KR102133509B1 - 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자에게 자신의 디바이스에 대한 운영권을 포털로 위임하도록 유도하기 위하여 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하기 위하여, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부;포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부;해당 네트워크와 연관된 ISP(Internet Service Provider)와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색하는 연관 사업체 검색부;검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하고, OPEX(Operating Expenses) 절감분에 대한 참여 인센티브 분배를 하는 인센티브 지급 관리부;를 포함하는 것이다.

Description

사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법{System and Methdo for Providing User Incentives in User Participatory Fog Computing Environment}

본 발명은 포그 컴퓨팅에 관한 것으로, 구체적으로 사용자에게 자신의 디바이스에 대한 운영권을 포털로 위임하도록 유도하기 위하여 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

포그 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅 환경에서 IoT(Internet of Things) 서비스가 동작할 때 발생할 수 있는 높은 지연, 컴퓨팅 및 트래픽 부하 집중, 위치 정보 고려 불가 등 다양한 문제를 해결하고자 제시된 새로운 컴퓨팅 모델이다.

이는 클라우드가 제공하던 컴퓨팅, 스토리지, 네트워크와 같은 이전 서비스들을 실제 사용자 또는 사물에 가까운 네트워크 엣지로 확장하는 개념으로, 즉, 클라우드 데이터센터가 담당하던 역할 중 일부를 라우터, 네트워크 스위치, Wi-Fi AP(Access Point), IoT GW(Gateway), 이동 통신 기지국 등 지리적으로 분산된 수많은 물리적 네트워크 장비에서 수행하는 것이다.

따라서, 포그 컴퓨팅을 적용할 시 클라우드 기반의 모든 장점을 취하면서도 자연스럽게 네트워크 서비스의 응답시간을 감소시키고 실시간 서비스 지원이 가능해지며 위치/지리적 특성을 반영한 서비스 제공이 가능해진다.

예를 들어, 자율 주행 차량 등에 탑재되는 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)는 인근의 트래픽 정보 또는 공사/사고 등의 이벤트를 인접한 포그 장치로부터 신속하게 수신하여 활용할 수 있다.

차량 유리창의 HUD(Head-Up Display)를 통해 증강현실 정보를 처리할 때에도, 입력되는 영상으로부터 사물 검색 및 특징 추출 등 컴퓨팅 리소스를 많이 요구하면서 동시에 지리적 특성을 활용해야 하는 동작 또한 인접한 포그 장치에 의해 처리될 수 있다.

스마트시티의 재난 감시 서비스에서도, 특정 패턴의 발견은 클라우드 데이터 센터에서 지리적으로 광범위한 센서로부터의 데이터 수집을 통해 장기간에 걸쳐 수행될 수 있고, 패턴 매칭에 따른 액추에이터 동작과 같이 신속함이 요구되는 기능은 포그 디바이스에서 빠르게 수행되도록 구성될 수 있다.

포그 컴퓨팅은 여러 연구와 산업 분야에서 IoT를 포함한 수많은 네트워크 서비스의 품질 향상에 걸맞은 컴퓨팅 모델이라 인정받음에도 불구하고 아직 널리 사용되지 못하고 있다.

핵심 응용 서비스가 없는 것도, 필요성이 부족한 것도 아니지만 특성상 실현가능성 자체가 상당한 도전과제이기 때문이다.

포그 컴퓨팅 인프라를 구축하기 위해서는 네트워크 장비들에서 데이터 처리 및 저장과 같은 기존 클라우드 서버의 역할이 수행되어야 하므로 기존 네트워크 장비의 펌웨어와 하드웨어의 교체가 필연적으로 야기된다.

또한, 포그 컴퓨팅은 엣지 네트워크 장비의 활용을 전제로 하므로 인터넷 서비스 제공자(Internet Service Provider, ISP), 무선 통신 사업자(Wireless Carrier), 스위치 제조사(Switch Vendor)가 단독 또는 협업의 형태로 인프라 구축의 주체가 될 수 있다.

클라우드의 기능들을 엣지 네트워크로 확장한다는 측면에서는 클라우드 사업자가 실현 주체가 될 수 있고, 네트워크 서비스 자체의 기능 확장이라는 측면에서 바라본다면 네트워크 서비스 사업자가 직접 포그 컴퓨팅의 실현 주체가 될 수도 있다.

하지만, 네트워크 인프라로서의 포그 컴퓨팅은 범용성을 가져야 한다.

즉, 네트워크 서비스 사업자가 포그 컴퓨팅 서비스를 제공하기 위해 목표 지역에 직접 포그 디바이스를 광범위하게 설치하는 것도, 인프라 사업자가 수익성이 보장되지 않는 곳에 포그 디바이스를 직접 설치하는 것도 실현 가능성이 낮고, 설치된 포그 디바이스들의 리소스 관리 주체가 명확하지 않다.

