KR102310187B1

KR102310187B1 - 복수의 엣지와 클라우드를 포함하는 분산 컴퓨팅 시스템 및 이의 적응적 지능 활용을 위한 분석 모델 제공 방법

Info

Publication number: KR102310187B1
Application number: KR1020190118453A
Authority: KR
Inventors: 문재원; 금승우; 김영기
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-10-08
Also published as: WO2021060609A1; KR20210036226A

Abstract

본 발명에 따른 복수의 엣지와, 상기 엣지로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 엣지로 전달하는 클라우드를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경에서의 적응적 지능 활용을 위한 모델 제공 방법은, 상기 클라우드에서 상기 수집한 데이터를 위한 모델을 생성하는 단계; 상기 생성된 모델을 모델 저장소에 저장하는 단계; 상기 클라우드에서 상기 엣지로 어플리케이션을 배포하는 단계; 및 상기 엣지가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계를 포함한다.

Description

복수의 엣지와 클라우드를 포함하는 분산 컴퓨팅 시스템 및 이의 적응적 지능 활용을 위한 분석 모델 제공 방법{A DISTRIBUTED COMPUTING SYSTEM INCLUDING MULTIPLE EDGES AND CLOUD, AND METHOD FOR PROVIDING MODEL FOR USING ADAPTIVE INTELLIGENCE THEREOF}

본 발명은 분산 컴퓨팅 환경에서의 적응적 지능 활용을 위한 시스템 및 분석 모델 제공 방법에 관한 것이다.

IoT 기기의 보급으로 인해 다양한 장소에서 IoT 센서로부터 다양한 데이터 수집이 가능해졌다.

수집된 센서 데이터 결과값은 현장에서는 소정의 규칙에 따라 의미를 파악하는 정도의 간단한 분석이 적용되고, 전문적이고 고도화된 분석을 위해서는 수집된 데이터를 클라우드로 보내어 심층 분석하고 그 결과를 다시 사용자에게 전송하는 방식이 보편적으로 이용되고 있다.

이러한 클라우드 기반 분석은 구글 빅쿼리, 아마존 웹서비스 같이, 클라우드 인프라에서 데이터를 관리하고 분석하는 것이 현시점의 보편적인 기술 트렌드이다.

이와 같이 클라우드 컴퓨팅 기술의 발전으로 클라우드를 이용한 데이터 학습 및 분석이 대중화되고 있으나, 여기에는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있다.

- 프라이버시 침해 문제: 개별 데이터를 클라우드로 전송해야 함에 따라 프라이버시 침해 문제가 발생할 수 있음

- 네트워크 의존성: 클라우드에 데이터를 전송한다는 것은 물리/논리적으로 거리가 있는 곳에 데이터를 보내고 그 결과를 받아야 한다는 것이므로 네트워크가 제대로 동작하지 않을 경우에는 서비스 제공이 불가능함

- 네트워크 자원 소모: 네트워크의 성능이 뒷받침된다고 하더라도, 많은 양의 데이터를 전송해야 하기 때문에 대역폭(bandwidth)의 소모가 크며, 많은 자원을 사용할 경우에는 서비스가 어려워질 수 있음

- 반응 속도: 물리적으로 거리가 있는 곳에 데이터를 주고 받아야 하므로 이에 따른 분석 반응 속도가 느려져 빠른 피드백을 요하는 실시간 서비스에는 활용하기가 어려움

한편, 이러한 클라우드 분석의 단점을 극복하기 위해 엣지(edge) 또는 포그(fog) 컴퓨팅이 대안으로 도입되고 있다.

엣지는 클라우드의 물리적 거리와 제약을 극복하기 위해 개발된 것으로, 사용자가 서비스를 이용하는 곳과 가까운 위치에서 프라이빗하게 사용할 수 있는 시스템이다.

엣지는 클라우드와 사용자의 중간 위치에서 필요한 기능을 수행함으로써 클라우드의 단점을 극복할 수 있다.

그러나 이러한 기존의 엣지-클라우드간 협업 분석 프레임워크에서는, 클라우드에서 엣지로 분석 엔진이 단순 배포되어 엣지가 분석 모델(AI 모델 또는 기계 학습 모델)을 활용할 수 있도록 단순 위임하고 있는 한계 때문에, 현재의 엣지 기반 분석은 초기 기술 개발 단계로 범용적이고 간단한 타스크 수행시에는 적합하나 다양한 개별 엣지 특성은 고려할 수 없고 특정 기업의 클라우드 시스템에 종속되는 문제가 있다.

또한, 엣지는 클라우드만큼 프로세싱 성능이 좋지 않고 많은 양의 데이터를 처리하기가 어려워 복잡한 연산 처리가 곤란하고, 각 엣지마다 성능의 차이가 커서 엣지마다 처리할 수 있는 타스크의 개수와 특성이 매우 다르므로 일괄적으로 모델을 배포하는 데 무리가 있다.

한편, 모든 경우에 AI 모델을 설계하고 구현하려면 개발 시간과 전문 지식이 필요하다. 이러한 이유로, 숙련된 AI 모델은 파일에 저장하고, AI 모델을 다른 AI 모델과 비교하며, 새 데이터로 모델을 테스트 하는 등 다양한 용도로 재사용할 수 있어야 한다.

이와 관련하여, TensorFlow나 Caffe와 같은 많은 오픈 소스 기계 학습 라이브러리는 중복 작업을 줄이기 위해 모델 저장 및 복원에 유용한 클래스를 제공한다. 이들은 변수, 그래프 및 그래프의 메타 데이터를 포함해 훈련된 모델 정보를 저장하고 로드할 수 있다.

한편, 기계학습 모델을 바이트 스트림으로 변환하는 메커니즘을 직렬화(Serialization)라고 하며, 역직렬화(Deserialization)는 직렬화(Serialization)된 형식을 사용하여 실제 AI 모델을 메모리에 다시 만드는 역 과정을 말한다.

최근 클라우드 플랫폼은 온라인 기계학습 서비스 호스팅 솔루션을 제공하는데, 퍼블릭 클라우드 환경에서 완전히 훈련된 기계학습 모델을 호스팅할 수 있다. 이러한 서비스의 전제 조건은 지원되는 직렬화된 AI 모델을 먼저 등록하는 것에 있다.

하지만, 이러한 플랫폼은 현재 특정 엣지 장치에 공통의 AI 모델을 등록하고 사용하는 데에 초점이 맞추어져 있다.

엣지 장치는 상대적으로 성능이 낮고 로컬 영역에 위치하며, 개인 정보가 들어있는 데이터를 처리할 가능성이 크다.

따라서 클라우드 플랫폼들은 엣지의 이러한 특성을 고려한 모델 배포 방법을 통해 다양한 비즈니스 영역에서 사용할 수 있도록 해야 한다.

또한, 엣지에서 기계 학습 및 심층 학습 모델을 효율적으로 사용하려면 보다 구조화된 모델 관리 시스템이 필요하다.

