에지 컴퓨팅의 정의와 원리. 속속들이 살펴보는 에지 컴퓨팅

국가는 소규모의 서버 운영으로 가득합니다. 속도감과 고품질의 통신을 보장하는 광섬유 케이블 네트워크를 통해 서로 연결되어 운영되고 있습니다. 즉, 이론상으로는 이처럼 작은 서버 운영의 전력과 출력을 통해 하나의 거대한 데이터 센터만큼이나 최종 사용자에게 필요한 가치를 제공할 수 있습니다. 본 글에서는 에지 컴퓨팅(Edge Computing)을 소개합니다.

 

 

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에지 컴퓨팅이란?

에지 컴퓨팅은 개별 사용자 데이터를 최대한 소스 근처에 저장하는 프로세스를 말합니다. 관련 네트워크의 주변 장치 또는 에지가 될 수 있습니다. 서버 포지셔닝의 경우 네트워크를 비롯하여 데이터 스토리지 및 프로세서 에지 등 다양한 가능성이 제기되었습니다. 이 데이터는 사용자와 더 근접하다는 점으로 인해 대기 시간을 최소화합니다. 이는 분산형 I.T. 네트워크로써, 궁극적으로 최소한의 소요 거리를 활용합니다. 서비스의 속도를 높이며 관련 가치를 강화하기도 합니다.

 

에지 컴퓨팅의 원리

에지 컴퓨팅에서 제일 먼저 고려해야 하는 요소는 위치입니다. 장치의 유형이 다양해지고 인터넷을 통해 전송되는 데이터량이 급격히 늘면서 기존의 데이터 센터는 이를 따라잡기에 어려움을 겪고 있습니다. 따라서, 현재는 인프라의 논리 에지를 목표로 하여 리소스의 위치를 데이터 생성 포인트로 옮기는 데 중점을 두고 있습니다. 결국 데이터 센터로 이동하는 데이터 대신 데이터 센터가 데이터 근처로 위치를 옮기는 것입니다. 단, 가깝다고 해서 물리적으로 가까울 필요는 없습니다. 네트워크 및 라우팅 측면에서 가까운 것을 뜻합니다. 클라우드 등 사업체가 활용하는 서비스 제공업체의 수에 따라 잠재적으로 에지의 역할을 할 수 있는 시스템이 많기는 하나, 데이터가 존재하는 곳마다 스토리지 및 서버가 설정되어 있습니다. 이때, 원격 LAN을 조작하는 소규모의 컴퓨팅 설정만 있으면 됩니다. 컴퓨팅 기어는 네트워크에 적용되며 다양한 방식으로 환경적인 요소로부터 보호됩니다. 데이터 처리 시, 데이터 스트림은 정규화 및 분석 과정을 거쳐 비즈니스 인텔리전스로 활용합니다. 그 결과 주 데이터 센터로 다시 경로를 변경한 일부의 데이터만이 남습니다.

 

에지 컴퓨팅의 장점(예. 최소 대기 시간, 간소한 유지보수)

에지 컴퓨팅은 기존의 인프라가 지니고 있는 문제점을 겨냥하므로 여러 가지 장점이 있습니다.

• 자율성 - 로컬 네트워크상에서 데이터를 처리하여 전송 및 수신해야 하는 데이터량을 크게 줄입니다. 즉, 필요한 대역폭과 연결 시간이 줄어듭니다.
• 데이터 지배권 - 데이터를 소스와 가까이 둠으로써 국경, 경계, 주권법이 서로 교차하는 것과 관련한 문제점이 적습니다. 즉, 보안 및 개인정보보호 등 에지 컴퓨팅으로 인한 법적 문제가 적습니다.
• 보안 - 데이터가 클라우드 또는 데이터 센터로 이동 시, 에지 배포를 통해 데이터를 암호화할 수 있습니다. 또한, 해킹과 같은 사이버 범죄에 대비하여 에지 컴퓨팅을 강화할 수 있습니다. 보안 성능 면에서 사물 인터넷(IoT, Internet of Things)의 사용이 제한적인 경우에도 마찬가지입니다.
• 최소 대기 시간 - 프로세서 덕분에 사용할 데이터에 근접할 수 있어서 처리 시간을 단축합니다. 실시간 분석 기능 또한 지원됩니다. 새로운 시장에 진출할 기회가 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 
• 간소한 유지보수 - 아주 작은 규모의 마이크로 데이터 센터(µDC, Micro-Data Centers)는 트럭 뒤에 실어 운반할 수 있으며 접근성과 모듈성을 최대한으로 높여 생성할 수 있습니다.
• 냉방비 절감 - 대규모 데이터 센터의 경우 냉방에 소요되는 비용이 클 수 있습니다. 그러나, 적어도 이론상으로는 다양한 소규모 데이터 센터 냉방에 드는 비용이 훨씬 적습니다.
• 기후 양심 - 에지가 컴퓨터화 범위 안에서 정확성 및 효율성을 알맞은 수준으로 극대화할 수 있는 경우 수많은 소규모의 데이터 센터가 사용하는 에너지량은 하나의 거대한 데이터 센터에서 사용하는 에너지량에 비해 적을 수 있습니다.

