태스크 오프로딩 알아보기(클라우드 컴퓨팅, 엣지 컴퓨팅, 포그 컴퓨팅)

안녕하세요 에듀몬입니다. 태스크 오프로딩(Task Offloading)은 컴퓨팅 작업을 다른 처리장치 또는 시스템으로 전달하여 수행하도록 하는 기술 또는 구조를 의미합니다. 태스크 오프로딩은 모바일 장치 등 연산 능력과 저장 공간, 전력 등이 제한적인 장치로부터 컴퓨팅 자원이 풍부한 플랫폼으로 작업을 전달함으로써, 자원이 부족한 장치의 성능 한계를 넘어서는 작업을 빠르게 처리할 수 있습니다. 이번 시간에는 태스크 오프로딩 구조를 위해 사용자와 플랫폼 사이에서 작업의 전달과 결과의 반환이 이루어지는 클라우드 컴퓨팅, 엣지 컴퓨팅, 그리고 포그 컴퓨팅에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

1. 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)

 

  클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)은 네트워크를 통해 원격으로 접근하는 공유된 고성능 컴퓨팅 자원 풀을 이용하여 빠르고 간편한 서비스 배포가 가능한 구조입니다. 클라우드 컴퓨팅은 서비스를 배포하기 위해 필요한 인프라와 환경을 직접 구축하지 않고 사용하기 때문에, 서비스를 위한 고성능 컴퓨팅 환경 구성에 필요한 초기 비용 및 이를 관리하고 유지·보수하는데 소요되는 비용을 줄일 수 있어 경제적입니다. 클라우드 컴퓨팅에서 공유되는 컴퓨팅 자원은 애플리케이션, 스토리지, 서버 등 사용자의 용도에 맞게 사용할 수 있으며, 특히 이들은 클라우드 내부에서 분산 구조로 구성되어 있기 때문에 대용량 및 고성능 작업이 가능합니다. 하지만 클라우드를 이용하는 사용자의 수가 증가함에 따라 클라우드의 작업 부하 또한 증가하면서 작업의 처리에 소요되는 연산 시간이 증가하고, 수많은 작업이 하나의 클라우드로 집중되는 병목 현상으로 인해 데이터 송수신 시 네트워크 지연이 증가한다는 단점이 있습니다. 또한, 클라우드 컴퓨팅은 사용자와의 거리가 존재하기 때문에 이로 인한 구조적인 지연 시간이 발생합니다. 따라서 클라우드 컴퓨팅은 동적인 도로 환경에서 군집 주행 연산 결과의 실시간 전달이 필요한 군집 주행 애플리케이션에 적절하지 않은 구조입니다.

 

클라우드 컴퓨팅 구조(출처: 포그 컴퓨팅 기반 자율 군집 주행 지원을 위한 태스크 오프로딩 기법)

 

2. 엣지 컴퓨팅(Edge Computing) 

 

  엣지 컴퓨팅(Edge Computing)은 클라우드 컴퓨팅의 전체적인 중앙집중형 구조를 분산시켜 네트워크의 말단(Edge)에 위치한 컴퓨팅 자원에서 데이터를 처리하는 구조입니다. 데이터의 생성 및 처리는 동일한 네트워크 위치인 말단 장치(Edge Device)에서 수행됩니다. 말단 장치에서 생성된 데이터는 저장 및 공유를 위해 클라우드로 전송하고, 말단 장치에서 데이터가 필요한 경우 클라우드에 저장된 데이터를 받을 수 있습니다. 엣지 컴퓨팅은 말단 장치에서 데이터를 처리하기 때문에 클라우드와의 빈번한 통신이 발생하지 않아 클라우드 컴퓨팅의 네트워크 병목현상을 완화하여 빠른 작업 수행이 가능합니다. 하지만 엣지 컴퓨팅에서 사용되는 말단 장치는 일반적으로 자원이 제한적인 모바일 장치로 구성되는 경우가 많아 고성능을 필요로 하는 군집 연산에 대한 빠른 결과 반환이 어렵습니다. 또한 엣지 컴퓨팅의 구조상 말단 장치에서 수집되는 데이터만 처리할 수 있어 동적으로 변화하는 도로 환경에서 다양한 차량과의 실시간 상호작용과 상황 인지가 필요한 차량간 통신 구조에 적합하지 않습니다.

 

엣지 컴퓨팅 구조(출처: 포그 컴퓨팅 기반 자율 군집 주행 지원을 위한 태스크 오프로딩 기법)

 

 

3. 포그 컴퓨팅 (Fog Computing) 

 

  포그 컴퓨팅은 기존 클라우드와 말단 장치 사이에 포그 노드(Fog Node)를 배치하여 연산, 저장장치, 네트워킹 서비스 등을 제공하는 플랫폼입니다. 포그 노드는 말단 장치들과 가까이 위치하여 물리적으로 떨어져 있는 클라우드 대신 클라이언트의 작업 요청을 수신하고, 이에 대한 결과를 반환해주는 역할을 합니다. 이를 통해 말단 장치의 요청 작업을 더욱 빠르게 처리할 수 있고, 연산 및 통신 노드를 분산시켜 클라우드 컴퓨팅의 중앙집중형 구조에 의해 발생하는 병목현상을 줄일 수 있습니다. 또한, 포그 노드가 수신할 수 있는 지역 범위 내에서 말단 장치의 작업을 수행하기 때문에 빠른 응답속도의 수신 및 해당 지역의 특징을 인지하는데 유용합니다. 

 

포그 컴퓨팅 구조(출처: 포그 컴퓨팅 기반 자율 군집 주행 지원을 위한 태스크 오프로딩 기법)

 

※ 참고문헌: 포그 컴퓨팅 기반 자율 군집 주행 지원을 위한 태스크 오프로딩 기법(곽수환, 2021)