Telecommunication_2017.9 특집요약 (p4~17)

엣지 컴퓨팅의 전모
IoT∙5G 시대에 엣지의 필요성과 과제, 향후 전개

IoT/5G 시대를 앞두고 엣지 컴퓨팅이 주목을 받고 있다. 사용자들의 가까이에 서버를 분산 배치하는 이 기술은 현재 주류인 클라우드 컴퓨팅의 문제점을 해소함과 동시에, 클라우드와의 연계로 한층 더 큰 가치를 창출할 것으로 기대를 모으고 있다. 그렇다면, 엣지 컴퓨팅은 어떤 형태로 실현되며 어떻게 효율적으로 이용되는지에 대해 그 최신동향을 취재하였다.

PART1. IoT로 요구가 높아지는 컴퓨팅 기반
현재 가장 주목 받고 있는 엣지란?

클라우드는 지금은 없어서는 안 될 컴퓨팅의 기반이 되어 있으나, 앞으로는「엣지」에 주목해야 한다. 이미 현장 시스템에서 전개되고 있으며, 광역에서도 엣지를 활용하려는 시도가 보이고 있다.

클라우드 컴퓨팅이 정착되고 있는 가운데,「엣지」로 데이터 처리를 실행하는 엣지 컴퓨팅의 필요성이 고조되고 있다. IoT가 널리 쓰여짐에 따라, 멀리 떨어진 곳에 있는 클라우드가 아니라, 현장에 가까운 엣지로 처리하지 않으면 실현할 수 없는 어플리케이션이 등장하고 있기 때문이다.

-- 저(低) 지연, 오프로드, 시큐리티 --
그 어플 중 하나가 AR(확장 현실)/VR(가상 현실)/MR(혼합 현실)이다. 예를 들어 VR에서는 헤드셋을 장착한 머리의 움직임에 따라 눈에 보이는 영상도 움직이지만, 그 영상이 실제 머리의 움직임보다 20ms(밀리세컨드, 1000분의 1초)이상 지연되면 “VR 어지러움증”을 유발한다고 한다. 그러나, 클라우드로 앱 처리를 실행하게 되면 디바이스에서 클라우드까지의 왕복 지연 시간은 수 백ms에서 수 십ms가 걸리게 된다. 그럴 경우에 유효한 기술이 엣지 컴퓨팅인 것이다. 디바이스에 물리적 처리를 함으로써, 수 ms에서 수 십ms의「저지연」을 실현할 수 있다.

또한, 네트워크 카메라를 다루는 앱에서도 엣지 컴퓨팅이 활약한다. 카메라로 촬영한 동영상이나 화상 데이터는 사이즈가 상당히 커서 그대로 네트워크에 올리면 대역은 한꺼번에 압박을 받게 된다. 그러나, 엣지 측에서 1차적으로 처리하여 필요한 데이터만을 클라우드에 전송한다면, 대역은 압박을 받지 않고 통신비도 절감할 수 있다.

「시큐리티」를 위해 엣지 컴퓨팅을 실행하는 경우도 있다. 이 때문에 데이터를 클라우드에 올리지 않기로 기본 방침을 정한 기업들도 생겨났다. 지금까지의 온프레미스(On-premise, 직접 운영)의 연장선에서, 프라이버시 환경에서의 데이터를 처리한 후, 필요한 최소한의 데이터만을 클라우드에 송신하는 사례가 나오고 있다.

-- 현장에서 광역까지 엣지는 광범위 --
「기본적으로 클라우드를 제외하고는 모두 엣지로 생각하고 있다」. 이렇게 말하는 것은 IDC Japan 커뮤니케이션즈의 고노(小野) 씨이다. IDC에는 엣지(Edge) 등 다양한 레이어(층, Layer)가 있으며, 레이어는 5개로 나눠져 있다.

현장에서 가까운 레이어는「센서」「시스템」「빌딩∙캠퍼스」의 3개가 있다. 센서 및 시스템의 레이어는 산업기기 및 로봇 암 등의 개체 그 자체가 컴퓨팅 자원을 탑재하고 있다. 또한 빌딩∙캠퍼스의 레이어에서는 공장 및 오피스 등 현장의 건물 내에 엣지 컴퓨팅용의 서버를 설치한다. 그곳에서 광역으로 눈을 돌리면「메트로」「리저널」이 있다. 「메트로는 기본적으로 커뮤니티 단위 및 행정 단위이며, 리저널의 범위는 나라에 따라 다르지만 일본의 경우에는 현 단위 및 요코하마 시(市), 지바 시 등의 이미지를 떠올릴 수 있다」(고노 씨).