본 발명의 실시예는 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 엣지가 AI 모델을 보다 유연하게 선택할 수 있고, 단일 인공지능 모델이 두 개 이상의 부분으로 분할되는 경우 이를 여러 엣지에 분산되어 사용할 수 있도록 하는 분산 컴퓨팅 환경에서의 적응적 지능 활용을 위한 시스템 및 모델 제공 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 엣지와 클라우드 또는 복수의 엣지 간의 원활한 통신 및 협업을 지원하며, 엣지로의 모델의 배포 및 엣지에 의한 모델의 선택이 가능하도록 하는 시스템 및 방법을 제공한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 복수의 엣지와, 상기 엣지로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 엣지로 전달하는 클라우드를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경에서의 적응적 지능 활용을 위한 모델 제공 방법은 상기 클라우드에서 상기 수집한 데이터를 위한 모델을 생성하는 단계; 상기 생성된 모델을 모델 저장소에 저장하는 단계; 상기 클라우드에서 상기 엣지로 어플리케이션을 배포하는 단계; 및 상기 엣지가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계를 포함한다.

일 실시예로, 상기 생성된 모델을 모델 저장소에 저장하는 단계는, 상기 엣지의 서칭에 필요한 메타데이터 정보를 상기 모델에 포함되도록 하여 상기 모델 저장소에 저장할 수 있다.

일 실시예로, 상기 모델 저장소에 저장된 모델은 상기 서칭을 위한 기본 정보, 모델 분할 관련 정보 및 모델 트레이닝 정보를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 서칭을 위한 기본 정보는 모델 사용 비용 정보, 모델 성능 정보, 모델에 요구되는 디바이스 성능 정보 및 개인정보 보호 능력 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 모델 저장소는 상기 모델의 분할 여부 정보, 버전 정보 및 다운로드 파일 정보 중 하나 이상을 포함하고, 상기 엣지가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계는, 상기 모델 저장소에 저장된 정보에 기초하여 상기 엣지가 상기 모델로 액세스 및 다운로드할 수 있다.

일 실시예로, 상기 모델의 분할 여부 정보는 분할되지 않은 전체 모델이 저장된 디렉토리 정보 및 상기 모델이 두 개 이상으로 분할된 모델이 저장된 디렉토리 정보를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 엣지가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계는, 상기 엣지가 상기 매칭되는 모델을 서칭함에 따라, Rest API를 사용하여 상기 서칭된 모델을 다운로드하되, 상기 Rest API는 상기 서칭된 모델의 이름 정보, 버전 정보, 분할 여부 정보 및 해당 모델의 분할된 순서 정보를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 모델 제공 방법은 일 실시예로, 상기 클라우드와 엣지 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해 또는 상기 엣지 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해 상기 복수의 엣지가 상기 다운로드된 모델에 기초하여 각각 또는 협업하여 타스크를 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 복수의 엣지와, 상기 엣지로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 엣지로 전달하는 클라우드를 포함하는 분산 컴퓨팅 시스템은 상기 수집한 데이터의 처리를 위해 모델을 생성하고, 상기 생성된 모델을 모델 저장소에 저장하며, 상기 엣지로 어플리케이션을 배포하는 클라우드, 상기 생성된 모델을 저장 및 관리하는 모델 저장소 및 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 엣지를 포함한다. 이때, 상기 클라우드와 엣지 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해 또는 상기 엣지 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해 상기 복수의 엣지가 상기 다운로드된 모델에 기초하여 각각 또는 협업하여 상기 타스크를 처리한다.

일 실시예로, 상기 클라우드는 상기 엣지의 서칭에 필요한 메타데이터 정보를 상기 모델에 포함되도록 하여 상기 모델 저장소에 저장하되, 상기 메타데이터의 정보는 상기 서칭을 위한 기본 정보, 모델 분할 관련 정보 및 모델 트레이닝 정보를 포함할 수 있다.

일 실시예로, 상기 모델 저장소는 상기 모델의 분할 여부 정보, 버전 정보 및 다운로드 파일 정보 중 하나 이상을 포함하고, 상기 엣지는 상기 모델 저장소에 저장된 정보에 기초하여 상기 모델로의 액세스 및 다운로드할 수 있다.

일 실시예로, 상기 엣지는 상기 매칭되는 모델을 서칭함에 따라, Rest API를 사용하여 상기 서칭된 모델을 다운로드하되, 상기 Rest API는 상기 서칭된 모델의 이름 정보, 버전 정보, 분할 여부 정보 및 해당 모델의 분할된 순서 정보를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 3 측면에 따른 복수의 엣지와, 상기 엣지로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 엣지로 전달하는 클라우드를 포함하는 분산 컴퓨팅 시스템은 상기 클라우드는, 상기 수집한 데이터의 처리를 위해 모델을 생성하는 모델 생성부와, 상기 생성된 모델을 모델 저장소에 저장하는 모델 저장부와, 상기 엣지로 어플리케이션을 배포하는 배포부를 포함하고, 상기 엣지는, 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 모델 다운로드부를 포함한다.

이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 엣지는 고정된 어플리케이션의 특정에 종속되지 않고 능동적으로 원하는 모델을 클라우드 또는 모델 저장소를 통해 선택적으로 사용할 수 있다. 이때, 엣지는 모델의 성능, 목적 및 가격 등의 다양한 조건에 기반한 선택이 가능하다.

또한, 모델과 어플리케이션을 분리하여 엣지로 제공하는 것을 특징으로 하는바, 보다 유연한 이용이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 어플리케이션이 배포된 이후에도 모델 등을 상황에 맞도록 업데이트하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 예를 들어, 종래 기술의 경우는 모델이 고정되어 있기 때문에, 경우에 따라 어떤 엣지에서는 사용이 어려운 문제가 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 엣지가 스스로의 상황 조건에 맞는 모델을 유연하게 선택할 수 있게 된다.

도 1은 클라우드 및 엣지 기반의 컴퓨팅 환경을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 종래 기술과 본 발명의 일 실시예 간의 차이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 컴퓨팅 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 모델 저장소의 구조를 설명하기 위한 일 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 메타데이터 구조의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드 및 엣지를 하드웨어를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 제공 방법의 순서도이다.
도 8은 제 1 실시예에 따른 클라우드-엣지 분산 처리 방법의 개념도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 제 1 실시예의 개념을 구현하기 위한 클라우드-엣지의 예시적 구성도이다.
도 10은 제 2 실시예에 따른 클라우드-엣지 분산 처리 방법의 개념도를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10에 나타낸 제 2 실시예의 개념을 구현하기 위한 클라우드-엣지의 예시적 구성도이다.
도 12는 제 3 실시예에 따른 클라우드-엣지 분산 처리 방법의 예시적 개념도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 제 3 실시예의 개념을 구현하기 위한 클라우드-엣지의 예시적 구성도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 본 발명의 설명에서는 먼저, 클라우드 및 엣지 기반의 컴퓨팅 환경에 대하여 개략적으로 설명하고, 현 기술의 문제점 및 이를 해결하기 위해 엣지에서 모델 저장소에 저장된 모델을 선택하는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 그리고 마지막으로 클라우드 서버에서 엣지로 모델을 배포하는 방법에 대하여 추가적으로 설명하도록 한다.

도 1은 클라우드 및 엣지 기반의 컴퓨팅 환경을 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 컴퓨팅 시스템은, 다수의 IoT 센서(미도시)와 다수의 액추에이터(미도시)가 포함된 포괄적 구성요소인 사물측(Things)(30)에 연결되어 이로부터 각종 데이터를 받고 이로 제어신호를 보내주는 처리를 수행하는 등의 엣지 컴퓨팅을 실행하는 다수의 엣지(Edge)(20: 20a, 20b, 20c, ...)와, 엣지로부터 데이터를 받아 클라우드 컴퓨팅을 실행하고 엣지로 실행 결과를 전달하는 클라우드(Cloud)(10)로 이루어진다.

