[論文レビュー] A Role-Based Approach for Orchestrating Emergent Configurations in the Internet of Things

Radu‐Casian Mihailescu, Romina Spalazzese+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2018

Context-Aware Activity Recognition Systems参考文献 36被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、インターネット・オブ・Things (IoT) における急激に変化する構成を調整するためのロールベースのモデルを提案する。これにより、異種デバイス間の動的で適応的かつユーザー中心の調整が可能になる。ユーザーの目的と文脈に基づき実行時におけるロールをデバイスに割り当てることで、ユーザーの意図の整合性を保ちつつ、動的環境における使いやすさを向上させる、シームレスで目的指向のシステム行動を実現する。

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) is envisioned as a global network of connected things enabling ubiquitous machine-to-machine (M2M) communication. With estimations of billions of sensors and devices to be connected in the coming years, the IoT has been advocated as having a great potential to impact the way we live, but also how we work. However, the connectivity aspect in itself only accounts for the underlying M2M infrastructure. In order to properly support engineering IoT systems and applications, it is key to orchestrate heterogeneous 'things' in a seamless, adaptive and dynamic manner, such that the system can exhibit a goal-directed behaviour and take appropriate actions. Yet, this form of interaction between things needs to take a user-centric approach and by no means elude the users' requirements. To this end, contextualisation is an important feature of the system, allowing it to infer user activities and prompt the user with relevant information and interactions even in the absence of intentional commands. In this work we propose a role-based model for emergent configurations of connected systems as a means to model, manage, and reason about IoT systems including the user's interaction with them. We put a special focus on integrating the user perspective in order to guide the emergent configurations such that systems goals are aligned with the users' intentions. We discuss related scientific and technical challenges and provide several uses cases outlining the concept of emergent configurations.

研究の動機と目的

• 動的で異種性の高い環境において、ユーザー中心的かつ適応的なIoTシステムの構成の欠如に対処すること。
• 固定されたリクエスト・レスポンスパターンに依存する現在のIoTソリューションにおける「クラウド・シロ」問題とユーザー体験の制限を克服すること。
• ユーザーが委任した目的に基づき、デバイスが自律的に協調する、目的指向の急激な変化を伴う構成を実現すること。
• ユーザーの意図と文脈をシステム行動に統合し、常にユーザーの命令なしに、能動的でシームレスで直感的な相互作用を可能にすること。
• IoTエコシステムにおける相互運用性、協調性、およびユーザーインタラクションの向上を支援する統一されたフレームワークを提供すること。

提案手法

• ユーザーの目的と文脈に基づき動的に再構成される一時的で目的指向のIoTデバイスグループとして、急激な構成（ECs）を定義する。
• 実行時にデバイスが特定のロールを採用することでシステム目的を果たすロールベースのモデルを導入し、動的適応と協調性を実現する。
• ユーザーを単なるエンドユーザーではなく、システム行動の共同創造者およびガイドとして位置づけ、ロールを通じてユーザーの目的とデバイス機能を結びつける。
• 文脈的推論を用いてユーザーの行動を推定し、関連するデバイスの相互作用を能動的にトリガーすることで、ユーザーの負担を軽減し、システムの応答性を向上させる。
• 相互作用を自律的に行う、緩やかに結合されたコンポーネントにシステムを分解し、ロールを協調性と適応性のための意味的抽象化として活用する。
• 既存のマルチエージェントシステム（MAS）の原則を活用するが、ユーザー中心のガイダンスを追加し、ロールをユーザーの意図とデバイス行動の橋渡しとする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTシステムは、どのようにして異種デバイスを動的かつシームレスに調整し、ユーザーが委任した目的を達成できるか？
• RQ2 ユーザーの意図と文脈は、どのように形式的にモデル化され、デバイスの協調に統合され、能動的で目的指向の行動を可能にするか？
• RQ3 ロールは、実行時における適応性とシステムの一貫性を保つために、ユーザーの目的とデバイス機能の間でどのように仲介できるか？
• RQ4 複数のユーザーが競合する目的で同じ構成にアクセスする場合、どのようなメカニズムが必要か？
• RQ5 ロールベースのモデルは、表現力と実行時効率を保ちつつ、多様なIoTユースケースに一般化・再利用可能か？

主な発見

• ロールベースのモデルにより、デバイスがユーザーの目的に適合するロールを動的に採用でき、適応的かつ文脈に応じたシステム行動を実現する。
• ユーザーの目的をデバイスのロールに束縛することで、ユーザーの認知的負荷が軽減され、明示的な命令なしに能動的なシステム反応が可能になる。
• 統一された意味的レイヤーを提供することで、IoTにおける相互運用性、協調性、ユーザーインタラクションの課題を解決する。
• ユーザーの目的や環境状態の変化に応じて、実行時にロールの進化をサポートすることで、システムのレジリエンスと適応性が向上する。
• サービスディスカバリーや文脈推論、構成監視といった既存のメカニズムを、共通で拡張可能なアーキテクチャ内に統合する。
• 本モデルは、複数のデバイスとユーザーを含む複雑な急激な構成をモデル化する上で、強力な表現力を持ち、多様なIoTアプリケーションへの再利用が可能である。