우주에서의 엣지 컴퓨팅에 적합한 요소

AWS 스노우볼 + SpaceX 스타링크 + Couchbase Capella = 엣지에서 가동 시간 증가, 지연 시간 감소, 대역폭 사용량 개선

앱은 항상 빠르고 항상 켜져 있어야 합니다.

인터넷이 없는 시골 마을이나 외딴 곳에서 팝업 클리닉을 운영한다고 가정해 봅시다. 중요한 의료 서비스를 제공하기 위해 진료소 전체에서 데이터를 캡처하고 공유해야 하지만, 사용하는 앱이 인터넷 연결이 필요한 경우 이러한 지역에서는 작동할 수 없습니다.

또는 북해의 플랫폼에 있는 압력 센서에서 중요한 경고 데이터를 분석해야 하는 석유 및 가스 사업자일 수도 있습니다. 클라우드 데이터 센터에서 데이터를 처리해야 하는 경우, 불안정한 네트워크를 통해 엄청난 비용을 들여 엄청난 거리를 이동해야 합니다. 이 경우 지연 시간이 길어지거나 네트워크 속도가 느려지므로 결과가 플랫폼으로 다시 전송될 때는 이미 조치를 취하기에는 너무 늦을 수 있습니다.

이러한 종류의 사용 사례는 전 세계 어디에서 운영되든 100%의 가동 시간과 실시간 속도를 보장해야 하는 앱이 증가하고 있음을 나타냅니다.

이러한 요구 사항을 충족하는 데 있어 근본적인 문제는 여전히 네트워크입니다. 전 세계에는 여전히 인터넷이 거의 또는 전혀 없는 지역이 많으며, 이는 연결에 의존하는 앱이 이러한 지역에서 작동할 수 없음을 의미합니다. 네트워크 기술의 발전으로 이러한 격차가 줄어들고 있지만 네트워크의 커버리지, 안정성 또는 속도에 관계없이 네트워크에 의존하는 애플리케이션에 영향을 미치는 속도 저하와 중단은 필연적으로 사용자 경험과 비즈니스 다운타임을 초래할 수밖에 없습니다.

책임감 있는 개발 선택

특히 인터넷 사각지대에서 앱을 운영할 때 어떻게 앱의 가용성과 초저지연성을 보장할 수 있을까요? 이는 네트워크 연결의 문제를 이해하고 이를 해결함으로써 가능합니다. 

책임감 있는 개발 선택은 애플리케이션을 설계하고 구축하는 것입니다:

• • 네트워크 연결이 중단되거나 사용할 수 없는 경우에도 계속 작동할 수 있습니다.
  • 네트워크 연결은 순간적일 수 있고 항상 빠르지 않을 수 있으므로 네트워크 연결이 가능할 때 가장 효율적으로 사용할 수 있습니다.

이를 위해서는 데이터 처리 및 컴퓨팅 인프라를 네트워크의 가까운 쪽, 즉 팝업 클리닉 밴이나 석유 플랫폼과 같은 말 그대로 엣지로 가져와 멀리 떨어진 클라우드 데이터 센터에 대한 의존성을 줄여야 합니다.

엣지로의 전환

클라우드 아키텍처

클라우드 컴퓨팅 아키텍처는 데이터 저장 및 처리가 클라우드에서 호스팅된다고 가정합니다. 이 그림에서 애플리케이션 서비스와 데이터베이스는 클라우드에서 호스팅되고 실행되며, REST 호출을 통해 엣지 디바이스에서 액세스합니다:

클라우드 아키텍처는 앱이 제대로 작동하기 위해 인터넷에 의존합니다. 네트워크 속도가 느려지거나 중단되면 앱이 느려지거나 중지됩니다. 

엣지 아키텍처

엣지 컴퓨팅 아키텍처는 데이터 처리를 애플리케이션과 가까운 엣지로 가져와서 데이터가 클라우드까지 이동했다가 다시 돌아올 필요가 없기 때문에 속도가 빨라집니다. 또한 로컬 데이터 처리를 통해 인터넷 없이도 작동할 수 있기 때문에 더 안정적입니다. 클라우드를 없애는 것이 아니라 최종 집계 지점이 여전히 필요합니다. 클라우드를 네트워크의 가까운 곳으로 확장하는 것입니다. 엣지 아키텍처는 연결이 가능할 때 애플리케이션 에코시스템 전체에서 데이터가 동기화되는 동기화를 위해 네트워크를 사용합니다.