-- 포그(Fog)와 엣지의 관계는? --
-- 엣지 활용이 추진되는 현장 시스템 --
-- 광역은 향후 전개에 주목 --

PART2. 제조업은 폐쇄적으로 시큐리티를 담보
공장에서 시작된 엣지 혁명

현재 엣지 컴퓨팅 도입이 가장 활발히 진행되고 있는 업계가 제조업이다. 엣지를 활용한다면 공장의 폐쇄적인 환경은 유지하면서 타사와의 데이터 연계가 가능해져, 제조 설비의 가동률 향상도 실현이 가능하다.

「엣지 컴퓨팅은 공장 내, 거점 내의 가까운 환경에서, 개방적인 기업간의 연대 및 글로벌화 등은 클라우드에서 실시한다」. 제조업용의 엣지 컴퓨팅에 대해서 이렇게 설명한 것은 도시바 디지털 솔루션즈 IoT사업개발실의 후카사와(深澤) 씨이다. 당사는 자사공장을 포함해 고객 공장에 있어서 엣지 컴퓨팅 활용을 지원하고 있다.

제조라인에 놓여진 기계의 제어 등, 공장에는 ms(밀리세컨드) 단위로의 응답을 요구하는 어플리케이션이 있으나, 클라우드로 데이터를 교환하기에는 고속처리가 실현될 수 없다. 또한, 제조 라인에서 대량의 센서 데이터가 매분 매초마다 업데이트되기 때문에 모든 데이터를 클라우드에 송신하기 위해서는 네트워크 증강도 필요하게 되는 등 비용이 발생한다. 또한 무엇보다 제조업에서는 시큐리티의 관점에서 공장 내의 데이터를 패쇠된 환경으로부터 공개하고 싶어하지 않는 기업이 많다.

여기에서 도입이 추진되고 있는 것이 엣지 컴퓨팅이다. 공장 내에서 엣지로 데이터의 1차 처리를 통해 기계 제어로 원하는 레벨의 고속 처리를 할 수 있다. 또한 모든 데이터를 클라우드에게 보내는 것이 아니기 때문에 네트워크 대역이나 시큐리티와 관련된 걱정은 하지 않아도 된다.

-- 엣지와 클라우드로 역할 분담 --
-- 미래의 엣지는 더욱 고급화 된다 --

PART3. Cisco 사례로 보는 사용법과 실장 방법
엣지는 계층화로 진화

한 마디로 엣지 컴퓨팅이라고 해도 용도나 목적에 따라 실장 형태는 다양하다. 특히, IoT 도입이 앞서있는 제조업에서는 역할이 다른 2개의 레이어(층) 엣지를 설치한 다층적 엣지가 늘고 있다.

엣지 컴퓨팅이 주목 받기 이전부터「포그(Fog) 컴퓨팅」으로 부르며 그 개념을 제창해 온 시스코 시스템스. 당사의 이노베이션 센터 도쿄 센터장을 맡고 있는 이마이(今井) 씨는「최근에 와서야 겨우 시야가 확대되었다」라고 말한다. 그 이유는 제조업에서 IoT가 실용화되기 시작했기 때문이다.

IoT의 PoC 및 트라이얼은 클라우드에 데이터를 수집하여 실행하는 경우가 많으나,「그것으로는 데이터를 손에 넣을 수는 있지만, 그것을 사용하여 생산 효율을 개선하거나, 새로운 서비스를 창출하는 단계에서 문제점이 발생한다」. 문제점이란 디바이스와 클라우드 사이의 통신 지연 및 비용, 시큐리티 등이다. 「엣지/포그 컴퓨팅이 그것을 해결하는 수단이 된다는 사실을 고객이 깨닫기 시작했다」라고 이마이 씨는 지적한다.

-- 2개 레이어의 엣지로 역할 분담 --
시스코는 지금까지 엣지/포그 컴퓨팅 안건을 다수 추진하고 있지만, 최근 주목해야 할 변화가 일어나고 있다. 엣지를 2개의 레이어로 설치하는 “여러 층의 엣지”가 늘고 있다는 것이다. 제조업은 통신/처리 지연에 대해 특히 강력한 요구를 하기 때문에 기계가 생산하는 데이터를 공장 내의 서버실에 전송하는 동안의 통신∙지연 조차도 허용되지 않는 경우가 있다. 따라서, 가능한 한 생성된 원본에 가까운 데이터의 가공 및 제어를 시행할 필요가 있다.