 

에지 컴퓨팅의 예제와 활용 사례

과학 기술이 급변하는 현대 사회에서, 에지 컴퓨팅은 상당한 주목을 받아왔습니다. 다양한 산업 분야에 걸쳐 도입된 에지 컴퓨팅 기술의 몇 가지 사례를 살펴봅니다.

• 의료 서비스 & 환자 모니터링

  에지 컴퓨팅 기술은 의료 업계에서 활용되고 있습니다. 의료 장비에서는 엄청난 양의 데이터를 생산해내기 때문에 데이터가 빠르고 효율적으로 처리되어야 합니다. 에지 컴퓨팅을 설치하면, 의료인은 네트워크 주변에서 이 데이터를 처리하여 신속한 진단과 치료를 시작할 수 있습니다.
  또한, 에지 컴퓨팅으로 병원 내 여러 가지 업무를 효율적으로 관리할 수도 있습니다. 먼저, 제 3자 스토리지 시스템이 필요한 경우가 적어질 수 있습니다. 데이터를 로컬에서 처리하면 환자의 개인정보보호 수준이 한층 더 높아집니다. 환자의 활력 징후를 알리는 데에도 유용성이 큽니다. 또한, 한눈에 볼 수 있는 환자의 대시보드를 작성하게 됩니다.

• 스마트 홈

  스마트 홈 장치에 에지 기술을 적용하면 메인 스토리지 허브와 데이터를 주고받던 전통적인 시스템보다 더욱 원활한 솔루션을 사용할 수 있습니다. 에지 컴퓨팅은 사용자의 대기 시간을 단축할 뿐 아니라 백홀 비용을 최소화하면서 보안까지 강화할 수 있습니다. 그에 따라, 사용자의 음성 명령을 더욱 빠르게 실시간으로 인식하여 매끄럽고 효율적인 사용 경험을 제공합니다.

• 스마트 시티

  에지 컴퓨팅 기술은 스마트 시티를 구현하는 데 활용되고 있습니다. 지방 당국은 도시 전반에 설치된 에지 컴퓨팅 장비를 통해 교통, 대기질, 다른 환경 요소들까지 실시간으로 모니터할 수 있습니다. 이 방법으로 문제 사항을 빠르게 인식하고 대응하여, 시민의 전반적인 삶의 질을 높일 수 있습니다.

• 교통 관리

  교통 체증이 꾸준히 증가함에 따라, 더 스마트한 교통 관리 시스템의 도입이 더욱 시급해졌습니다. 도시의 교통흐름을 최적화하고 필요시 원하는 장소의 차선을 열어 주는 데 에지 컴퓨팅이 도움이 될 수 있으며, 자율 주행 차량을 관리하는 데 있어 핵심적인 역할을 수행할 것입니다.

• 제조업 & 스마트 공장1

  제조업에서는 공정의 능률을 높이기 위해 아래와 같이 에지 컴퓨팅 기술을 활용할 수 있습니다.

  • 가속화 플랫폼을 통한 효율적인 데이터 커뮤니케이션:

    에지 컴퓨팅은 제조 공정에서 다양한 종류의 기계들이 서로 데이터를 주고받으며 신속한 커뮤니케이션이 이루어지도록 핵심적인 역할을 합니다. 디지털 기술과 기계 기술을 통합하여 여러 가지 상황에 맞추어 더욱 유연하고 신속하게 대응할 수 있다는 장점도 있습니다. 또한, 예측 분석과 기계 학습 알고리즘을 통합하여 확장 가능하고 융통성 있는 플랫폼 구조를 유도합니다. 전반적인 측면에서, 에지 컴퓨팅 기술은 제조 공정에 연관된 데이터 커뮤니케이션의 능률 및 효율을 끌어올립니다.