대한민국 등록특허 제10-1574026호 대한민국 공개특허 제10-2015-0120555호 대한민국 공개특허 제10-2016-0080239호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 포그 컴퓨팅 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 사용자에게 자신의 디바이스에 대한 운영권을 포털로 위임하도록 유도하기 위하여 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자에게 인센티브를 제공하여 인프라 구축을 활성화하여 포그 컴퓨팅 서비스를 통한 성능을 향상시킬 수 있도록 한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 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 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치는 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하기 위하여, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부;포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부;해당 네트워크와 연관된 ISP(Internet Service Provider)와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색하는 연관 사업체 검색부;검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하고, OPEX(Operating Expenses) 절감분에 대한 참여 인센티브 분배를 하는 인센티브 지급 관리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치는 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하기 위하여, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부;포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부;해당 네트워크를 담당하는 포그 매니저에게 연결된 디바이스의 정보를 전달하는 디바이스 정보 전송부;해당 네트워크 내 포그 컨테이너 재배치가 필요한지를 분석하는 포그 컨테이너 관리부;포그 컨테이너 관리부의 분석 결과에 따라 네트워크 내 공유 인센티브 지급량을 최소화할 수 있도록 컨테이너 배치 프로세스를 수행하는 재배치 관리부;재배치 관리부의 컨테이너 배치 프로세스 결과에 따라 공유 인센티브를 지급하는 인센티브 지급관리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법은 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하기 위하여, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하면, 포그 포털이 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하는 단계;해당 네트워크와 연관된 ISP와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색하는 단계;검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하는 단계;OPEX 절감분에 대한 참여 인센티브 분배 시 참여 사용자에게 참여 인센티브를 지급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법은 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하기 위하여, 사용자가 포그 장치를 등록하면 포그 포털은 로컬 네트워크를 파악하고, 해당 네트워크를 담당하는 포그 매니저에게 연결된 디바이스의 정보를 전달하는 단계;포그 매니저가 해당 네트워크 내 포그 컨테이너 재배치가 필요한지를 분석하는 단계;포그 컨테이너 재배치가 필요하면, 네트워크 내 공유 인센티브 지급량을 최소화할 수 있도록 컨테이너 배치 프로세스를 수행하고, 결과에 따라 공유 인센티브를 지급하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 사용자에게 자신의 디바이스에 대한 운영권을 포털로 위임하도록 유도하기 위하여 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한다.

둘째, 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하고, 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하여 사용자들의 적극적인 참여로 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하다.

셋째, 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자에게 인센티브를 제공하여 인프라 구축을 활성화하여 포그 컴퓨팅 서비스를 통한 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 아키텍처 개념을 나타낸 구성도
도 2는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅에서 인센티브 종류와 지급 근거를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 참여 인센티브 지급을 위한 장치를 나타낸 구성도
도 4는 참여 인센티브 지급 절차를 나타낸 플로우 차트
도 5는 본 발명에 따른 공유 인센티브 지급을 위한 장치를 나타낸 구성도
도 6은 공유 인센티브 지급 절차를 나타낸 플로우 차트

이하, 본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 1은 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 아키텍처 개념을 나타낸 구성도이고, 도 2는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅에서 인센티브 종류와 지급 근거를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법은 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자에게 인센티브를 제공하여 인프라 구축을 활성화하여 포그 컴퓨팅 서비스를 통한 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

도 1은 포그 포털이라는 독립적 관리 개체를 기반으로 하는 중앙 집중식 포그 컴퓨팅 아키텍처를 나타낸 것이다.

사용자 참여형 아키텍처로 사용자(개인 또는 공공 시설 관리자)(100)는 직접 포그 디바이스를 구매하여 자신이 속한 로컬 네트워크(300)에 연결하고, 이 새롭게 연결한 포그 디바이스를 포그 포털(200)에 등록하는 방식으로 포그 컴퓨팅 인프라 구축 및 확장에 대한 CAPEX 분담 문제를 해결한다.

서비스 관리자가 서비스에 대한 포그 컨테이너를 특정 지역에 배치하겠다는 결정을 내리면, 그 지역의 로컬 네트워크 내에서 포그 컨테이너 배치 결정을 수행하는 포그 매니저가 해당 서비스의 요구 리소스와 현재 인프라의 리소스 등을 기반으로 컨테이너의 배치 위치를 결정한다.

인프라 구축에 참여한 사용자는 자신의 디바이스에 대한 운용권을 포그 포털 측에 위임함과 동시에 원하는 포그 컴퓨팅 기반 서비스(포그 서비스)를 선언할 수 있다.

