Supporting Function-oriented Remote Task Execution in a Heterogeneous Platform Environment

Abstract

초연결시대에 살고 있는 현재, IoT 장치, 모바일 장치, 엣지 장치 등 다양한 하드웨어가 공존하며 매우 유연하게 연결된 상태로 주변에 존재한다. 이런 장치들은 날이 지날수록 고도화되고 있으며 하드웨어 집적도가 높아지고 있다. 각 장치들은 서로 연결되는 형태에 따라 단순히 명령어를 실행하고 결과값을 받는 형태(e.g. 모바일 장치와 IoT 장치)로 운용되거나 하나의 소프트웨어가 여러개의 하드웨어로 증강되면서 플랫폼을 공유하는 형태(모바일과 자동차의 안드로이드(Android)와 안드로이드 오토모티브(Android Automotive)) 등으로 나타난다. 이미 활발히 연구가 진행되고 있는 분야(모바일 장치와 엣지 장치 사이의 모바일 클라우드)또한 존재하며, 새로운 분야(사물인터넷 플랫폼)가 형성되어 최근에야 많은 연구가 진행되는 분야도 존재한다. 폭발적으로 증가하는 산업계 및 기업들의 활용 덕분에 연구가 활발한 사물인터넷 플랫폼 연구 분야는 클라우드의 역할이 중요하며, 수많은 서비스 제공을 함과 동시에 네트워크 포화도가 높아지고 있다. 또한, 스마트 장치들 또한 주변에 많이 보급되어 각각이 스마트 장치(스마트 tv 또는 스마트폰)들로 분류되지만, 서로가 서로를 이용할 수 없는 환경이 지속되고 있다. 본 논문에서는 우리는 소프트웨어 플랫폼을 통해 여러 종류의 하드웨어를 사용할 수 있는 대표적 오픈소스인 안드로이드와 새로운 분야인 사물 인터넷 플랫폼에 주목한다. 이중에서도 IoT 플랫폼에서 현재 일어나는 클라우드 서비스를 수행하는 과정을 네트워크 토폴로지의 한계점인 높은 포화도를 지적하며 엣지 서비스 도입의 필요성을 논한다. 또한, 엣지 서비스 도입으로 인한 가까운 미래에 활용 가능한 방안을 제안하며 IoT 장치가 엣지 서비스를 도와 하나의 서비스로 사용자에게 다가가고, 개발자는 이를 유용하게 사용할 수 있도록 하는 프레임워크인 iEdge를 소개한다. 추가적으로, 안드로이드는 사용자의 기기에 따라 태블릿, 핸드폰, tv 등으로 제공된다. 하나의 플랫폼을 갖고 있지만 면밀히 연결되어있지 않고 각각의 장치들은 어플리케이션만을 통해 서로를 인지하고 데이터를 주고받는다. 넓은 의미에서 안드로이드 플랫폼은 엣지 장치, 모바일 장치, 및 사물인터넷 말단 장치 까지 포함하고 있는데, 플랫폼의 특성상 어플리케이션간의 통신 수단이 특성 메시지 객체를 반드시 사용하도록 되어있다. 이를 극복하고 주변 장치를 활용하기 위한 방안으로 프레임워크 수준에서 제공하여 스마트 장치간의 활용도를 높인 Freeze Tag를 소개한다. 먼저, 우리는 iEdge를 엣지 서버 및 주변 IoT 장치 전반에서 애플리케이션을 원활하게 실행할 수 있는 사물인터넷 지원 엣지 컴퓨팅 프레임워크로 제시한다. 일반적으로, 필요한 기능(모듈 또는 함수) 수준에서 원격 기기를 사용하는 것은 불가능하기 때문에, 반드시 응용 프로그램 개발자가 모든 것을 고려하여 구현해야 한다. 또한, IoT 장치들은 매우 기본적인 역할만 수행할 수 있게끔 구성되어있기 때문에 실행 가능한 코드 또한 해당 위치에 존재하지 않을 가능성이 크다. iEdge는 플랫폼 종속적이며 모놀리식한 어플리케이션을 플랫폼 간 복합 어플리케이션으로 변환하고, 이러한 복합 애플리케이션의 일부 작업/기능을 장치 컨텍스트를 고려하여 IoT 장치로 오프로드함으로써 실현하였다. 실시간 얼굴 인식 응용 프로그램과 함께 프로토타입 구현을 사용하여 iEdge를 평가하였다. 실험 결과에 따르면 iEdge는 스마트 IoT 장치를 통합 에지 컴퓨팅 실행 환경으로 효과적으로 활용하고 이러한 애플리케이션이 일반적인 '에지 전용' 컴퓨팅보다 더 많은 비디오 스트림을 처리할 수 있도록 한다. Freeze Tag 또한 프레임워크 수준의 모바일 원격실행 기능을 갖춘 플랫폼이다. 하지만, 주변 장치에 실행 가능한 코드, 즉 어플리케이션이 설치되어 있을 가능성이 있기 때문에, 이를 인식하는 기술과 더불어 응용 프로그램 간에 오가는 안드로이드 특정 메시지 객체를 원격으로 보내어 받는 기술을 포함하여 개발하였고 이를 실행한다. 우리는 기존의 어플리케이션 수정 없이 필요한 부분만 원격 실행하는 기능을 제공하기 위해서 안드로이드에 프로토타입을 개발하였으며 몇몇 어플리케이션에 대해서 실험을 진행했다.|Currently, living in the hyper-connected era, various hardware such as IoT devices, mobile devices, and edge devices coexist and exist around in a very flexibly connected state. Each device is operated in the form of simply executing a command and receiving a result value (e.g. mobile device and IoT device) depending on the type of connection to each other, or a form of sharing a platform as one software is augmented with multiple hardware. Thanks to the explosively increasing use of industries and companies, the role of the cloud is important in the field of IoT platform research, where research is active, and the network saturation is increasing while providing numerous services. In addition, smart devices are also widely distributed around and each is classified as a smart device (smart TV or smart phone), but the environment in which each other