  • 원활한 기계 유지 관리 및 제한 설정 유도:

    제조업을 성공적으로 운영하기 위해 기계 자동화는 필수 사항입니다. 에지 컴퓨팅이 현장 데이터를 분석하기 위해 사용된다면, 사물 인터넷(IoT)은 기계 공정을 모니터하고 검열하기 위해서 활용됩니다. 공정에서 변칙 사항이 감지되면, 근로자는 생산 라인에서 문제가 발생하지 않도록 미리 시설을 정비하거나 예측 유지 보수를 시행합니다. 또한, 제조업체는 이 데이터를 통해 기계 작동과 관련된 가장 직접적인 지표를 분석하고, 기계 수명을 연장하며, 유지 보수 비용을 절감할 뿐 아니라 기계 작동 효율을 향상할 수도 있습니다.

• 자율 주행 자동차

  자율 주행 차량을 개발하는 일에서 에지 컴퓨팅은 매우 중요한 역할을 합니다. 에지 컴퓨팅으로 교통 상황에 실시간으로 대응할 수 있기 때문입니다. 일반적으로, 차량 센서에서 백오피스의 클라우드 데이터 센터로 데이터가 전달되기까지 대략 100ms(밀리초)가 걸리고, 데이터양이 증가하면 전송 시간도 길어집니다. 주행 중 차량이 스스로 결정을 내리는 상황에서 데이터 전송이 지연되면 차량은 상황에 따른 유연하고 신속한 대응이 어렵습니다. 이런 이유로 데이터 센터 간의 데이터 전송 지연을 해결하여 주행 안정성을 향상하기 위해 에지 컴퓨팅을 활용할 수 있습니다.

• 군중 관리

  콘서트 및 경기 같은 대규모 행사를 관리하는 일에서 에지 컴퓨팅은 매우 중요한 역할을 합니다. 또한 단말기의 애플리케이션이 티켓 구매, 교통 경로, 입장 또는 좌석 위치, 그리고 독점 이벤트와 관련된 메시지를 각 참석자에게 보내도록 프로그램되어 원활한 군중 통제가 이루어지도록 합니다. 그 외에도, 에지 컴퓨팅 기술을 통해 주최 측은 참석자의 동선과 참여도 정보를 분석하여 그에 기반한 반짝 세일 행사 같은 영업 결정을 내릴 수 있습니다.

• 그리드 분산을 활용한 관리

  다양한 산업 분야 및 발전소의 전기 이용자들은 중앙 전력망보다 분산형 지역 그리드를 더 많이 채택하고 있습니다. 이에 따라 대량 데이터의 실시간 처리 및 동기화에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 따라서 에지 컴퓨팅과 에너지 저장 시스템은 분산된 그리드를 관리하고 그리드 균형을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술은 에너지 소비가 많은 생산활동에 드는 비용을 절감하고 환경을 보호하는 등 에너지 절약까지 가능합니다. 에지 컴퓨팅은 가정, 공장, 도시 및 국가의 전기 효율성을 향상합니다. 이로써 사용자 중심의 전기 서비스를 가능하게 하고 더 많은 데이터를 제공하여 자원의 적절한 활용을 돕습니다.

• 물류 관리

  에지 컴퓨팅을 활용하면 물류업에서도 효과적인 운영이 가능합니다. 물류 회사는 창고와 배송센터에 에지 컴퓨팅 장치를 설치하여 재고 수준을 모니터하고, 실시간 배송 상황을 추적하며, 최적의 경로를 설정할 수 있습니다. 이 방법으로 납기를 단축하고, 비용을 절감하며 고객의 만족을 높일 수 있습니다.

• 보안

  에지 컴퓨팅 기술은 다양한 분야에서 사업의 성패를 좌우하는 열쇠임이 입증되었으며 보안 업계도 예외는 아닙니다. 에지 컴퓨팅 기술을 응용한 한 가지 사례로는 위험한 작업 환경에서 작업자의 안전 보장을 들 수 있습니다. 작업자의 안전을 보장하기 위해서는 현장 카메라, 안전장치 및 센서와 같은 장치로부터 반드시 데이터가 수집되어야 합니다. 이러한 장치를 이용하여 현장에 대한 무단 접근을 차단하고 직원들이 안전 규약을 준수하는지 모니터합니다. 안전 위반이나 잠재적인 위험 상황이 발생했을 때, 이러한 장치로부터 수집된 데이터는 실시간으로 관련 본부에 보고됩니다. 이와 같은 신속 대응으로 재해를 방지하고 근로자의 복지를 보장합니다.