이러한 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 아키텍처에서, 포그 포털은 사용자가 포그 컴퓨팅 인프라에 참여하는 가장 궁극적인 목적이 자신이 주로 사용하는 서비스가 포그를 활용하여 성능이 향상되길 기대하는 것이라 가정한다.

이 가정 하에서, 사용자는 포그 컴퓨팅 서비스를 통한 성능 향상을 체감하기 위해, 또는 포그 컴퓨팅만을 기반으로 동작하는 서비스를 사용하기 위해 포그 디바이스를 구매하여 설치한다.

예를 들어, 개인 사용자는 자신의 집에서 스마트홈 서비스를 사용하기 위해 Wi-Fi AP나 스위치 형태의 포그 디바이스를 구매/설치하여 스마트홈 서비스를 선언할 수 있으며, 이때의 포그 디바이스는 네트워크를 제공함과 동시에 스마트홈 허브로서의 역할을 수행한다.

이와 유사하게, 사용자는 높은 사양을 요구하는 스마트폰 3D 게임을 가정 내에서 원활하게 가동하기 위하여 포그 디바이스의 컴퓨팅 리소스를 임대할 수 있으며, 헬스케어, 원격진료, 영상 보안 서비스, 전력 측정 서비스의 운용 장비로서 포그 디바이스를 활용하게 된다.

하지만 실질적으로 사용자가 포그 서비스를 받기 위해 참여한다는 가정만으로는 참여율을 높이는 데 한계가 있을 수 있다.

이와 같은 구축 모델에서는 인프라 사업자 또는 네트워크 서비스 제공자가 직접 포그 디바이스를 설치하여 운용하면서 포그 서비스를 제공할 수 있으며, 또한 만약 고급 사용자인 경우, 포그 포털에 등록하지 않고서도 자신의 집에 포그 디바이스를 설치하여 직접 포그 컨테이너 등을 운용할 수도 있다.

이 경우들은 분명한 한계는 존재하지만 불가능성을 내포하진 않는다. 이러한 구축 모델과 비교하였을 때, 포그 포털이 리소스 중개 등의 역할을 수행하기 위하여 기존 디바이스에 대한 운영권을 획득한다면, 사용자로 하여금 자신의 디바이스가 예기치 않는 시점에 동작한다든지, 보안 위협에 노출된다든지, 또는 전력 사용량이 상당히 발생한다든지 등의 불필요한 동작 또는 불이익을 야기할 수 있으며, 이는 곧 참여율의 저하로 이어지게 된다.

따라서, 사용자에게 자신의 디바이스에 대한 운영권을 포털로 위임하도록 유도하기 위해서는 적절한 인센티브가 지급되어야 한다. 즉, 인센티브는 사용자 참여 특성에 있어 필수불가결한 요소라 할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자에게 인센티브를 제공하여 인프라 구축을 활성화하여 포그 컴퓨팅 서비스를 통한 성능을 향상시키기 위한 것이다.

포그 컴퓨팅은 다양한 사업자의 이해관계가 얽혀 있는 아키텍처이며, 따라서 인센티브 또한 마찬가지로 복잡한 관계를 형성할 수 있다.

도 2는 참여 사용자에게 지급되는 인센티브 종류를 나타낸다.

지급 방법 및 기준은 누가, 왜, 무엇을 기준으로, 누구에게 인센티브를 지급하는가를 정의한다.

참여 사용자에게 지급되는 인센티브의 지급 주체는 참여하지 않은 사용자(Non-participating User, NU), 자신의 제공 리소스를 초과하여 사용한 참여 사용자(Excessive Participating User, EPU), 네트워크 인프라 사업자, 클라우드 사업자, 그리고 포그 포털이 될 수 있으며, 각각은 각 기준에 따라 인센티브를 지급한다.

인센티브 종류는 참여 인센티브와 공유 인센티브로 분류할 수 있다.

참여 인센티브란 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 인센티브를 의미한다.

포그 컴퓨팅은 글로벌 환경에서 발생할 네트워크 서비스의 트래픽을 효과적으로 로컬 네트워크 내에서 처리할 수 있는 능력을 갖추고 있다.

이는 ISP, Wireless Carrier와 같은 네트워크 인프라 사업자뿐만 아니라 클라우드 사업자의 인프라 사용률을 상당히 절감할 수 있으며, 이는 곧 유지보수비용(Operating Expenses, OPEX)의 절감으로 이어진다.

이러한 인프라 사업자들은 포그 디바이스를 설치하고 등록한 참여 사용자에게 절감된 OPEX 일부를 환급 형태로 제공할 수 있다. 하지만, 특정 참여 사용자가 자신의 OPEX 절감에 얼마나 기여했는지를 분석하는 것은 매우 어려운 일이다.