예를 들면, 사물측(30)의 IoT 센서, 어플리케이션, 사용자 디바이스는 많은 데이터(예컨대, 빅데이터)를 생산한다.

엣지(20)는 기본적으로, 사물측(30)으로부터 데이터(빅데이터) 수집; 빅데이터 활용을 위한 데이터 정제, 빅데이터의 본 처리를 위한 클리닝, 샘플링, 결합 등의 전처리를 수행하고, 그 결과를 클라우드(30)로 전달한다.

엣지(20)의 기능을 다양하게 설계할 수 있는데, 예를 들어, 클라우드(30)로 보내지 않고도 자체적으로 처리하도록 설계할 수도 있고, 상기 기본적 기능만을 수행하고 핵심 타스크는 모두 클라우드(30)로 넘기도록 설계할 수도 있다.

클라우드(30)는 주로 딥러닝 등의 심층 학습 및 그에 관련된 분석, 추론 등을 수행하며 엣지(20)에서 넘겨받은 타스크(들)를 종합적으로 수행하거나 특정 엣지(20)에 타스크를 일부 분배하는 등, 핵심 처리를 수행한다.

클라우드(30)에서 처리된 결과는(또는 엣지(20)에서 자체 처리된 결과는) 사물측(30)의 액추에이터로 인가되어, 상황과 판단에 의거한 IoT 컨트롤이 이루어지게 된다.

본 발명에서와 같이 클라우드와 엣지간의 분산 처리 방법을 구현하기 위해서는 기본적으로 엣지(20)와 클라우드(30) 간에 처리 분배(operation allot)를 하기 위한 분배방식 또는 분배규칙이 필요하다. 이 분배규칙의 설계에 따라 본 발명의 클라우드-엣지 분산 처리 방법은 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.

한편, 클라우드 및 엣지를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경에서 모델을 생성 및 배포하는 종래 기술의 일 예로는 다음과 같다.

아마존은 '머신러닝(기계학습)'을 보다 쉽게 활용할 수 있는 도구인 'AWS 딥렌즈(AWS DeepLense)'를 발표하였다. 또한, 아마존은 '아마존 세이지메이커(Amazon SageMaker)'라는 손쉽게 기계학습 모델을 만들고 학습 및 배포할 수 있는 서비스로 로컬 디바이스에서 머신러닝을 사용할 때 발생하는 어려움을 없애기 위한 기술을 도입하였다.

이와 더불어, Caffe는 Model Zoo에 많은 엔지니어들이 만든 다양한 아키텍쳐와 데이터로 작업한 모델들을 저장하고 이를 제공하는 역할을 수행한다.

또한, 'Amazon Azure machine learning service'는 이미 생성된 모델을 디바이스에 배포, 실행 및 관리하기 위한 방법을 제안하고 엣지에서 사용 가능하도록 하는 기능을 제공한다.

이러한 아마존 등의 대기업들은 엣지에 지능을 부여하여 활용하기 위해 트레이닝된 AI 모델을 디바이스에 배포하는 방법을 취하고 있다.

일 예로, 위 기술들은 일반적으로 다음과 같은 절차를 따른다.

1. 모델 등록(Register the model)

2. 배포 준비(Prepare to deploy(specify assets, usage, compute target))

3. 타겟으로의 모델 배포(Deploy the mode to the compute target)

4. 배포된 모델의 테스트 및 웹사이트 호출(Test the deployed model, also called web site)

이와 같은 종래 기술은, 첫째로 엣지에서 AI 응용 프로그램을 동작시키기 위해 클라우드에서 특정 AI 모델을 포함한 컨테이너를 엣지로 함께 배포하는 것이 일반적이다.

즉, 엣지에서 AI 응용 프로그램을 실행시키려면 특정 AI 모델이 포함된 컨테이너를 클라우드에서 엣지로 배포해야 한다.

이를 위해서는 먼저 모델을 등록하고, 등록된 모델로 어플리케이션을 컨테이너화한 후, 컨테이너를 대상 엣지로 배포해야 한다.

이와 같이 컨테이너화된 응용 프로그램은 특정 AI 모델에 따라 상이하다는 특징이 있다. 예를 들어, 엣지에 대해 한 방향으로 배치되고, 초기 인공지능 모델에 따라 달라지며, 실시간으로 엣지의 상황 변화를 고려하여 수정하기도 쉽지가 않다. 또한, 컨테이너 장치의 AI 모델은 엣지의 성능과 목적에 따라 변경될 수도 없다.

그리고 각각의 엣지는 다양한 성능과 목적을 가지고 있기 때문에, 이러한 엣지에서 AI 학습 모델을 유연하게 사용하기 위해 엣지는 AI 모델을 동적으로 선택할 수 있어야만 한다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예는 AI 모델과 응용 프로그램 컨테이너를 분리하여 엣지 측면에서 올바른 지능을 동적으로 선택할 수 있도록 하는 기능을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 추가적인 모델 저장소와 엣지가 상호 통신함으로써, 응용 프로그램 컨테이너를 통해 직접 최적의 모델을 다운로드할 수 있도록 한다.

둘째로, 종래 기술에 있어 두 개 이상의 어플리케이션 컨테이너를 연결하여 사용하는 경우를 고려한 방법이 필요한 경우가 있다.

즉, 단일 장치는 일반적으로 단일 독립 AI 모델을 사용하나, 성능이 다양한 엣지에서의 추론의 관점에서 모든 장치가 성능 제한으로 인해 특정 AI 응용 프로그램을 실행시킬 수 있는 것은 아니다. 따라서, 하나의 AI 응용 프로그램을 분할하여 여러 엣지에 분산시키는 다른 방법에 대한 고려가 필요하다.

예를 들어, 두 개의 엣지를 A와 B라 가정한다. A는 인증된 장치이지만 성능이 좋지 않은 반면, B는 고성능이지만 사용자에게 인증되지 않은 장치이다. 사용자가 개인 정보 보호 문제로 인해 A에만 데이터를 저장하고 원래 데이터를 처리하도록 허용하면 제한된 성능으로 인해 제대로 타스크를 수행할 수 없는 경우가 있게 된다.

이러한 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 A와 B 간의 공동 작업이다. 개인 정보가 없는 원본 데이터에서 필터링된 기능 정보는 A에서 B로 전송하도록 하고, 선택한 정보를 전송한 후에 B가 이 부분 정보로 작업을 완료할 수 있다. 이러한 공동 작업 시나리오를 통해 다양한 엣지에서 유연한 AI 응용 프로그램을 제작 및 실행시킬 수 있게 된다.

도 2는 종래 기술과 본 발명의 일 실시예 간의 차이점을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 컴퓨팅 환경에서의 적응적 지능 활용을 위한 시스템 및 모델 제공 방법은 엣지에 배포될 컨테이너화된 어플리케이션(Containeraized application)이 주 AI 모델을 고정적으로 포함하지 않으며, 엣지가 모델 저장소에서 필요한 모델을 직접 가져오는 것을 특징으로 한다.