원래는 센서 및 기계 가까이에 복잡한 처리가 가능한 고성능 하드웨어와 앱을 설치해야 하지만, 비용이 많이 든다. 여기에서「특히 고속 응답이 필요한 처리를 전 단계의 엣지에게 맡겨, 후 단계의 포그(Fog)에서 다른 처리를 실행하도록 나눠서 사용하게 한다」라고 이마이 씨는 말한다. 전 단계에서는 스위치나 라우터, 후 단계에서는 서버의 Cisco UCS를 사용하는 경우이다. 또한 여기에서는 편의성을 고려해 디바이스에 가까운 것부터 1단계를 엣지, 2단계를 포그로 부른다.

-- Fog가 “엣지 군(群)”을 협조 제어 --
-- 다양한 노드의 관리 일원화 --

PART4. 도코모가 생각하는 엣지 컴퓨팅
자급자족형 IoT부터 개시

엣지 컴퓨팅은 이동통신업체의 서비스를 어떻게 바꿀 것인가? 또한, 이동통신 네트워크에는 어떻게 내장 되고 있을까? 엣지의 필요성과 과제, 그리고 향후 전개에 대해서 NTT도코모에게 물었다.

엣지 컴퓨팅은 도코모가 2020년의 실용화를 계획하고 있는 5G(제5세대 이동통신 시스템)의 요소기술 중 하나이다. 도코모는 그 효용에 대해서 어떻게 생각하고 있을까? 선진기술연구소 스마트 ICT기반연구 그룹에서 주임연구원을 맡고 있는 이와시나(岩科) 씨는 엣지 컴퓨팅이 필요한 이유로써 다음의 3가지를 들었다. 「최저 지연화」「상황 인지(Context Awareness)형의 무선 제어」「트래픽의 지산지소(地産地消)」이다.

■ 엣지의 효용과 과제
앱 처리에 맞춰 무선을 세밀하게 제어

첫 번째인「최저 지연화」는 자동차의 안전운전 지원 및 자율주행, 기계의 원격제어 등의 저 지연성이 요구되는 어플리케이션을 실현하기 위해 없어서는 안 될 요소이다. 엣지 컴퓨팅의 내장∙전개 방식으로서는 기지국 또는 그 주변에 서버를 두고 컴퓨팅 처리를 실행하는 형태가 검토되고 있다. 이에 따라, 클라우드로 처리할 때에 비해, 디바이스와 서버와의 거리를 줄여 통신 지연을 줄였다.

-- 엣지로 무선 품질을 제어 --
두 번째의「상황 인지형의 무선 제어」란「기지국의 가까이에 앱 처리를 실행함으로써 앱처리와 무선의 제어를 보다 밀접하게 실행한다」(이와시나 씨). 앱의 요구에 따라 무선의 대역 및 품질을 변화시키거나 반대로 무선의 품질변화에 따라 앱의 상태를 변화시키는 등의 제어를 말한다.

이 제어를 클라우드 및 이동통신 망의 코어 측에서가 아니라, 기지국에서 시행함으로써 신속 및 효율적인 처리가 가능하게 된다. 방대한 수의 IoT 디바이스를 제어하기 위해서는 현재와 같은 클라우드 및 코어 설비에서 집중적으로 실행하기 보다는「기지국에 분산시키는 쪽이 적합하다」는 것이다.

세 번째의「트래픽의 지산지소」란, 트레픽의 전송과 처리를 어느 지역 내에서 완결시킴으로써 백본 네트워크의 대역 및 전송 비용을 줄인다는 사고방식이다.

-- 최대의 과제는 비용 증가 --
한편, 이와시나 씨는 과제도 지적한다. 하나는 설비∙관리 비용이 늘어나는 것이다. 현재는 클라우드 및 코어 망에 집중 배치하고 있는 설비를 이용자 가까이에 분산시키게 된다면 기기 비용은 물론, 그것을 설치하기 위한 건설∙공간 및 전력 확보가 필요하다. 보수 및 관리 비용도 늘어난다. 이 비용 증가에 알맞은 수익이 얻을 수 있는 비즈니스를 창출할 수 있을까가 과제이다.    

다른 하나는 저 지연성을 추구할 경우에 우려되는 나쁜 점이다. 이와시나 씨는「저 지연성을 얻으려고 할 때 물리적 거리를 줄이는 것만으로 끝나는 게 아니라, 그 이상의 효과를 얻기 위해 패킷 처리를 줄임으로써 지연을 짧게 할 수 밖에 없다」라고 말한다. 이동통신망에 있어서 엣지 컴퓨팅을 실용화 하기 위해서는 이런 과제를 해결해야 할 필요가 있다.

