[論文レビュー] Fog Computing for Sustainable Smart Cities: A Survey

Charith Perera, Yongrui Qin+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2017

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 54被引用数 93

ひとこと要約

フォグ（エッジ）コンピューティングがクラウドを補完して持続可能な IoT対応のスマートシティを構築する方法を検討し、ユースケース、主要なフォグ機能、比較、未解決の課題を概説する。

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) aims to connect billions of smart objects to the Internet, which can bring a promising future to smart cities. These objects are expected to generate large amounts of data and send the data to the cloud for further processing, specially for knowledge discovery, in order that appropriate actions can be taken. However, in reality sensing all possible data items captured by a smart object and then sending the complete captured data to the cloud is less useful. Further, such an approach would also lead to resource wastage (e.g. network, storage, etc.). The Fog (Edge) computing paradigm has been proposed to counterpart the weakness by pushing processes of knowledge discovery using data analytics to the edges. However, edge devices have limited computational capabilities. Due to inherited strengths and weaknesses, neither Cloud computing nor Fog computing paradigm addresses these challenges alone. Therefore, both paradigms need to work together in order to build an sustainable IoT infrastructure for smart cities. In this paper, we review existing approaches that have been proposed to tackle the challenges in the Fog computing domain. Specifically, we describe several inspiring use case scenarios of Fog computing, identify ten key characteristics and common features of Fog computing, and compare more than 30 existing research efforts in this domain. Based on our review, we further identify several major functionalities that ideal Fog computing platforms should support and a number of open challenges towards implementing them, so as to shed light on future research directions on realizing Fog computing for building sustainable smart cities.

研究の動機と目的

• フォグコンピューティングを定義し、それがスマートシティのIoTにおける役割を果たす。
• フォグとクラウドコンピューティングの利点と制約を特定する。
• フォグプラットフォームの機能要件を導き出すためのユースケースシナリオを提示する。
• フォグコンピューティングの10の主要特性と共通機能を特定する。
• 既存の研究動向を比較し、ギャップと今後の方向性を明らかにする。

提案手法

• 既存のフォグコンピューティング文献と先行調査をレビューする。
• スマート農業、交通、健康、廃棄物管理、水、温室効果ガス、電力網、小売におけるユースケースシナリオを説明する。
• シナリオと文献を分析して機能の分類（タクソノミー）を特定する。
• フォグプラットフォームに理想的な主要機能を統合し、未解決の課題を論じる。
• 分野内の30件を超える研究動向の比較討論を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォグコンピューティングがスマートシティに価値を付加できる主なユースケースシナリオは何か？
• RQ2 スマートシティの持続可能なIoTのために理想的なフォグコンピューティングプラットフォームがサポートすべき必須機能は何か？
• RQ3 都市環境でフォグプラットフォームを展開する際の未解決の課題と将来の研究方向は何か？

主な発見

• フォグコンピューティングはデータ処理をエッジ/リーフノードへと移動させ、帯域幅、レイテンシ、中央クラウド負荷を削減する。
• エッジ分析は文脈認識、リアルタイム処理、クラウド接続が断続的でも信頼性の向上を実現する。
• 本調査は10の主要なフォグ特性とユースケースを横断する共通機能を特定する。
• 30件を超える既存の取り組みと比較して、フォグプラットフォームは持続可能なスマートシティ sensing インフラを支えるための特定の機能を必要とする。
• プラットフォーム開発と展開を guiding するためのいくつかの未解決の課題と今後の方向性が議論されている。
• スマート農業、交通、医療、廃棄物管理、水、温室効果ガス、電力網、小売に跨るユースケースは、フォグ対応アーキテクチャの実用例を示す。