위의 경우는 에지 기술의 일부 사례이며, 에지 기술은 수많은 분야에서 다양하게 응용될 수 있습니다.

 

에지 컴퓨팅 아키텍처

에지 컴퓨팅의 장점 및 어떤 사용 사례가 있는지를 알고난 후에는 에지 컴퓨팅의 응용 프로그램이 사실 우리의 주변에 널리 퍼져 있다는 것을 알 수 있을 것입니다. 그렇다면 에지 컴퓨팅의 아키텍처가 도대체 어떻게 형성되었으며 어떤 중요한 측면이 포함되어 있는지 아시나요?

 

전형적인 에지 컴퓨팅 아키텍처는 포괄적인 데이터를 처리하고 저장하는 「Cloud Layer」, 데이터를 실시간으로 처리하는 「Edge Layer」, 그리고 데이터 탐색 및 간단한 처리를 수행하는 「Device Layer」로 나뉘어져 있으며, 아래에서 에지 컴퓨팅 아키텍처의 세 가지 측면에 대해 설명해 드리겠습니다.

그림 : Edge Computing Architecture Overview에지 컴퓨팅 아키텍처 개략도

 

Cloud Layer

에지 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅의 혼잡과 지연을 해결하기 위해 발전된 것이지만, 사실 전체 에지 컴퓨팅 아키텍처에서 클라우드 컴퓨팅은 여전히 매우 중요한 부분을 차지하고 있습니다! 클라우드 컴퓨팅과 에지 컴퓨팅은 상호 보완적인 존재라고 말할 수 있는데, 아래에서 소개할 Edge Layer를 통해 데이터가 클라우드 컴퓨팅을 통해 처리되어야 하는지 여부를 판단하며, 데이터가 클라우드를 통해 처리되어야 한다면, 더 복잡한 컴퓨팅을 수행하도록 데이터를 Cloud Layer로 전송합니다. 한편, 서버도 통합 목적을 달성하기 위해 일부 또는 덜 중요한 데이터를 Cloud Layer로 다시 리턴하여 저장 및 보다 포괄적인 분석을 수행합니다.

Edge Layer

이 부분은 주로 Edge Server, 즉 에지 서버로 구성됩니다. 이 서버들은 클라우드 서버보다 더 널리 퍼져 위치하기 때문에 분산형 에지 컴퓨팅을 통해 최대한 데이터 소스의 위치에 접근하여 클라우드 컴퓨팅 지연 문제를 해결할 수 있습니다. Edge Layer는 전체 에지 컴퓨팅의 핵심 부분이라고 할 수 있는데, Device Layer에서 전송된 데이터를 수신하여 분석 및 처리한 후 Cloud Layer로 되돌려보내 보다 광범위한 처리 및 분석을 수행합니다. Edge Layer에서 처리할 수 없는 데이터라면, 다시 Cloud Layer로 전송해 분석하여 데이터 전송의 정확성을 확보합니다.

Device Layer

Device Layer는 작게는 우리 손 안의 휴대폰, 컴퓨터에서 크게는 자동차, 공장에 이르기까지 모두 Device Layer의 일부일 수 있는 많은 장치를 포함합니다. Device Layer 안에 있는 장치들은 마치 병원 내의 장치가 환자의 생명 징후를 수집할 수 있고 자율주행 자동차가 도로의 다른 교통수단 데이터를 수집할 수 있는 것처럼, 각각의 설정된 센서를 통해 해당 제품의 문제 해결에 도움을 줄 수 있는 데이터를 수집합니다. 비록 Device Layer 위에 컴퓨팅 성능이 더 강력한 두 레이어의 구조가 더 있지만, 사실 Device Layer도 더 적시에 데이터 소스에 근접하여 데이터를 처리할 수 있도록 간단한 데이터 분석, 처리 및 저장을 수행할 수 있습니다.