여기서 '동기화'란 단순히 네트워크를 사용해 데이터를 복제하는 것 이상의 의미를 지니고 있다는 점에 유의해야 합니다. 또한 귀중하고 찰나적인 대역폭을 사용 가능할 때 최대한 효율적으로 사용하는 것이기도 합니다.

동기화 기술은 교차 기록 압축, 델타 압축, 일괄 처리, 필터링, 재시작 기능 등을 제공하며, 이러한 효율성 덕분에 느리고 불안정하거나 대역폭이 공유되는 네트워크에서 중요한 유선을 통해 데이터를 덜 밀어 넣습니다.

간단히 말해, 엣지 아키텍처를 사용하면 가능합니다:

• • 데이터가 발생하는 곳에서 데이터를 캡처, 저장 및 처리하여 다음을 제공합니다. 가용성 및 속도.
  • 연결이 허용하는 대로 앱 에코시스템 전체에서 데이터를 안전하고 효율적으로 동기화하여 다음을 제공합니다. 일관성.

이제 엣지 아키텍처를 도입하는 방법을 살펴보겠습니다.

다음과 같이 하시면 됩니다. ASC

지난 몇 년 동안 전보다 더 많은 장소에서 더 많은 사용자가 애플리케이션을 사용할 수 있도록 설계된 차세대 기술이 성장하고 있습니다. 이러한 발전으로 인해 기업들은 특히 원격지나 인터넷 사각지대에서 운영되는 애플리케이션의 속도, 가동 시간, 효율적인 대역폭 사용을 보장하기 위해 엣지 아키텍처를 채택하는 것이 더 쉬워지고 있습니다.

엣지 아키텍처를 구축하려면 네 가지 기본 시스템 구성 요소가 필요합니다:

1. 1. 클라우드 컴퓨팅 환경.
   2. 엣지 컴퓨팅 환경.
   3. 클라우드와 엣지를 연결하는 네트워크입니다.
   4. 클라우드에서 엣지까지 동기화되는 데이터베이스입니다.

여기에서는 세 가지 최첨단 기술을 결합하여 전 세계 어디에서나 항상 고속으로 작동할 수 있는 엣지 아키텍처를 만듭니다.

우리는 이를 ASC 스택:

• • AWS 스노우볼
  • SpaceX 스타링크
  • Couchbase 카펠라

AWS 스노우볼이란?

AWS 스노우볼 는 엣지에서 애플리케이션을 구동하기 위해 AWS 인프라를 실행하는 안전하고 휴대 가능한 견고한 디바이스(AWS 스노우볼 엣지 디바이스라고 함)를 제공하는 서비스입니다. 

AWS 스노우볼 엣지 디바이스(출처: 아마존)

이 장치는 여행 가방 정도의 크기로 선박, 광산, 석유 플랫폼, 현장 진료소, 원격 제조 시설 등 연결이 끊긴 환경을 위한 로컬 컴퓨팅, 데이터 처리, 데이터 저장을 제공합니다. AWS 인프라가 필요하지만 인터넷이 안정적이지 않아서 사용할 수 없는 곳이라면 어디든 Snowball은 휴대용 솔루션을 제공합니다.

간단히 설명하자면, Snowball은 AWS 서비스로 사전 구성되어 바로 사용할 수 있는 '상자 속의 AWS 데이터 센터'입니다. AWS S3, EC2, Lambda, EBS 등을 지원합니다. 플러그를 꽂기만 하면 로컬 네트워크를 통해 AWS 컨트롤 플레인을 통해 환경에 액세스하고 관리할 수 있습니다.

AWS 스노우볼은 휴대 가능하고 친숙한 표준 기반 인프라를 제공함으로써 누구나 인터넷 연결에 대한 걱정 없이 엣지 데이터 센터를 쉽게 설정하고 운영할 수 있도록 지원합니다.