참여 사용자가 제공한 포그 디바이스의 성능, 해당 사용자가 사용한 리소스, 네트워크 사용량, 사용한 네트워크 서비스의 특성 등을 참여 사용자별로 모두 고려해야 하며, 게다가 포그 매니저에서 주기적으로 수행되는 컨테이너 배치 작업은 이 분석의 난도를 더욱 높이는 데 일조한다.

따라서, 인프라 사업자들에 한해 이상적인 인센티브 지급 기준은 디바이스 성능이나 사용량과 관계없이 모든 참여 사용자에게 OPEX 절감분 일부를 균등하게 배분하는 것이다.

포그 포털은 네트워크 서비스 사업자로부터 월 사용료 등의 형태로 매출을 발생시키며, 이 매출에는 크라우드펀딩과 같이 참여 사용자들 각각의 지분이 상당히 존재하게 될 것이다.

따라서 포털은 참여 사용자들에게 순이익 일부를 인센티브 형태로 지급해야 하며, 이것 또한 참여 인센티브에 포함된다.

참여 사용자들은 다양한 성능의 포그 디바이스를 설치할 수 있으며, 디바이스의 리소스를 얼마나 공유할 것인지에 관한 정책을 결정한다.

이때 공유 정책에 따라 포털의 운용 방식은 상당히 달라지는데, 만약 사용자가 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하겠다고 설정하면 포털은 더 많은 네트워크 서비스를 해당 네트워크에 진입시킬 수 있으며 수익성 또한 증가하게 된다.

또한, 컨테이너 배치와 같은 운용 측면에서 유연성 및 탄력성이 증가하게 된다. 반면 사용자가 자신이 사용하는 서비스를 초과하는 리소스는 임대하지 않는다고 설정한다면, 해당 사용자가 직접 선언한 서비스 외에 다른 서비스를 네트워크에 진입시킬 리소스가 부족할 수도 있게 되며, 컨테이너 배치 유연성도 비교적 저하된다. 따라서 포그 포털이 제공하는 참여 인센티브는 디바이스의 성능이 아닌, 참여 사용자의 인프라에 대한 리소스 제공량에 비례하여 지급된다.

참여 인센티브 외에 공유 인센티브도 운영의 탄력성을 위해 필수적이다.

특히, NU나 EPU를 지원하기 위해서는 기존 참여 사용자에게 적절한 인센티브를 지급하는 것이 필수적이다.

NU란 연결하여 등록한 포그 디바이스가 없는 사용자를 의미하며, 이러한 사용자가 포그 서비스를 사용하고자 할 때는 포그 포털에 사용량에 비례하는 사용료를 지불한다.

EPU란 자신이 보유한 포그 디바이스 성능 그 이상을 요구하는 네트워크 서비스를 사용하고자 하는 참여 사용자를 의미하며, 마찬가지로 다른 사용자의 디바이스의 리소스를 사용할 때 포그 포털에 자신이 제공한 리소스를 초과하는 사용량에 비례하는 사용료를 지불한다.

포털은 이렇게 징수한 사용료를 여분의 리소스가 있는 디바이스를 보유한 참여 사용자에게, 임대한 리소스에 비례하여 지급한다.

이때, 로컬 네트워크 내 포그 매니저는 인센티브 수익을 최대화할 수 있도록 컨테이너를 배치한다.

즉, 징수 사용료가 동일한 시점에서 참여 사용자의 디바이스 리소스를 최소한으로 사용하도록 컨테이너를 배치한다.

이러한 방식으로, 사용자 간 인센티브는 워크로드 또는 저장소 사용량을 기준으로 사용료를 징수하여 인센티브를 지급한다.

표 1은 각 사용자 분류별 인센티브 지급 기준을 요약하여 나타낸다.

미참여 사용자는 참여 인센티브를 받을 수 없으며, 서비스 사용에 따라 포그 포털에 사용료를 지불한다.

리소스 초과 참여 사용자는 참여 인센티브를 받을 수 있지만, 타 사용자의 리소스 일부를 사용하므로 초과 사용분에 대한 사용료를 지불한다.

참여 사용자는 모든 참여 인센티브를 받으며, 공유 인센티브의 경우 컨테이너 배치 결과 자신의 디바이스에서 다른 사용자를 위한 컨테이너를 운용할 경우 해당 사용량에 비례하여 인센티브를 받는다.

도 3은 본 발명에 따른 참여 인센티브 지급을 위한 장치를 나타낸 구성도이고, 도 4는 참여 인센티브 지급 절차를 나타낸 플로우 차트이다.