다시 말해, 엣지는 고정된 AI 모델을 클라우드 서버로부터 제공받을 수도 있으나, 서비스의 실시간 필요에 의해 적절한 AI 모델을 모델 저장소로부터 서칭하여 다운로드 및 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 두 개 이상의 엣지 간에 지능을 공유하는 것을 특징으로 한다. 즉, 진화하는 엣지 환경에서 적극적으로 디바이스를 활용하기 위해서 각 엣지 장치 간의 지능을 공유할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 복수의 엣지 간 AI 데이터(AI 모델)와 어플리케이션을 모델 저장소를 통해 공유할 수 있다.

도 2를 참조하면, 종래 기술의 경우(a)에는 모델을 포함한 어플리케이션이 일방적으로 엣지에 배포되나, 본 발명의 일 실시예(b)에 따르면 엣지에 배포된 어플리케이션이 상황을 고려하여 필요한 모델을 모델 저장소에서 서칭 및 제공받는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 컴퓨팅 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분산 컴퓨팅 시스템(100)은 클라우드(10), 모델 저장소(A) 및 복수의 엣지(20)를 포함한다.

클라우드(10)는 엣지(20)로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 엣지(20)로 전달한다. 또한, 클라우드(10)는 수집한 데이터의 처리를 위해 모델을 생성하고, 생성된 모델을 모델 저장소(A)에 저장하며, 엣지(20)로 모델이 포함되지 않은 어플리케이션을 배포한다.

즉, 종래 기술의 경우에는 클라우드가 어플리케이션에 AI 모델을 포함하여 배포하는 것이었으나, 본 발명의 일 실시예는 클라우드(10)가 엣지(20)로 AI 모델이 포함되지 않은 어플리케이션을 배포하고, 엣지(20)는 추후 적합한 AI 모델을 클라우드(10) 또는 모델 저장소(A)를 통해 스스로 서칭하는 것을 특징으로 한다.

모델 저장소(A)는 클라우드(10)에 의해 생성된 모델을 저장 및 관리한다.

도 4는 모델 저장소(A)의 구조를 설명하기 위한 일 예시를 도시한 도면이다.

모델 저장소(A)는 모델의 분할 여부 정보, 모델의 버전 정보 및 다운로드 파일 정보 중 하나 이상의 정보를 포함하도록 구성된다.

일 예시로, 도 4는 수정된 VGG16 모델의 여러 변형된 형태가 저장된 구조를 도시한 것으로서, 각 모델의 구조는 전체(Full) 및 부분(Partial)으로 구분될 수 있다.

Full은 분할되지 않은 일반적인 전체 모델이 저장된 디렉토리 정보를 의미하며, Partial은 두 개 이상으로 분할된 모델이 저장된 디렉토리 정보를 의미한다.

일 실시예로, 이러한 각각의 모델들은 버전 별로 관리될 수 있다.

또한, 하위 폴더에는 저장된 모델의 메타 데이터와 가장자리에서 다운로드할 파일을 설명하는 JSON 파일을 포함하고 있다.

이와 같은 구조를 기반으로, 본 발명의 일 실시예에서의 엣지(20)는 모델 저장소(A)에 저장된 정보에 기초하여 모델로의 액세스 및 다운로드를 할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 엣지(20)는 클라우드(10)로부터 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 모델 저장소(A)로부터 서칭 및 다운로드한다.

이때, 엣지(20)는 특정 어플리케이션에 적합한 모델 하나만을 서칭 및 다운로드할 수 있음은 물론이며, 복수 개의 모델을 서칭 및 다운로드할 수도 있다. 그리고 복수 개의 모델인 경우 엣지(20)는 가장 적합한 모델을 찾아 다운로드할 수 있다.

한편, 일 실시예로 클라우드(10)는 엣지(20)의 모델 서칭에 필요한 메타데이터 정보를 모델에 포함되도록 하여 모델 저장소(A)에 저장할 수 있다.

즉, 엣지(20)가 모델 저장소(A)에 저장된 모델을 서칭하기 위해서 각 모델은 검색에 필요한 메타데이터 정보를 포함하고 있어야 한다.

도 5는 메타데이터 구조의 일 예시를 도시한 도면이다.

메타데이터의 정보는 도 5에 도시된 일 예시와 같이, 서칭을 위한 기본 정보(model_information), 모델 분할 관련 정보(partial_information) 및 모델 트레이닝 정보(training_information)를 포함할 수 있다.

여기에서 서칭을 위한 기본 정보(model_information)는 엣지(20)가 모델 서칭을 하기 위한 기본 정보를 포함한다. 일 예시로, 모델 사용 비용 정보, 모델 성능 정보, 모델에 요구되는 디바이스 성능 정보 및 개인정보 보호 능력 정보 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이를 기반으로 엣지(20)는 자신에게 적합한 모델을 서칭할 수 있다.

구체적으로, 서칭을 위한 기본 정보(model_information)는 서칭과 관련된 다음과 같은 정보 등을 포함할 수 있다.

- 모델이 동작 가능한 최소 사양(GPU 여부/사양, CPU 사양, 최소 메모리 크기 등), 모델의 가격, 모델의 성능, 모델의 목적, 모델의 인풋과 아웃풋의 형식, 모델 공급자 정보, 모델의 처리 속도, 디바이스 간 협력 가능 여부 및 그 정보(Full, Partial)

한편, 본 발명의 일 실시예는 엣지(20)가 매칭되는 모델을 서칭함에 따라, Rest API를 사용하여 서칭된 모델을 다운로드할 수 있다.

이때, Rest API는 서칭된 모델의 이름 정보, 버전 정보, 분할 여부 정보 및 해당 모델의 분할된 순서 정보를 포함할 수 있다.

예를들어,

http://server.com/model?model_name=VGG16&model_version=[v1.0]&partial_mode=Partial&partial_num=1의 형태인 경우, VGG가 16이고, 모델 버전은 1이며, partial_mode는 분할되어 있고, 분할된 첫번째 모델을 다운로드하는 Rest API로 사용될 수 있다.

Name	Required/ Optional	Type	Description	Example
Model_name	Required	String	분류할 수 있고 미래 상태를 예측할 수 있는 여러 AI 모델을 제공함 - 우선, 엣지는 다운로드하기 위해 올바른 모델 이름을 알아야 하며, 어플리케이션 컨테이너는 설명 된 정보를 기반으로 모델을 다운로드하고 관리할 수 있어야 함	model_name=Yolo_v3
Model_version	Optional	String	AI 모델의 버전을 관리함AI 모델이 수정되거나 개선될 수 있기 때문에 변경 내역을 유지해야 함 - 본 발명에서 제안하는 방법으로 해당 모델 버전을 다운로드하여 사용할 수 있음	model_version=[v1.0]
Partial_mode	Required	String	모델에는 Full과 Partial의 두 가지 유형이 있음본 발명에서 제안하는 방법에 따르면 독립적으로 타스크를 수행할 수 있으며. 클라우드/엣지 혹은 엣지/엣지가 협력 하는 것을 지원할 수 있음 - 모델 저장소는 단일 AI 모델 또는 분할된 AI 모델을 제공할 수 있는 것을 특징으로 함	partial_mode=Full
Partial_number	Optional	integer	엣지에 적합한 모델을 다운로드하려면 분할된 순서 정보가 필요함전체 모드(Full) 모델의 경우 부분 번호는 항상 0 - N개로 분할된 모델이 사용될 경우에는 1에서 N까지 설정된 모델 정보가 필요함	partial_number=1