SpaceX 스타링크란 무엇인가요?

스타링크 의 차세대 위성 인터넷 서비스입니다. SpaceX. 이는 약 340마일 상공의 저지구 궤도에 있는 수천 개의 소형 위성으로 이루어진 '별자리'로 구성되어 있습니다. 이는 약 22,000마일 상공의 고정된 위치에서 궤도를 도는 기존의 대규모 정지 위성과는 대조적입니다.

고객의 접시와 위성 사이의 물리적 거리가 짧기 때문에 Starlink는 평균 20~50밀리초의 지연 시간을 제공하여 기존 위성 인터넷(거리가 멀기 때문에 최대 600밀리초 이상의 지연 시간이 발생할 수 있음)보다 훨씬 빠른 속도를 제공할 수 있습니다.

저궤도 및 스마트 네트워크 기술을 통해 스타링크는 지상파 네트워크에 필적하는 성능을 제공합니다. "비즈니스" 서비스는 최대 350Mbps의 다운로드 속도와 20~40ms의 지연 시간을 제공합니다.

스타링크는 다른 옵션이 거의 없거나 전혀 없는 지역에 필수적인 인터넷 연결을 제공하지만, 완벽한 것은 아닙니다. 다음과 같은 경우 연결 속도가 느려질 수 있습니다. 피크 시간대 특정 셀의 대부분의 사용자가 대역폭을 공유할 가능성이 높은 경우 또는 접시가 간섭 주변의 가전제품, 형광등 또는 기타 Wi-Fi 네트워크에서 전파를 차단할 수 있습니다. 구름, 나뭇가지, 두꺼운 벽과 같은 장애물도 Wi-Fi를 방해할 수 있습니다. 연결 중단.

따라서 간헐적인 속도 저하와 중단을 견디고 완전한 가용성을 유지할 수 있는 앱을 개발하는 것이 중요합니다. 그러기 위해서는 가능한 한 최소한의 데이터를 가장 압축된 형태로 이동하여 소중한 공유 네트워크 리소스의 효율적인 사용을 극대화해야 합니다.

카우치베이스란 무엇인가요?

Couchbase는 인메모리 속도, SQL 친숙성, JSON 유연성을 갖춘 NoSQL 클라우드 데이터베이스 플랫폼입니다. 기본적으로 엣지 아키텍처를 지원합니다:

• • 카우치베이스 카펠라: 완전 관리형 클라우드 서비스형 데이터베이스(DBaaS)입니다.
  • 카펠라 앱 서비스: 모바일 및 엣지 앱의 파일 저장, 양방향 동기화, 인증 및 액세스 제어를 위한 완전 관리형 서비스입니다.
  • 카우치베이스 라이트: 임베드 가능한 경량 버전의 Couchbase 데이터베이스입니다.

Capella 앱 서비스는 연결이 허용되는 대로 백엔드 클라우드 데이터베이스와 에지 데이터베이스 간에 데이터를 동기화하며, 네트워크 중단 중에도 로컬 데이터 처리 덕분에 앱은 계속 작동합니다.

Couchbase를 사용하면 속도, 가용성 또는 낮은 대역폭 요구 사항을 지원하는 다계층 엣지 아키텍처를 만들 수 있습니다.

Couchbase는 복잡한 멀티티어 엣지 아키텍처를 지원하기 위해 기본 제공 동기화 기능을 제공합니다.

스택 테스트

카우치베이스 엔지니어링은 각 기술이 서로의 기능을 향상하고 보강하여 ASC 스택이 더 잘 작동하는 방법에 대한 기준선을 정하고자 했습니다.

이를 위해 기존 엣지 아키텍처의 원격 위치에 스택을 설정했습니다:

• • AWS 스노우볼 엣지는 엣지에서 컴퓨팅 인프라를 제공합니다.
  • 카우치베이스는 로컬 데이터 저장 및 처리를 위해 스노우볼 엣지 장치에 배포됩니다.
  • 카우치베이스 카펠라는 클라우드에서 호스팅되는 백엔드 DBaaS 역할을 합니다.
  • 스타링크는 스노우볼 엣지 기기에서 카우치베이스 카펠라까지 네트워크를 제공합니다.
  • 카우치베이스 카펠라 앱 서비스는 엣지 데이터베이스와 클라우드 데이터베이스 간의 안전한 동기화를 제공합니다.