■ 엣지의 내장 방법
「EPC의 바로 위」에서 개시, P-GW와 함께 분산∙진화

그렇다면 이동통신사의 엣지 컴퓨팅은 어떤 형태로 시작되었을까? 이와시나 씨는「어디까지나 예상」이지만, 스타트 시점은「기지국 근처가 아닌, 현재의 EPC로 말하자면 P-GW(Pocket Data Networks Gateway)의 바로 위에 엣지 컴퓨팅 처리를 올려 놓은 형태로 시작한 것」으로 보고 있다고 말한다.

P-GW란, LTE의 코어 네트워크인 EPC(Evolved Packet Core)을 구성하는 네트워크 장치의 하나로, EPC와 외부 네트워크를 접속하는 기능을 가진다. LTE의 코어 설비이기 때문에 말로 표현하기에는 모순이 있으나, 인터넷으로의 출입구에 해당하는 이 P-GW의 바로 밖에 “엣지”를 두는 것이다. 이에 따라「인터넷에서 나와서 다시 돌아갈 때까지의 지연을 없애줄 수 있다」.

-- 현장에서도 충분히 저 지연 --
-- 지역 분산은 2023년부터? --
-- 엣지의 실장은 NFV상에서 --

■ 서비스 전개의 시나리오
어려운 투자 판단,「지산지소(地産地消; 자체생산 자체소비)」부터 개시

조기에 실시될 가능성이 큰 엣지 컴퓨팅을 활용한 서비스는「지산지소」의 효과가 높은 지역에 한정된 서비스가 될 것이다. 예를 들어, 경주용 코스나 스타디움과 같이 순간적으로 많은 트래픽이 발생하여, 또한 실시간 서비스가 요구되는 경우를 말한다. 고객 및 주변 사용자에게 시합의 실시간 영상 및 선수 정보를 제공하는 등의 서비스의 경우, 일부러 클라우드까지 통신하기보다는 엣지로 처리하는 쪽이 지연도 적고 트래픽 전송 비용도 줄일 수 있다.

-- 자동차용이 첨병으로 --
물론 앞으로는 광역 서비스도 정보통신 업체에게 있어서 유망한 새로운 비즈니스가 될 것이다. 그 리드역할을 하는 것이 자동차이다. 이것에 대해 이와시나 씨는 엣지 컴퓨팅으로 실현 가능한 저(低) 지연성 레벨에서「비용을 줄이고 전국 레벨의 서비스를 먼저 시작한다. 그리고 커넥티드카 대수가 늘어난 단계에서 엣지를 분산 배치하여 트래픽의 지산지소를 실행한다」라는 시나리오를 예상하고 있다.

● 엣지의 사용방법은 LTE와 5G에서 어떻게 다른가?
캐리어(네트워크 사업자) 네트워크에 있어서 엣지 컴퓨팅은 NFV 및 네트워크 슬라이싱이라는 기술과 밀접하게 관련되어 있다. 5G를 향해 모바일 네트워트의 진화의 흐름 속에 엣지 컴퓨팅의 자리매김을 한다면 다음과 같다.

NFV와 네트워크 슬라이싱은 네트워크 구성과 서비스 제공 방법을 크게 변화시킨다. 전용 하드웨어가 필요 없으며 일반 서버상에서 네트워크 기능을 갖출 수 있게 하는 NFV로 인해, 앞으로는 코어 설비에 있던 기능을「무선과 가까운 곳이나 퍼블릭 클라우드에 설치하게 되며,『분산 클라우드』의 세계가 된다」라고 말하는 것은 에릭슨 재팬 CTO인 후지오카(藤岡) 씨이다.

또한 SDN에 의해 제어 플랜과 데이터 플랜을 분리함으로써 전송 처리를 분산시키는 구성도 가능해진다. 이 기술은 엣지 컴퓨팅을 무선 기지국 및 수용국 등에 설치하기 위한 토대라고 말할 수 있다. 그리고 그 분산 배치된 기능을 조합하여 사용자/ 앱 측의 요구를 만족시키는 논리적 네트워크를 구성하여 제공하는 것이 네트워크 라이싱이다. 예를 들어 저 지연∙고 신뢰성이 요구되는 안전운전 지원용 앱 슬라이스에서는「(시 단위로 설치된다) GC국 등에 클라우드를 만들어, 그곳에 가상 EPC와 앱을 설치한다」(후지오카 씨)라는 것처럼 슬라이스를 실현하기 위한 한 가지 요소로써 엣지 컴퓨팅이 사용되는 것이다.

-- 엣지와 클라우드를 유연하게 나눠서 사용 --

 -- 끝 --