이와 같이 엣지(20)가 어플리케이션 및 이에 매칭되는 하나 이상의 모델을 다운로드하게 되면, 클라우드(10)와 엣지(20) 간의 타스크의 분산 및 협업을 위해, 또는 복수의 엣지(20) 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해, 복수의 엣지(20)가 다운로드된 모델에 기초하여 각각 또는 상호 간에 협업하여 타스크를 처리하게 된다.한편, Partial이라는 하위 디렉토리는 분할된 모델의 데이터를 저장하며, 모델이 여러 엣지(20) 간 협업을 위해 여러 하위 모델로 분할된 후 이를 저장한다. 여기에서 부분 디렉토리(P1, P2)의 세분은 버전별로 그룹화될 수 있다. 또한, 하위 디렉토리에는 분할된 모델의 순서 정보를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 클라우드(10)와 모델 저장소(A)가 도시된 도 3에서는 각각 독립되는 구성인 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 즉, 하나의 서버 내에 복수의 프로그램을 통해 상기 기능이 각각 제공될 수 있음은 물론이며, 복수의 하드웨어로 구성된 서버가 각각 독립적인 서버 컴퓨터로 구성되어 상호 운영되는 형태로 실시될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 클라우드(10) 및 엣지(20)를 하드웨어를 설명하기 위한 도면이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 클라우드(10), 엣지(20)는 도 6에 도시된 바와 같이 통신모듈(110), 메모리(120) 및 상기 메모리(120)에 저장된 프로그램을 실행시키는 프로세서(130)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 통신 모듈(110)은 무선 통신 모듈로 구성됨이 바람직하나 이는 유선 통신 모듈을 배제하는 것은 아니다. 무선 통신 모듈은 WLAN(wireless LAN), Bluetooth, HDR WPAN, UWB, ZigBee, Impulse Radio, 60GHz WPAN, Binary-CDMA, 무선 USB 기술 및 무선 HDMI 기술 등으로 구현될 수 있다. 또한, 유선 통신 모듈은 전력선 통신 장치, 전화선 통신 장치, 케이블 홈(MoCA), 이더넷(Ethernet), IEEE1294, 통합 유선 홈 네트워크 및 RS-485 제어 장치로 구현될 수 있다.

메모리(120)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다. 예를 들어, 메모리(120)는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1 내지 도 6에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.

그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.

이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 분산 컴퓨팅 시스템(100)에서의 적응적 지능 활용을 위한 모델 제공 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모델 제공 방법의 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모델 제공 방법은 먼저, 클라우드에서 수집한 데이터를 위한 모델을 생성한다(S110).

다음으로, 생성된 모델을 모델 저장소에 저장한다(S120).

다음으로, 클라우드에서 엣지로 어플리케이션을 배포한다(S130).

다음으로, 엣지가 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 모델을 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드한다(S140).

상술한 설명에서, 단계 S110 내지 단계 S140는 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 6에서의 분산 컴퓨팅 시스템(100)에 관하여 이미 기술된 내용은 도 7에서의 모델 제공 방법에도 적용된다.

이하에서는 도 8 내지 도 13을 참조하여, 클라우드(10)에서 엣지(20)로 모델을 배포하는 방법에 대하여 추가적으로 설명하도록 한다.

본 발명에서와 같이 클라우드(10)와 엣지(20) 간의 분산 처리 방법을 구현하기 위해서는 기본적으로 엣지(20)와 클라우드(10) 간에 처리 분배(operation allot)를 하기 위한 분배방식 또는 분배규칙이 필요하다. 이 분배규칙의 설계에 따라 본 발명의 클라우드-엣지 분산 처리 방법은 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 설명에서 '처리(operation)'라는 용어는 엣지-클라우드 기반의 IoT 컴퓨팅 환경에서 수행되는 데이터 수집, 가공, 학습, 분석, 추론 등의 행위를 모두 포괄하는 의미로 사용되었으며, 또한, '모델' 또는 '엔진'은 이러한 IoT 처리를 위해 필요한 학습 모델(엔진), 분석 모델(엔진), 추론 모델(엔진), AI 모델 등을 포괄하는 의미로 사용되었다.

제 1 실시예는 클라우드(10)에서 다수의 모델을 생성하고 이들 생성된 모델 중에서 일부를 엣지(20)에 분배하여 엣지(20)에서 '경량' 처리를 수행하도록 하여 엣지-클라우드 분산 처리를 하도록 하는 방식이다. 이러한 개념에 따라 편의상, 제 1 실시예는 '경량 모델 활용을 위한 선택적 모델 분배 기법' 또는 모델 경량화'라고 명명한다.

도 8은 제 1 실시예에 따른 클라우드-엣지 분산 처리 방법의 개념도이다.

도 8에 따르면, 클라우드(10)에서 모델 또는 엔진(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, ...)을 생성한다. IoT 환경상, 엣지(20a, b, c, ...)에서 이러한 모델의 생성 및 학습/분석 처리가 곤란한 경우에, 클라우드(10)에서 본 처리(main operation)를 위한 다수의 모델(엔진)을 생성하고, 엣지(20)에서는 자체 처리가능한 모델만 가져와서(또는 분배받아서) 처리하는 것이다.

클라우드(10)로부터의 모델 분배(allot)는 엣지의 상황(프로세싱 성능, 메모리용량 등)에 따라 엣지(20) 측에서 또는 클라우드(10) 측에서 주도할 수 있다.

엣지의 성능에 따라 엣지에 분배되는 모델의 종류와 수가 달라질 수 있다.

도 8에서는 첫 번째 엣지(20a)에 모델 11a가 한 개 분배되고, 두 번째 엣지(20b)에는 두 개의 모델 11b, 11e가 분배되고, 세 번째 엣지(20c)에는 한 개의 모델 11c가 분배된 예를 나타내었다.

클라우드(10)에서 생성되는 모델은 큰 것, 작은 것, 고성능, 저성능 등 다양한 것들이 있으므로, 이들 모델들 중에서 각 엣지(20)의 성능이나 용량에 맞는 것을 선택하여 그에 적정한 처리 결과를 낼 수 있도록 함으로써 전체 IoT 컴퓨팅 시스템의 효율을 극대화할 수 있도록 한다.

즉, 각 엣지가 자신이 낼 수 있는 최상의 퍼포먼스를 내도록 하기 위하여, 다수의 엣지 간에 모델을 분담하여 처리(distributed operation)하고자 한다.

도 9는 도 8에 나타낸 제 1 실시예의 개념을 구현하기 위한 클라우드(10)-엣지(20) 구성도를 나타낸다. 기본적으로 클라우드(10)에는 클라우드 컴퓨팅부(12)가 있어서 본연의 클라우드 연산(처리)을 수행하며 모델 생성부(14)에서 모델을 생성한다.

즉, 클라우드(10)는 높은 프로세싱 파워와 저장 능력을 바탕으로 대용량 데이터를 저장하며 여러 상황에 맞는 하나 이상의 모델을 생성한다. 또한 엣지(20)에는 엣지 컴퓨팅부(21)가 있어서 엣지(20)에 필요한 연산(처리)을 수행한다.

본 제 1 실시예에 따른 엣지-클라우드 분산 처리를 구현하기 위하여, 클라우드(10)와 엣지(20)에 사전에 정한 모델분배 규칙(13, 22)을 추가하여, 이 규칙에 의거하여 제 1 실시예의 기법을 진행할 수 있다.