스타링크를 사용하여 카펠라에 동기화하기 위해 AWS Snowball에서 실행되는 Couchbase

이러한 기본 엣지 아키텍처를 구축한 후, 앱이 REST를 통해 스타링크를 통해 읽고 쓰는 클라우드 아키텍처와 비교하여 지연 시간과 대역폭 소비를 줄이는 데 있어 그 효과를 측정하기 시작했습니다.

네 가지 테스트 시나리오를 실행했습니다:

테스트 1 는 유선 LAN(로컬 영역 네트워크)을 통해 Snowball Edge에 1,000개의 새 문서를 작성하고 작업당 전송되는 데이터의 양과 지연 시간을 측정하는 것이었습니다.

테스트 2 1,000개의 새 문서를 Starlink를 통해 Snowball에서 Capella로 동기화하고 전송되는 데이터의 양과 전송 완료 시간을 측정하는 것이었습니다.

테스트 3 스타링크를 통해 Capella에 1,000개의 새 문서를 작성하고 작업당 데이터 전송량과 지연 시간을 측정하는 것이었습니다.

테스트 4 1,000개의 새 문서를 Starlink를 통해 Capella에서 Snowball으로 동기화하고 전송되는 데이터의 양과 전송 완료 시간을 측정하는 것이었습니다.

테스트에는 레코드당 평균 650바이트의 실제 제품 카탈로그 데이터 세트(1,000개 제품)가 사용되었습니다. 

결과

지연 시간 비교

로컬 Snowball 기기에서 실행되는 Couchbase 데이터베이스에 액세스하는 앱은 클라우드 데이터베이스에 액세스할 때보다 지연 시간이 크게 줄어든 것으로 나타났습니다.

읽기 및 쓰기의 경우, 엣지 아키텍처는 다음과 같이 지연 시간을 줄인 것으로 나타났습니다. 98% 클라우드 아키텍처와 비교하여

대역폭 비교

대역폭 사용량에 대해 엣지 아키텍처와 클라우드 아키텍처를 비교한 결과, 스타링크를 통해 전송되는 총 데이터 양이 엣지 아키텍처에서 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 

교차 레코드 압축, 델타 압축, 일괄 처리, 필터링, 재시작 기능 등 동기화를 통한 효율성 덕분에 엣지 아키텍처는 공유 대역폭을 최대한 활용하며, 이는 피크 기간, 클라우드가 많이 덮인 상태 또는 장애물이 속도와 처리량을 방해할 수 있는 숲이나 정글 같은 원격 지역에서 연결할 때 매우 중요합니다.

엣지 아키텍처를 통해 업데이트를 동기화하면 스타링크를 통해 전송되는 데이터의 양이 다음과 같이 줄어듭니다. 42% 클라우드 아키텍처에 대한 REST 호출을 사용하는 것과는 대조적입니다.

이러한 테스트 결과는 기본 엣지 아키텍처에 ASC 스택을 사용할 때 볼 수 있는 지연 시간 및 대역폭 개선에 대한 보수적인 기준선을 설정합니다. 대규모 프로덕션 환경에서는 개선 효과가 더 크게 나타날 수 있습니다.

엣지는 생각보다 가까이 있습니다

Couchbase는 고객이 애플리케이션의 실시간 속도와 100% 가동 시간에 대한 중요한 요구 사항을 충족하도록 오랫동안 지원해 왔습니다. 그리고 ASC 스택을 통해 Couchbase는 AWS Snowball 및 SpaceX Starlink와 협력하여 조직이 그 어느 때보다 더 빠르고 쉽게, 더 많은 곳에서 엣지 컴퓨팅을 도입할 수 있도록 지원합니다.

가장 좋은 점은 스택이 휴대성이 뛰어나서 어디든 가지고 다닐 수 있다는 것입니다!

실제 AWS 스노우볼 엣지 디바이스와 카우치베이스 테스트에 사용된 스타링크 접시

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