도 3에서와 같이, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부(30)와, 포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부(31)와, 해당 네트워크와 연관된 ISP와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색하는 연관 사업체 검색부(32)와, 검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하고, OPEX 절감분에 대한 참여 인센티브 분배를 하는 인센티브 지급 관리부(33)를 포함한다.

참여 인센티브 지급 절차는 도 4에서와 같이, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하면(S401), 포그 포털은 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악한다.(S402)

이어, 해당 네트워크와 연관된 ISP와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색한다.(S403)

ISP는 해당 네트워크의 인프라 관리자가 될 것이며, 클라우드 사업체는 트래픽 분석을 통해 동 네트워크로부터의 트래픽 양과 워크로드를 파악하여 결정된다.

검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하며, 이후 OPEX 절감분에 대한 참여 인센티브 분배 시 참여 사용자는 참여 인센티브를 지급받게 된다.(S404)

공유 인센티브 지급에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 공유 인센티브 지급을 위한 장치를 나타낸 구성도이고, 도 6은 공유 인센티브 지급 절차를 나타낸 플로우 차트이다.

도 5에서와 같이, 사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부(51)와, 포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부(52)와, 해당 네트워크를 담당하는 포그 매니저에게 연결된 디바이스의 정보를 전달하는 디바이스 정보 전송부(53)와, 해당 네트워크 내 포그 컨테이너 재배치가 필요한지를 분석하는 포그 컨테이너 관리부(54)와, 포그 컨테이너 관리부(54)의 분석 결과에 따라 네트워크 내 공유 인센티브 지급량을 최소화할 수 있도록 컨테이너 배치 프로세스를 수행하는 재배치 관리부(55)와, 재배치 관리부(55)의 컨테이너 배치 프로세스 결과에 따라 공유 인센티브를 지급하는 인센티브 지급관리부(56)를 포함한다.

공유 인센티브 지급 절차는 도 6에서와 같이, 사용자가 포그 장치를 등록하면(S601) 포그 포털은 로컬 네트워크를 파악하고(S602), 해당 네트워크를 담당하는 포그 매니저에게 연결된 디바이스의 정보를 전달한다.(S603)

이어, 포그 매니저는 해당 네트워크 내 포그 컨테이너 재배치가 시급히 필요한지를 분석한다.(S604)

포그 컨테이너 재배치 프로세스는 비용이 높을 수 있으므로 당장 필요하지 않다면 다음 주기에 재배치를 예약한 후 종료된다.(S607)

만약 필요하다면, 네트워크 내 공유 인센티브 지급량을 최소화할 수 있도록 (포그 포털의 수익을 최대화할 수 있도록) 컨테이너 배치 프로세스를 수행하며(S605), 해당 결과에 따라 공유 인센티브를 지급하게 된다.(S606)

포털은 리소스 요구 사용자와 참여 사용자 간 리소스 공유에서 어떠한 수수료도 취하지 않으며, 포털은 단지 포그 매니저의 컨테이너 배치 최적화 시 감소하는 전력 소모량에 대한 수익만을 취한다.

즉, 포털은 전력 소모량을 최소화함으로써 자신이 가져가는 임대 수익을 최대화할 수 있다.

인센티브 최소화 컨테이너 재배치 수행 절차에 있어, 포그 매니저는 리소스 임대 수익이 고정된 상황에서 공유 인센티브 지급량을 최소화함으로써 포그 포털의 수익을 최대화할 수 있다.

특정 네트워크 내에서 하나의 서비스는 여러 대의 포그 디바이스에서 동작하는 여러 개의 포그 컨테이너에 의해 포그 서비스를 제공할 수 있다.

특정 시점에 하나의 컨테이너는 하나의 디바이스에서만 동작하며, 하나의 디바이스는 여러 컨테이너를 운용할 수 있다.

각 컨테이너는 사용자들의 서비스 요청에 적절한 값 또는 동작으로 대응하며, 단일 사용자로부터의 단일 요청을 여러 컨테이너에 걸쳐 대응하지는 않는다.

즉, 여러 포그 서비스를 사용하는 특정 사용자는 여러 포그 디바이스와 통신하지만, 각 서비스 요청은 하나의 디바이스에서만 처리된다.

이때 이항값을 가지는 3차원 행렬 형태의 선택 변수

를 정의할 수 있으며, 이것은 사용자 u의 서비스 s에 대한 트래픽은 디바이스 d로 가는지 여부를 나타낸다.

리소스 사용량의 기준이 되는 워크로드는 CPU, 메모리, 입출력 작업량으로 정의될 수 있지만, 서비스의 종류에 따라 각각 사용하는 리소스가 상이할 수 있으므로 여기서는 워크로드를 대변할 수 있는 전력 사용량을 리소스 사용량으로 표현한다.