엣지(20)의 모델 선택부(23)는 모델분배 규칙(22)을 사용하여 동적으로 변하는 자신의 상황에 따라, 클라우드(10)에서 생성된 어떤 모델을 어떻게 사용할지 판단하여 모델을 선택한다.

엣지(20)에서의 모델 선택은, 1) 엣지(20)의 고정된 프로세스 처리 능력, 2) 실시간으로 가용한(available) 프로세스 자원의 두 가지를 고려하여 처리 가능한 모델과 그 개수를 결정할 수 있다.

엣지(20)가 모델을 선택(23)하면 엣지의 모델분배 규칙(22)에 연동되는 클라우드의 모델분배 규칙(13)에 따라 클라우드(10)의 모델 분배부(15)는 상기 선택된 모델을 해당 엣지(20)로 분배한다. 엣지(20)에는 본연의 엣지 연산(처리)을 수행하는 엣지 컴퓨팅부(21)가 동작하여 분배받은 AI 모델을 이용한 처리를 수행한다.

이와 같이 하나 이상의 모델을 분산처리 규칙에 따라 분담하여 각 엣지(20)는 예측 가능한 경량 모델을 선별적으로 사용함으로써 전체 IoT 시스템의 예측률을 높이고 모든 상황에 플렉서블하게 대응할 수 있게 된다.

이상 및 이하의 실시예 설명에서, 클라우드(10)의 구성요소들을 클라우드 컴퓨팅부(12), 모델 생성부(14), 모델 분배부(15)로, 그리고 엣지(20)의 구성요소들을 엣지 컴퓨팅부(21), 모델 선택부(23)로, '~부'라는 이름으로 명명하였지만, 이는 명확한 설명을 위한 편의적 방편에서 그러한 것일 뿐이다. 비록 이러한 이름들이 물리적 존재 또는 하드웨어장치를 암시할 수도 있겠지만, 이들은 하드웨어장치뿐만 아니라 비물리적 존재 또는 소프트웨어의 기능, 루틴, 처리 단위 등을 의미하기도 함은 당업자에게 자명하다. 이하, 다른 제 2, 제 3 실시예의 경우에도 동일하다.

제 2 실시예는 클라우드와 엣지가 각자 처리한 중간 데이터를 주고 받는 것을 기반으로 한다. 이러한 개념에 따라, 제 2 실시예는 '클라우드-엣지간의 유기적 협업(cooperation)에 기반한 처리 고도화 기법'으로 명명할 수 있을 것이다.

사물측에서 크리티컬한 정보(가령 개인정보, 사진, 음성 등 프라이버시 보호가 필요한 정보)를 클라우드로 보내면 안 될 경우가 있다. 그렇다고 하여 엣지가 정보를 처리하는 것은 그 데이터 크기나 유형 등의 문제로 곤란할 경우가 많다. 엣지는 일반적으로 처리 능력이 약하기 때문이다.

이를 해결하기 위하여, 클라우드는 학습을 통해 점진적으로 분석 엔진(모델)을 최적화하고 엣지에 배포한다.

엣지는 사물측으로부터 수집한 데이터를 분리하여 일부분에 대하여 즉각적으로 일차 학습/분석 또는 전처리를 하여 선별적 데이터를 클라우드로 보낸다.

클라우드는 엣지로부터 전달받은 데이터를 기반으로 본 처리를 진행하여 빠르게 의사 결정된 결과를 엣지로 전달한다.

이와 같이 엣지에서 원래 데이터가 일차 학습 혹은 전처리된 상태로 클라우드로 전송되어 역분석 불가한 형태로 전송됨으로써 개인정보(프라이버시)를 보호할 수 있으면서도, 일차 학습/분석 결과를 클라우드로 보내면서 원래 데이터 보다 더 작은 데이터를 보낼 수 있게 되므로 전송 대역폭을 절약할 수 있다.

도 10은 제 2 실시예에 따른 클라우드-엣지 분산 처리 방법의 개념도이다.

사물측(30)에서 엣지(20)로 크리티컬 정보

(31)를 보내면 엣지(20)는 이 정보 중에서 A와 B를 분리한다.

분리된 일부분, 예를 들어

(32)는 그대로 클라우드(10)로 보내고 엣지(20)에서는 다른 일부분(A 부분)만을 처리하고 그 처리결과인

(33)를 클라우드(10)로 보낸다.

클라우드(10)는 분리되어 받은

(32)와

(33)를 기반으로 처리한 완전한 처리 결과

(34)를 엣지(20)로 보내 준다.

엣지(20)는 이를 받아서 최종 결과 데이터로서 사물측(30)으로 전달한다. 이를 위해 클라우드(10)에서는 사전에 크리티컬 정보(31) 전체를 처리할 수 있는 모델(16), A부분만 처리할 수 있는 모델(16'), B부분만 처리할 수 있는 모델(16")을 생성하며, 엣지(20)가 A부분만을 처리할 수 있도록 모델(16')을 엣지(20)에 분배해 놓는다.

즉, 클라우드(10)는 엣지(20)에게 엣지(20)의 처리 능력에 맞는 역할을 부여하는 것이며, 이 역할 부여는 엣지(20)에 한정된 처리만 하도록 그 범위를 정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 엣지(20)는 크리티컬 정보(31) 전체를 클라우드(10)로 보내지 않으며, 이를 분리하여 엣지(20)와 클라우드(10)가 따로따로 처리하는 협업을 함으로써 프라이버시 침해의 우려를 제거할 수 있다. 따라서 데이터의 분리는 각 분리된 A부분과 B부분만으로는 프라이버시 침해 문제가 일어나지 않는 범위로 수행되어야 할 것이다.

도 11은 도 10에 나타낸 제 2 실시예의 개념을 구현하기 위한 클라우드(10)-엣지(20)의 예시적 구성도를 나타낸다.

여기서도 기본적으로 클라우드(10)에는 클라우드 컴퓨팅부(12)가 있어서 본연의 클라우드 연산(처리)을 수행하며 모델 생성부(14)에서 모델을 생성한다.

즉, 클라우드(10)는 높은 프로세싱 파워와 저장 능력을 바탕으로 대용량 데이터를 저장하고 여러 상황에 맞는 하나 이상의 모델을 생성한다. 또한 엣지(20)에는 엣지 컴퓨팅부(21)가 있어서 엣지(20)에 필요한 연산(처리)을 수행한다.

본 제 2 실시예에 따른 협업 기법을 구현하기 위하여, 클라우드(10)는 AI 모델을 생성하고(14) 이를 엣지(20)로 분배한다(15). 엣지(20)는 사물측으로부터 정보를 수신하면 이를 데이터 분리부(26)에서 프라이버시 문제가 발생하지 않는 범위로 분리하고, 일부에 대해서 즉각적 일차 학습/분석(25) 및/또는 전처리(24)를 수행한다.

그리고 이 즉각적 일차 학습/분석 및/또는 전처리된 일부분의 데이터를 클라우드(10)로 보낸다. 클라우드(10)에서는 생성되어 있는 모델을 이용하여 이 데이터에 대한 본 처리(main operation), 예를 들어, 추론을 진행한다(17).

여기서 즉각 학습(25), 전처리(24), 본 처리(17)는 각각 엣지(20)와 클라우드(10)에서 엣지 컴퓨팅부(21)와 클라우드 컴퓨팅부(12)에 의해 수행되는 처리(operation)의 예를 나타낸 것임을 밝힌다.