cannot use each other as they are around. In this paper, we focus on Android, a representative open source that can use various types of hardware through a software platform, and a new field, the Internet of Things platform. Among them, the necessity of introducing edge services is discussed by pointing out the high saturation point of the network topology in the process of performing cloud services currently occurring in the IoT platform. In addition, we introduce iEdge, a framework that suggests ways that can be used in the near future due to the introduction of edge services, and enables IoT devices to approach users as a single service by helping edge services, and for developers to use them usefully, we call it IoT-assisted computing. Additionally, Android is provided in various forms as a tablet, mobile phone, TV, etc. depending on the user's device. Although it is one big platform, they are not closely connected, and each device recognizes each other only through applications and have to use applications to exchanges data. In a broad sense, the Android platform includes edge devices, mobile devices, and even end devices of the Internet of Things. As a way to overcome this and utilize peripheral devices, we introduce Freeze Tag, which is provided at the framework level to increase the usability between smart devices. First, we present iEdge as an Internet of Things-enabled edge computing framework that can seamlessly run applications across edge servers and peripheral IoT devices. In general, it is impossible to use a remote device at the required level of functionality (module or function), so it must be implemented by the application developer with all considerations. In addition, since IoT devices are configured to perform only very basic roles, there is a high probability that executable code does not exist in the corresponding location. iEdge realized by converting a platform-dependent and monolithic application into a cross-platform composite application, and offloading some tasks/functions of this composite application to IoT devices taking the device context into account. The iEdge was evaluated using a prototype implementation with a real-time face recognition application. Experimental results show that iEdge effectively utilizes smart IoT devices as a unified edge computing execution environment and enables these applications to process more video streams than typical 'edge-only' computing. Freeze Tag is also a platform with framework-level mobile remote execution capabilities. However, since there is a possibility that an executable code, that is, an application exists(installed) in a peripheral device, a technology for recognizing it and a technology for remotely sending and receiving an Android-specific message object exchanged between applications were developed and executed. We developed a prototype in Android to provide the function of remotely executing only the necessary parts without modifying the existing application, and conducted experiments on some applications.