단, 이 전력 사용량은 워크로드를 정규화할 수 있는 다른 값으로 사용하여도 무방하다.

특정 서비스의 포그 컨테이너는 앞서 설명한대로 여러 개로 존재할 수 있다.

이때, 사용자의 요청에 대한 직접적 응답을 수행하는 컨테이너를 어플리케이션 컨테이너, 그 외 해당 서비스에 대해 방화벽, 데이터베이스, 로드밸런서 등 어플리케이션 컨테이너가 동작하는 데에 부가적인 기능을 제공하는 컨테이너들을 기능 컨테이너라 한다.

기능 컨테이너는 어플리케이션 컨테이너가 동작하는 모든 포그 디바이스에서 동작해야 하며, 즉, 특정 디바이스 내에 특정 서비스의 어플리케이션 컨테이너가 동작하지 않는다면 기능 컨테이너 또한 존재하지 않고, 어플리케이션 컨테이너가 동작한다면 어플리케이션 컨테이너 개수와 상관없이 기능 컨테이너들은 1개씩 동작해야 한다.

선택 변수는 특정 사용자가 트래픽을 발생시키는 서비스에 대해서는 어떤 디바이스에 대해서건 반드시 하나가 설정되어야 하며, 이는 수학식 2에서와 같이 정의된다.

여기서

는 사용자 u가 서비스 s의 컨테이너에 대해 발생시킨 초당 평균 트래픽을 나타내며,

는 트래픽 벡터 집합을 나타낸다.

그리고 모든 서비스에 대해, 모든 사용자가 특정 디바이스에 대해 발생시킨 트래픽으로 인한 워크로드의 합은 해당 디바이스의 총 워크로드보다 작으며, 다음과 같은 관계가 성립한다.

여기서

는 기능 컨테이너의 트래픽 당 워크로드를,

는 서비스 s의 어플리케이션 컨테이너의 트래픽 당 워크로드를 나타낸다.

는 서비스 s가 사용하는 기능 컨테이너 개수를 나타내며, 기능 컨테이너의 트래픽 당 워크로드는 서비스에 따른 유의미한 차이가 없다.

포그 매니저는 사용자별 서비스 사용량을 고려하여 네트워크 내 포그 컴퓨팅으로 인한 전력 소모량을 최소화하도록 컨테이너를 배치한다. 디바이스 d에서 소모되는 전력 소모량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서

는 디바이스 d에서 동작하는 모든 컨테이너들의 유휴 상태 포함 기본 전력 소모량을,

는 활성화된 컨테이너의 전력 소모량을,

는 통신에 의한 전력 소모량을 각각 나타낸다. 각 수치는 아래와 같이 표현할 수 있다.

여기서

은 디바이스 d의 각 동작별 전력 효율을 나타낸다.

만약 포그 매니저의 컨테이너 배치 동작이 없다면 모든 사용자들에 대해 자신이 사용하는 모든 서비스의 컨테이너들은 모두 자신이 설치한 자신의 디바이스에서만 동작할 것이다.

이때, 해당 디바이스가 소모하는 전력량은 디바이스 보유자(사용자)의 서비스 사용에 의한 전력 소모량과 동일하다.

즉, 이와 같은 추정 전력 소모량을 사용하여 특정 사용자의 리소스 사용량을 추정할 수 있다. 이는 아래와 같이 표현되고 공식화할 수 있다.

이와 같은 수학식을 사용하여 워크로드에 따른 전력 소모량을 기반으로 공유 인센티브를 정의할 수 있다.

자신의 디바이스 리소스를 다른 사용자에게 제공하는 참여 사용자에게 지급되는 인센티브 량은 아래와 같이 정의된다.

사용자 u와 디바이스 d는 일대일 관계를 가지므로, 만약 디바이스 d가 해당 사용자 u의 사용량보다 더 많은 워크로드를 운용할 경우에는 사용자 u에게 인센티브가 지급되며, 그렇지 않으면 지급되지 않는다.

징수 사용료가 트래픽 벡터

에 의해 정의되는 상황에서 공유 인센티브를 최소화하기 위한 최적화 문제는 다음과 같이 정의되며, 이 문제에서 최적 해를 찾음으로 인해 포그 포털의 수익을 최대화할 수 있는 인센티브 지급 방법을 구현한다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치 및 방법은 사용자에게 자신의 디바이스에 대한 운영권을 포털로 위임하도록 유도하기 위하여 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하고, 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하여 효율적인 네트워크 인프라 구축이 가능하도록 한 것이다.

이와 같이, 본 발명은 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자에게 인센티브를 제공하여 인프라 구축을 활성화하여 포그 컴퓨팅 서비스를 통한 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

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.