 

에지 컴퓨팅 하드웨어 설비와 전원공급장치의 관계

에지 컴퓨팅 설비에 있어 전력 소비는 피할 수 없는 문제이며, 설비에 내장된 기능이 많을수록 필요한 전력도 많아집니다. 전력 수요를 고려할 때 산업 사물 인터넷 환경은 신뢰할 수 없고 불량한 전원(dirty power sources)으로 가득하며, 일부 에지 설비는 항상 켜진 상태로 유지되지 않기 때문에 일부 응용 프로그램은 저전력 및 대체 전원 등의 에너지 저장 시스템에 의존해야 합니다. 전원공급장치의 와트 방면에서도 다양한 하드웨어 설비는 각각의 상응하는 와트와 사이즈가 있으며, 종종 하드웨어 설비가 클수록 필요한 와트 수도 커지고, 그에 따라 사이즈도 커집니다. 에지 컴퓨팅 유닛을 보다 효율적으로 작동시키기 위해 에지 컴퓨팅 유닛의 설계 방면에서 반응 시간을 단축하는데 유리하도록 시스템의 복잡도를 낮추기 시작했는데, 이때 전원공급장치 유닛을 축소하고 효율 및 방열을 높이는 것이 핵심이 되었습니다.

 

전원공급장치가 에지 컴퓨팅 성능에 미치는 영향

에지 컴퓨팅은 산업별 OT 배치에 큰 차이가 있습니다 제조공장에는 고정식 산업 자동화 설비를 보호 및 관리하기 위해 배치됩니다. 에너지 및 공공사업 등의 산업에서는 원격 자산을 위한 배치이며 운송, 철도, 광업 및 농업 산업에서는 모바일 응용 프로그램을 위한 것입니다. 각 산업에는 유지보수 및 응용 분야의 지식, 베스트 프랙티스(best practice) 및 안전성을 확보하기 위한 각각의 표준 및 인증이 있습니다. 기존 데이터 센터의 안정된 환경과 비교하여, 전원공급장치는 에지 컴퓨팅의 환경과 하드웨어의 크기에 대응하여 전원 효율, 전력 밀도 및 신뢰도에 중요한 영향을 미칩니다. 그중 「전기」 역시 중요한 요소인데, 전원공급장치의 불안정으로 인한 단전은 흔하고도 성가신 일입니다. 예를 들어 고부하에서 고전압을 공급할 때 누전 여부는 하드웨어 설비의 작동은 물론 산업 안전 문제에까지 영향을 미치며, 저부하에서는 효율이 나쁘지는 않지만 안정적으로 전력을 공급할 수 있으므로 설비가 기본적인 컴퓨팅 성능을 유지할 수 있습니다. 비록 정보기술(IT)과 클라우드 환경을 통해 일부의 결함은 보완될 수 있지만 핵심적 영향은 하드웨어 품질에 있으며, 고품질의 전원공급장치는 에지 컴퓨팅 장치가 대량의 데이터 처리 과정에서 데이터 누락, 데이터 왜곡 등이 발생하지 않도록 할 수 있습니다. 따라서 우수한 전원공급장치는 더욱 안정되고 우수한 성능을 가진 에지 컴퓨팅을 제공하기 위해 없어서는 안 될 부분입니다.

 

에지 컴퓨팅 애플리케이션의 전원 선택 시 고려 사항

에지 컴퓨팅의 한 가지 단점으로는 전원이 필요한 점을 꼽을 수 있습니다. 서버의 위치는 상관이 없으나, 고성능의 프로세서가 필요합니다. 설치 위치, 입력 사양, 작동 온도, IP 등급(IEC60529) (IP - 방진/방수 등급), 서지 요건, 파워 커넥터 등 전원 공급 옵션과 관련한 사항들도 고려해야 합니다. 유의미한 전력 손실이 없는 지속적인 네트워크 실행력, 효과 및 효율성에 이 모든 변수들이 영향을 미칠 수 있습니다.

 

에지 컴퓨팅, 사물 인터넷, 5G 가능성

에지 컴퓨팅은 줄곧 신기술이 도입되는 발전적인 독립체입니다. 이 모든 것이 가용성, 역량 및 성능을 강화합니다. 점점 더 많은 제품들이 에지 기술로 특수하게 제작되고 있는 상황입니다. 데이터 분산이 곧 미래입니다. 5G는 자율 주행 차량과 같이 역량을 높임으로써 에지에 영향을 미치게 됩니다. 또한, 무선 네트워크는 비용을 줄이면서 유연성을 크게 높일 것입니다. 사물 인터넷이 급속도로 성장하고 있는 점으로 인해 에지 컴퓨팅의 개발 또한 나란히 발전할 것입니다. 이미 개발 단계에 있으며 박스 크기 정도 되는 마이크로 모듈 데이터 센터(MMDC, micro modular data centers)의 경우 데이터가 필요한 곳 근처에 배포할 수 있습니다. 

 

FSP 에지 컴퓨팅 전원 솔루션

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