이 실시예의 설명에서도 앞에서 언급한 것과 같이 '~부'라는 이름으로 설명한 것은 하드웨어장치의 기능뿐만 아니라 소프트웨어의 기능, 루틴, 처리 단위 등을 의미한다.

제 3 실시예는 클라우드에서 처리해야 할 다수의 타스크를 여러 엣지가 일부씩 분담 처리하는 것으로, '엣지에서의 독립적/유기적 처리가 가능한 처리 모듈화'라 명명할 수 있다.

클라우드는 여러 개의 서로 다른 다양한 기능을 담당하는 모델들을 생성한다. 엣지는 클라우드에서 받은 다양한 모델을 자신의 상태에 맞게 조합적으로 사용하여 처리를 수행할 수 있다.

도 12는 제 3 실시예에 따른 클라우드-엣지 분산 처리 방법의 개념도이다.

클라우드(10)에서 처리해야 할 타스크가 여러 개 있다(a, b, c). 예를 들어 사물측(30)으로부터 사진 정보가 들어올 때 이 사진으로부터 사람을 식별하는 타스크(a), 성별을 파악하는 타스크(b), 나이를 추정하는 타스크(c)라고 가정하자.

각 타스크를 처리하는 모델들이 각각 존재할 수 있다. 엣지(20)의 능력상 이들 타스크를 모두 다 처리할 수 없으므로 엣지(20)별로 필요한 또는 적합한 타스크만 처리하도록 필요한 모델을 분배하고 각 모델에 의해 수행될 타스크를 분배한다.

예를 들어, 도 12에서 첫 번째 엣지(20a)는 타스크 a만, 두 번째 엣지(20b)는 타스크 a와 b만, 세 번째 엣지(20a)는 타스크 a와 c만 처리하도록, 각 엣지(20)와 클라우드(10)는 타스크 분배 규칙(도 13 참조)에 의거하여 각 엣지가 각자에게 분배된 타스크를 처리하도록 한다.

도 13은 도 12에 나타낸 제 3 실시예의 개념을 구현하기 위한 클라우드(10)-엣지(20)의 예시적 구성도를 나타낸다.

여기서도 기본적으로 클라우드(10)에는 클라우드 컴퓨팅부(12)가 있어서 본연의 클라우드 연산(처리)을 수행하며 모델 생성부(14)에서 모델을 생성한다. 즉, 클라우드(10)는 높은 프로세싱 파워와 저장 능력을 바탕으로 대용량 데이터를 저장하고 여러 상황에 맞는 하나 이상의 모델을 생성한다. 또한 엣지(20)에는 엣지 컴퓨팅부(21)가 있어서 엣지(20)에 필요한 연산(처리)을 수행한다.

본 제 3 실시예을 구현하기 위하여, 클라우드(10)와 엣지(20)에 사전에 정한 타스크 분배규칙(19, 27)을 추가하여, 이 규칙에 의거하여 제 3 실시예의 기법을 진행할 수 있다. 엣지(20)는 타스크 분배규칙(27)을 적용하여 자신의 상황에 따라, 클라우드(10)에서 생성된 어떤 타스크를 처리할지(결국 어떤 타스크 처리 모델을 사용할지) 선택하여 클라우드(10)로부터 타스크를 분배받는다(18).

좀 더 구체적으로 엣지(20)가 타스크를 선택하면 엣지의 타스크 분배규칙(27)에 연동되는 클라우드의 타스크 분배규칙(19)에 따라 클라우드(10)의 타스크 분배부(18)는 상기 선택된 타스크(및 그에 따른 모델)를 해당 엣지(20)로 분배한다.

엣지(20)의 엣지 컴퓨팅부(21)는 분배받은 모델을 사용하여 해당 타스크 처리를 수행한다.

이러한 제 3 실시예가 제 1 실시예와 다른점은 같은 목적의 여러 개의 엔진(모델)을 병렬적으로 분담 사용하여 데이터 처리를 하는 것이 아니라, 다른 목적의 타스크를 수행하는 여러 모델들을 시리얼(serial)하게 사용하여 타스크 분담처리를 한다는 것이다. 물론, 타스크의 분담 처리 능력 및 범위는 엣지의 상태(가령, 의사결정 상황)에 따라 달라진다.

이 실시예 설명에서도 앞에서 언급한 것과 같이 '~부'라는 이름으로 설명한 것은 하드웨어장치의 기능뿐만 아니라 소프트웨어의 기능, 루틴, 처리 단위를 의미함은 동일하다.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

엣지 기반 분산 지능 프레임워크 제공: 클라우드와 다양한 엣지 들의 고정/유동적 특성을 고려하여 분석을 위임/공유하고 유기적으로 협업하여 최적의 분석 결과를 도출하며 산업계의 적용 및 응용을 고려한 프레임워크 형태의 제공이 가능해진다.

엣지의 자원과 특성을 고려한 분석 최적화: 폐쇄적인 네트워크 환경과 도메인 의존적이며 고정/유동적 능력이 다양한 엣지의 특성을 고려하여 분석 모델과 성능, 분석 범위를 적응적으로 결정하고 상황에 따라 이를 변경하여 최적의 분석 성능 활용이 가능하다.

엣지 분석 활용성 증대: 엣지 기반 분석 엔진을 손쉽게 활용하고 배포할 수 있도록 주요 기능을 모듈화하여 엣지 분석 활용성이 증대된다.

엣지와 클라우드간 유기적 협업: 이전에는 클라우드는 빅데이터 처리를 위한 인프라로, 엣지는 간단한 서비스를 실행하는 단말로써 각각 독립적으로 타스크를 수행하였고, 엣지-클라우드 간 분석 협업 방식이 1) 일방적으로 클라우드에서 엣지에 추론 엔진을 위임/배포 하거나, 2) 비교적 단순 형태의 사용자 데이터로 엣지 학습 모델을 로컬 최적화하는 방식으로 진행되고 있는 기술 개발 초기 단계였으나, 본 발명에 따르면, 엣지와 클라우드는 상대 디바이스를 보완 혹은 협업하는 매개체로 진화할 것이며 협업을 통해 각 디바이스의 장점을 극대화하고 단점을 보완할 수 있도록 하여 점진적으로 분석 성능을 개선할 수 있다.

엣지-엣지로의 확장: 본 발명 기술은 엣지-클라우드 뿐만 아니라 엣지-엣지 간 분석의 위임, 선택, 배포 등 협업으로 확장 가능하다. 예를 들면, 협업하는 엣지들 사이에서는 임의의 엣지가 주변 엣지가 모델 저장소에 직접 액세스하여 다운로딩 한 분할된 AI모델 또는 단일 AI 모델을 주변 엣지로부터 가지고 올 수도 있다. 다시 말해, 임의의 엣지는 분할된 AI 모델을 모델 저장소로부터 직접 가지고 올 수도 있으나, 자신의 리소스가 늘어나는 경우, AI 모델의 이름, 버전, 분할 여부, 해당 모델의 분할된 순서 정보를 고려하여 적절한 분할된 AI 모델을 주변 엣지로부터 서칭하여 다운로드 및 사용할 수 있다. 이 경우, 엣지들은 자신들이 모델 저장소로부터 직접 가지고 온 AI 모델의 이름, 버전, 분할 여부, 해당 모델의 분할된 순서 정보를 서로 공유할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 클라우드
20: 엣지
30: 사물
A: 모델 저장소
100: 분산 컴퓨팅 시스템
110: 통신모듈
120: 메모리
130: 프로세서