30. 포그 장치 등록관리부 31. 로컬 네트워크 관리부
32. 연관 사업체 검색부 33. 인센티브 지급 관리부

Claims (16)

1. 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하기 위하여,
   사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부;
   포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부;
   해당 네트워크와 연관된 ISP(Internet Service Provider)와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색하는 연관 사업체 검색부;
   검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하고, OPEX(Operating Expenses) 절감분에 대한 참여 인센티브 분배를 하는 인센티브 지급 관리부;를 포함하고,
   미참여 사용자는 참여 인센티브를 받을 수 없으며, 서비스 사용에 따라 포그 포털에 사용료를 지불하고, 리소스 초과 참여 사용자는 참여 인센티브를 받고, 타 사용자의 리소스 일부를 사용하는 초과 사용분에 대한 사용료를 지불하고, 참여 사용자는 모든 참여 인센티브를 받으며, 공유 인센티브의 경우 컨테이너 배치 결과 자신의 디바이스에서 다른 사용자를 위한 컨테이너를 운용할 경우 해당 사용량에 비례하여 인센티브를 받고,
   포그 포털은 리소스 요구 사용자와 참여 사용자 간 리소스 공유에서 수수료를 받지 않고, 포그 포털은 포그 매니저의 컨테이너 배치 최적화 시 감소하는 전력 소모량에 대한 수익을 갖는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치.
2. 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하기 위하여,
   사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하는 것을 지원하는 포그 장치 등록관리부;
   포그 포털에서 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하도록 하는 로컬 네트워크 관리부;
   해당 네트워크를 담당하는 포그 매니저에게 연결된 디바이스의 정보를 전달하는 디바이스 정보 전송부;
   해당 네트워크 내 포그 컨테이너 재배치가 필요한지를 분석하는 포그 컨테이너 관리부;
   포그 컨테이너 관리부의 분석 결과에 따라 네트워크 내 공유 인센티브 지급량을 최소화할 수 있도록 컨테이너 배치 프로세스를 수행하는 재배치 관리부;
   재배치 관리부의 컨테이너 배치 프로세스 결과에 따라 공유 인센티브를 지급하는 인센티브 지급관리부;를 포함하고,
   미참여 사용자는 참여 인센티브를 받을 수 없으며, 서비스 사용에 따라 포그 포털에 사용료를 지불하고, 리소스 초과 참여 사용자는 참여 인센티브를 받고, 타 사용자의 리소스 일부를 사용하는 초과 사용분에 대한 사용료를 지불하고, 참여 사용자는 모든 참여 인센티브를 받으며, 공유 인센티브의 경우 컨테이너 배치 결과 자신의 디바이스에서 다른 사용자를 위한 컨테이너를 운용할 경우 해당 사용량에 비례하여 인센티브를 받고,
   포그 포털은 리소스 요구 사용자와 참여 사용자 간 리소스 공유에서 수수료를 받지 않고, 포그 포털은 포그 매니저의 컨테이너 배치 최적화 시 감소하는 전력 소모량에 대한 수익을 갖는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 참여 사용자에게 지급되는 인센티브의 지급 주체는,
   참여하지 않은 사용자(Non-participating User, NU), 자신의 제공 리소스를 초과하여 사용한 참여 사용자(Excessive Participating User, EPU), 네트워크 인프라 사업자, 클라우드 사업자, 포그 포털의 어느 하나 또는 이들의 조합이고, 각각 서로 다른 기준으로 인센티브를 지급하는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치.
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5. 삭제
6. 제 2 항에 있어서, 컨테이너 배치 프로세스를 수행하는 절차에서,
   포그 매니저는 리소스 임대 수익이 고정된 상황에서 공유 인센티브 지급량을 최소화하여 포그 포털의 수익을 최대화하는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 장치.
7. 인프라 구축 참여에 대한 대가로 지급되는 참여 인센티브를 제공하기 위하여,
   사용자가 포그 장치를 네트워크에 연결한 후 포그 포털에 등록하면, 포그 포털이 SDN 컨트롤러와의 정보 교환을 통해 해당 장치가 연결된 로컬 네트워크를 파악하는 단계;
   해당 네트워크와 연관된 ISP와 클라우드 사업체를 자신의 리소스 목록에서 검색하는 단계;
   검색된 ISP와 클라우드 사업체들의 참여 인센티브 지급 대상에 사용자를 등록하는 단계;
   OPEX 절감분에 대한 참여 인센티브 분배 시 참여 사용자에게 참여 인센티브를 지급하는 단계;를 포함하고,
   미참여 사용자는 참여 인센티브를 받을 수 없으며, 서비스 사용에 따라 포그 포털에 사용료를 지불하고, 리소스 초과 참여 사용자는 참여 인센티브를 받고, 타 사용자의 리소스 일부를 사용하는 초과 사용분에 대한 사용료를 지불하고, 참여 사용자는 모든 참여 인센티브를 받으며, 공유 인센티브의 경우 컨테이너 배치 결과 자신의 디바이스에서 다른 사용자를 위한 컨테이너를 운용할 경우 해당 사용량에 비례하여 인센티브를 받고,
   포그 포털은 리소스 요구 사용자와 참여 사용자 간 리소스 공유에서 수수료를 받지 않고, 포그 포털은 포그 매니저의 컨테이너 배치 최적화 시 감소하는 전력 소모량에 대한 수익을 갖는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
8. 제 7 항에 있어서, ISP를 해당 네트워크의 인프라 관리자로 결정하고, 클라우드 사업체는 트래픽 분석을 통해 네트워크로부터의 트래픽 양과 워크로드를 파악하여 결정되는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
9. 자신이 사용하는 것 이외의 모든 리소스를 공유하는 사용자에게 지급하는 공유 인센티브를 제공하기 위하여,
   사용자가 포그 장치를 등록하면 포그 포털은 로컬 네트워크를 파악하고, 해당 네트워크를 담당하는 포그 매니저에게 연결된 디바이스의 정보를 전달하는 단계;
   포그 매니저가 해당 네트워크 내 포그 컨테이너 재배치가 필요한지를 분석하는 단계;
   포그 컨테이너 재배치가 필요하면, 네트워크 내 공유 인센티브 지급량을 최소화할 수 있도록 컨테이너 배치 프로세스를 수행하고, 결과에 따라 공유 인센티브를 지급하는 단계;를 포함하고,
   미참여 사용자는 참여 인센티브를 받을 수 없으며, 서비스 사용에 따라 포그 포털에 사용료를 지불하고, 리소스 초과 참여 사용자는 참여 인센티브를 받고, 타 사용자의 리소스 일부를 사용하는 초과 사용분에 대한 사용료를 지불하고, 참여 사용자는 모든 참여 인센티브를 받으며, 공유 인센티브의 경우 컨테이너 배치 결과 자신의 디바이스에서 다른 사용자를 위한 컨테이너를 운용할 경우 해당 사용량에 비례하여 인센티브를 받고,
   포그 포털은 리소스 요구 사용자와 참여 사용자 간 리소스 공유에서 수수료를 받지 않고, 포그 포털은 포그 매니저의 컨테이너 배치 최적화 시 감소하는 전력 소모량에 대한 수익을 갖는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서, 컨테이너 배치 프로세스를 수행하는 절차에서,
    포그 매니저는 리소스 임대 수익이 고정된 상황에서 공유 인센티브 지급량을 최소화하여 포그 포털의 수익을 최대화하는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 특정 네트워크 내에서 하나의 서비스는 여러 대의 포그 디바이스에서 동작하는 여러 개의 포그 컨테이너에 의해 포그 서비스를 제공하고,
    특정 시점에 하나의 컨테이너는 하나의 디바이스에서만 동작하며, 하나의 디바이스는 여러 컨테이너를 운용하는 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
13. 제 9 항에 있어서, 사용자 u의 서비스 s에 대한 트래픽은 디바이스 d로 가는지의 여부를 이항값을 가지는 3차원 행렬 형태의 선택 변수

