Journal of Internet Computing and Services (인터넷정보학회논문지)

Korean Society for Internet Information (한국인터넷정보학회)
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Design and Evaluation of an Edge-Fog Cloud-based Hierarchical Data Delivery Scheme for IoT Applications

사물인터넷 응용을 위한 에지-포그 클라우드 기반 계층적 데이터 전달 방법의 설계 및 평가

  • Bae, Ihn-Han (School of IT Eng., Catholic University of Daegu)
  • Received : 2017.09.25
  • Accepted : 2017.11.06
  • Published : 2018.02.28
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Abstract

The number of capabilities of Internet of Things (IoT) devices will exponentially grow over the next years. These devices may generate a vast amount of time-constrained data. In the context of IoT, data management should act as a layer between the objects and devices generating the data and the applications accessing the data for analysis purposes and services. In addition, most of IoT services will be content-centric rather than host centric to increase the data availability and the efficiency of data delivery. IoT will enable all the communication devices to be interconnected and make the data generated by or associated with devices or objects globally accessible. Also, fog computing keeps data and computation close to end users at the edge of network, and thus provides a new breed of applications and services to end users with low latency, high bandwidth, and geographically distributed. In this paper, we propose Edge-Fog cloud-based Hierarchical Data Delivery ($EFcHD^2$) method that effectively and reliably delivers IoT data to associated with IoT applications with ensuring time sensitivity. The proposed $EFcHD^2$ method stands on basis of fully decentralized hybrid of Edge and Fog compute cloud model, Edge-Fog cloud, and uses information-centric networking and bloom filters. In addition, it stores the replica of IoT data or the pre-processed feature data by edge node in the appropriate locations of Edge-Fog cloud considering the characteristic of IoT data: locality, size, time sensitivity and popularity. Then, the performance of $EFcHD^2$ method is evaluated through an analytical model, and is compared to fog server-based and Content-Centric Networking (CCN)-based data delivery methods.

사물인터넷 (Internet-of-Things, IoT) 장치들의 개수와 기능은 앞으로 기하급수적으로 증가하고 향상될 것이다. 그러한 장치들은 방대한 양의 시간에 제약을 받는 데이터를 생성할 수도 있다. IoT 상황에서, 데이터 관리는 데이터를 생성하는 객체와 장치 그리고 분석 목적과 서비스를 위해 그 데이터를 액세스하는 응용 사이의 중간 계층으로서의 역할을 해야 한다. 덧붙여, 대부분 IoT 서비스들은 데이터 가용성과 데이터 전달의 효율성을 증가시키기 위하여 호스트 중심 보다는 콘텐츠 중심이다. IoT는 모든 통신 장치들을 상호 연결할 것이고, 그리고 장치들과 객체들에 의해 생성된 또는 관련된 데이터를 글로벌하게 액세스할 수 있게 만든다. 또한 포그 컴퓨팅은 최종 사용자 근처의 네트워크 에지에서 데이터와 계산을 관리하고, 그리고 최종 사용자들에게 낮은 지연, 고대역폭, 지리적 분산으로 새로운 유형의 응용들과 서비스들을 제공한다. 본 논문에서는 시간 민감성을 보장하면서 효율적이고 신뢰적으로 IoT 데이터를 해당 IoT 응용들에게 전달하기 위하여 에지와 포그 컴퓨터 클라우드의 완전 분산 하이브리드 모델인 에지-포그 클라우드에 기반하고, 그리고 정보 중심 네트워크와 블룸 필터를 사용하는 $EFcHD^2$ (Edge-Fog cloud-based Hierarchical Data Delivery) 방법을 제안한다. $EFcHD^2$ 방법에서는 IoT 데이터의 특성인 지역성, 크기, 실시간성과 인기도 등을 고려하는 에지-포그 클라우드의 적절한 위치에 그 IoT 데이터의 복사본이나 에지 노드에 의해 전 처리된 특징 데이터를 저장한다. 그리고 제안하는 $EFcHD^2$ 방법의 성능을 분석적 모델로 평가하고, 그것을 성능을 포그 서버 기반 방법 그리고 CCN (Content-Centric Networking) 기반 데이터 전달 방법과 비교한다.

Keywords

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