Claims

사물측에 연결되어 데이터를 수집하고 사물측으로 제어신호를 보내주는 다수의 엣지 장치와, 상기 각 엣지 장치로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 각 엣지 장치로 전달하는 클라우드 서버를 포함하는 분산 컴퓨팅 환경에서의 적응적 지능 활용을 위한 분석 모델 제공 방법에 있어서,
클라우드 서버에서 분석 모델을 생성하는 단계;
상기 생성된 분석 모델을 모델 저장소에 저장하는 단계;
상기 클라우드 서버에서 엣지 장치로 어플리케이션을 배포하는 단계; 및
상기 엣지 장치가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 분석 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계를 포함하고,
상기 엣지 장치가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 분석 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계는,
상기 엣지 장치의 프로세싱 성능 및 메모리용량 중 적어도 하나에 따라 결정된 분배규칙에 따라 상기 분석 모델을 서칭 및 다운로드하되, 이 결정된 분배규칙에 따라 상기 클라우드 서버로부터 각 엣지 장치에 분배되는 모델의 종류와 수가 상이한 것을 특징으로 하는 분석 모델 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 생성된 분석 모델을 모델 저장소에 저장하는 단계는,
상기 엣지 장치의 서칭에 필요한 메타데이터 정보를 상기 분석 모델에 포함되도록 하여 상기 모델 저장소에 저장하는 것인 분석 모델 제공 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 모델 저장소에 저장된 분석 모델은 상기 서칭을 위한 기본 정보, 모델 분할 관련 정보 및 모델 트레이닝 정보를 포함하는 것인 분석 모델 제공 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 서칭을 위한 기본 정보는 모델 사용 비용 정보, 모델 성능 정보, 모델에 요구되는 디바이스 성능 정보 및 개인정보 보호 능력 정보 중 하나 이상을 포함하는 것인 분석 모델 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모델 저장소는 상기 분석 모델의 분할 여부 정보, 버전 정보 및 다운로드 파일 정보 중 하나 이상을 포함하고,
상기 엣지 장치가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 분석 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계는, 상기 모델 저장소에 저장된 정보에 기초하여 상기 엣지 장치가 상기 분석 모델로 액세스 및 다운로드하는 것인 분석 모델 제공 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 분석 모델의 분할 여부 정보는 분할되지 않은 전체 분석 모델이 저장된 디렉토리 정보 및 두 개 이상으로 분할된 분석 모델이 저장된 디렉토리 정보를 포함하는 것인 분석 모델 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 엣지 장치가 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 분석 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 단계는,
상기 엣지 장치가 상기 매칭되는 분석 모델을 서칭함에 따라, Rest API를 사용하여 상기 서칭된 모델을 다운로드하되,
상기 Rest API는 상기 서칭된 분석 모델의 이름 정보, 버전 정보, 분할 여부 정보 및 해당 분석 모델의 분할된 순서 정보를 포함하는 것인 분석 모델 제공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 클라우드 서버와 엣지 장치 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해 또는 상기 엣지 장치들 간의 타스크의 분산 및 협업 처리를 위해 둘 이상의 엣지 장치들이 상기 다운로드된 분석 모델에 기초하여 각각 또는 협업하여 타스크를 처리하는 단계를 더 포함하는 분석 모델 제공 방법.
각 엣지 장치로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 각 엣지 장치로 전달하며, 수집한 데이터의 처리를 위해 분석 모델을 생성하고, 상기 생성된 분석 모델을 모델 저장소에 저장하며, 엣지 장치로 어플리케이션을 배포하는 클라우드 서버,
상기 생성된 분석 모델을 저장 및 관리하는 모델 저장소 및
사물측에 연결되어 데이터를 수집하고 사물측으로 제어신호를 보내주며, 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 분석 모델을 상기 모델 저장소로부터 서칭 및 다운로드하는 다수의 엣지 장치를 포함하고,
상기 엣지 장치는 프로세싱 성능 및 메모리 용량 중 적어도 하나에 따라 결정되는 분배규칙에 따라 상기 분석 모델을 서칭 및 다운로드하되, 이 결정된 분배규칙에 따라 상기 클라우드 서버로부터 각 엣지 장치에 분배되는 모델의 종류와 수가 상이한 것을 특징으로 하는 분산 컴퓨팅 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 엣지 장치는 둘 이상의 엣지 장치들을 포함하고,
상기 엣지 장치들은 상기 다운로드된 분석 모델에 기초하여 각각 또는 협업하여 타스크를 처리하는 것인 분산 컴퓨팅 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 클라우드 서버는 상기 엣지 장치의 서칭에 필요한 메타데이터 정보를 상기 모델에 포함되도록 하여 상기 모델 저장소에 저장하되,
상기 메타데이터의 정보는 상기 서칭을 위한 기본 정보, 모델 분할 관련 정보 및 모델 트레이닝 정보를 포함하는 것이고,
상기 서칭을 위한 기본 정보는 모델 사용 비용 정보, 모델 성능 정보, 모델에 요구되는 디바이스 성능 정보 및 개인정보 보호 능력 정보 중 하나 이상을 포함하는 것인 분산 컴퓨팅 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 모델 저장소는 상기 분석 모델의 분할 여부 정보, 버전 정보 및 다운로드 파일 정보 중 하나 이상을 포함하고,
상기 엣지 장치는 상기 모델 저장소에 저장된 정보에 기초하여 상기 분석 모델을 액세스 및 다운로드하는 것인 분산 컴퓨팅 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 분석 모델의 분할 여부 정보는 분할되지 않은 전체 모델이 저장된 디렉토리 정보 및 두 개 이상으로 분할된 분석 모델들이 저장된 디렉토리 정보를 포함하는 것인 분산 컴퓨팅 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 엣지 장치는 상기 매칭되는 분석 모델을 서칭함에 따라, Rest API를 사용하여 상기 서칭된 분석 모델을 다운로드하되,
상기 Rest API는 상기 서칭된 분석 모델의 이름 정보, 버전 정보, 분할 여부 정보 및 해당 분석 모델의 분할된 순서 정보를 포함하는 것인 분산 컴퓨팅 시스템.
사물측에 연결되어 데이터를 수집하고 사물측으로 제어신호를 보내주는 다수의 엣지 장치와 상기 각 엣지 장치로부터 데이터를 받아 처리하고 처리 결과를 각 엣지 장치로 전달하는 클라우드 서버를 포함하는 분산 컴퓨팅 시스템에 있어서,
상기 클라우드 서버는, 데이터의 처리를 위한 분석 모델을 생성하는 모델 생성부와, 상기 엣지 장치로 어플리케이션을 배포하는 배포부를 포함하고,
상기 엣지 장치는, 상기 배포된 어플리케이션에 매칭되는 하나 이상의 분석 모델을 서칭 및 다운로드하는 모델 다운로드부를 포함하고,
상기 엣지 장치는 프로세싱 성능 및 메모리 용량 중 적어도 하나에 따라 결정되는 분배규칙에 따라 상기 분석 모델을 서칭 및 다운로드하되, 이 결정된 분배규칙에 따라 상기 클라우드 서버로부터 각 엣지 장치에 분배되는 모델의 종류와 수가 상이한 것을 특징으로 하는 분산 컴퓨팅 시스템.