    

    를 정의하면,
    

    

    인 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 특정 사용자가 트래픽을 발생시키는 서비스에 대한 선택 변수는,
    

    

    으로 정의되고,
    여기서

    

    는 사용자 u가 서비스 s의 컨테이너에 대해 발생시킨 초당 평균 트래픽을 나타내며,

    

    는 트래픽 벡터 집합인 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 모든 사용자가 특정 디바이스에 대해 발생시킨 트래픽으로 인한 워크로드의 합은 해당 디바이스의 총 워크로드보다 작으며,
    

    

    으로 정의되고,
    여기서,

    

    는 기능 컨테이너의 트래픽 당 워크로드,

    

    는 서비스 s의 어플리케이션 컨테이너의 트래픽 당 워크로드,

    

    는 서비스 s가 사용하는 기능 컨테이너 개수인 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 디바이스 d에서 소모되는 전력 소모량은,
    

    

    으로 정의되고,
    여기서,

    

    는 디바이스 d에서 동작하는 모든 컨테이너들의 유휴 상태 포함 기본 전력 소모량,

    

    는 활성화된 컨테이너의 전력 소모량,

    

    는 통신에 의한 전력 소모량인 것을 특징으로 하는 사용자 참여형 포그 컴퓨팅 환경에서 사용자 인센티브 제공을 위한 방법.
    

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