[論文レビュー] Clome: The Practical Implications of a Cloud-based Smart Home

Zubair Nabi, Atif Alvi|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2014

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、スマートホーム機器の計算をクラウドにオフロードするためのクラウドベースのスマートホームアーキテクチャ「Clome」を紹介する。本アーキテクチャは、スモールクライアントモデル、プログラマブルスイッチ、コンテナ化アプリケーションを活用して、計算を家庭機器から分離する。本稿では、セキュリティ、ネットワークオーバーヘッド、フェイルセーフ、ベンダーロックインといった実用的課題を特定・分析し、プロトタイプ実装を通じて解決策を提示する。

ABSTRACT

A rich body of work in recent years has advocated the use of cloud technologies within a home environment, but nothing has materialized so far in terms of real-world implementations. In this paper, we argue that this is due to the fact that none of these proposals have addressed some of the practical challenges of moving home applications to the cloud. Specifically, we discuss the pragmatic implications of moving to the cloud including, data and information security, increase in network traffic, and fault tolerance. To elicit discussion, we take a clean-slate approach and introduce a proof-of-concept smart home, dubbed Clome, that decouples non-trivial computation from home applications and transfers it to the cloud. We also discuss how a Clome-like smart home with decentralized processing and storage can be enabled through OpenFlow programmable switches, home-centric programming platforms, and thin-client computing.

研究の動機と目的

• 理論的主張と実世界での展開の間のギャップを埋めること。
• クラウド統合型ホームオートメーションにおけるネットワークオーバーヘッド、セキュリティ、フェイルセーフ、ベンダーロックインといった実用的課題を特定・分析すること。
• 既存技術を活用した分散処理およびストレージを可能にする概念実証アーキテクチャ（Clome）を提案すること。
• パフォーマンス、プライバシー、信頼性を維持したままスマートホームアプリケーションをクラウドに移行する可能性を評価すること。

提案手法

• 非自明な計算をクラウドに移行するために、スモールクライアントコンピューティングを活用したクラウド対応スマートホームとしてClomeを設計すること。
• OpenFlowプログラマブルスイッチを用いて、動的でポリシー駆動のネットワーク制御およびトラフィック管理を可能にすること。
• 家庭中心のプログラミングプラットフォームを活用して、デバイスの異種性を抽象化し、統一されたアプリケーション開発を可能にすること。
• 軽量のOSレベルコンテナを用いてアプリケーションの隔離を実現し、障害およびパフォーマンスの分離を確保すること。
• 重要なアプリケーションやプライバシーに敏感なアプリケーションをローカルのHomeOSサーバーで実行するハイブリッドアーキテクチャを提案すること。
• クラウドインfraストラクチャの依存関係を露呈する依存関係グラフ抽象化を導入し、複数のクラウドベンダーにまたがる相関障害を低減すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウドベースのスマートホームを展開するにあたり、主な実用的課題は何であり、それらが実世界での採用を妨げる要因となるのはなぜか？
• RQ2 複数のクラウドプロバイダーにまたがる相関障害を回避しつつ、クラウドベースのスマートホームアーキテクチャがどのようにフェイルセーフを達成できるか？
• RQ3 OpenFlow、コンテナ、スモールクライアントモデルといった既存技術が、スケーラブルで安全なスマートホーム展開をどの程度可能にするか？
• RQ4 特定のスマートホームアプリケーションをクラウドに移行すべきか、ローカルに残すべきかを判断するための基準は何か？
• RQ5 スマートホームのデータおよび処理をクラウドに移行する際、プライバシーとデータ機密性をどのように維持できるか？

主な発見

• スマートホームアプリケーションをクラウドに移行することで、計算を集中型データセンターにオフロードすることにより、ローカルのエネルギー消費量と発熱量を削減できる。
• OSレベルコンテナの使用により、アプリケーションの隔離が向上し、単一アプリケーションのクラッシュがシステム全体に影響を及ぼすのを防げる。
• クラウドベースのスマートホームでは、特にデータ集約型センサーに対して、ネットワークトラフィック量の増大が顕著な課題となり、家庭のブロードバンド接続に負荷がかかる。
• 不透明なクラウドアーキテクチャは、複数のクラウドベンダーが同じ基盤コンponentsに依存しているため、相関障害のリスクを高める。
• 重要なアプリケーションやプライバシーに敏感なアプリケーションをローカルのHomeOSサーバーで実行し、他のアプリケーションはクラウドで処理するハイブリッドモデルは、パフォーマンス、プライバシー、スケーラビリティのバランスをとる実用的な解決策を提供する。
• クラウド依存関係グラフを露呈することで、アプリケーションがインfraストラクチャの信頼性を推論し、連鎖的障害のリスクを低減できる。