VNF) 형태 또는 SDN 어플리케이션 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 포그 포털의 내부 모듈은,
각 로컬 네트워크 내에 위치한 SDN 제어기,포그 매니저와 모니터링 정보 공유, 정책 설정, 포그 동작을 위한 통신을 수행하는 포그 API와,
서비스 관리자에게 서비스별 모니터링 정보 조회, 통계 분석 정보 조회, 포그 동작을 위한 인터페이스를 제공하는 서비스 API를 갖는 인터페이스 제공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템. - 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털에 포그 디바이스를 등록시키기 위하여,
포그 컴퓨팅에 참여하기 위한 포그 디바이스를 네트워크에 연결하는 단계;
포그 디바이스 정보를 포그 포털에 등록하는 단계;
포그 포털에 새로운 장비가 등록이 되면 해당 장비가 어느 지역의 LAN에서 어떻게 토폴로지를 구성되는지를 확인하여 선정된 포그 매니저에게 포그 디바이스 정보를 제공하는 단계;
포그 디바이스의 등록 절차가 완료되면 SDN 제어기는 네트워크 상태 정보를, 포그 매니저는 컴퓨팅 리소스 상태 정보를 각각 모니터링하여 주기적으로 로컬 네트워크 내 모든 포그 디바이스의 상태를 포그 포털로 보고하는 단계;
보고된 해당 정보를 포그 포털에서 분석 및 가공하여 서비스 관리자에게 제공하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템의 제어 방법. - 포그 컴퓨팅을 위한 스위치 제조사 또는 장비 소유자와 서비스 관리자 간 중개 서비스를 제공하는 포그 포털을 통하여 서비스 관리자가 포그 서버를 배포하기 위하여,
도커 이미지 형태의 포그 서버가 구현되면, 포그 포털을 통해 특정 지역에 포그 서버를 배포하겠다는 의도를 전달하는 단계;
포그 포털이 해당 지역 내 포그 매니저에게 담당 로컬 네트워크 내에서 포그 서버를 배치할 포그 디바이스를 설정하라는 명령을 전달하는 단계;
포그 매니저가 배치 위치를 결정하고 리소스 할당을 수행한 후, 선택된 포그 디바이스에게 포그 서버 도커 이미지의 다운로드 위치와 도커 컨테이너 실행을 위한 옵션을 전달하는 단계;
포그 디바이스가 지정된 도커 이미지 다운로드 위치로부터 포그 서버 이미지를 다운로드 받아서 지정된 옵션의 도커 컨테이너로 실행하는 단계;
포그 매니저가 SDN 제어기에게 해당 서비스 트래픽을 신규 생성된 포그 서버로 향하도록 패킷 프로세싱 및 라우팅을 수행해달라는 메시지를 전달하는 단계;
SDN 제어기가 특정 플로우를 지정된 포그 디바이스로 향하도록 라우팅을 수행하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 중앙 집중식 제어 구조 서버를 갖는 포그 컴퓨팅 운용을 위한 시스템의 제어 방법.
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