[論文レビュー] Greening Internet of Things for Smart Everythings with A Green-Environment Life: A Survey and Future Prospects

Saeed Hamood Alsamhi, Ou Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2018

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 106被引用数 38

ひとこと要約

本調査では、センサーやネットワーク、クラウドインfra構造などのIoTコンponentsにわたり、エネルギー効率、二酸化炭素排出削減、持続可能なリソース利用を統合することで、グリーンインターネット・オブ・シングス（IoT）システムの包括的なフレームワークを提案する。グリーンIoT技術に関する現在の研究を統合し、スマートワールドアプリケーションの向上を図りながら環境への影響を最小限に抑えるための今後の方向性を提示する。

ABSTRACT

Tremendous technology development in the field of Internet of Things (IoT) has changed the way we work and live. Although the numerous advantages of IoT are enriching our society, it should be reminded that the IoT also consumes energy, embraces toxic pollution and E-waste. These place new stress on the environments and smart world. In order to increase the benefits and reduce the harm of IoT, there is an increasing desire to move toward green IoT. Green IoT is seen as the future of IoT that is environmentally friendly. To achieve that, it is necessary to put a lot of measures to reduce carbon footprint, conserve fewer resources, and promote efficient techniques for energy usage. It is the reason for moving towards green IoT, where the machines, communications, sensors, clouds, and internet are alongside energy efficiency and reducing carbon emission. This paper presents a thorough survey of the current on-going research work and potential technologies of green IoT with an intention to provide some clues for future green IoT research.

研究の動機と目的

• IoTシステムの環境への影響、特にエネルギー消費、エレクトロニクス廃棄物、二酸化炭素排出の増加に対処するため。
• デバイス、ネットワーク、クラウドプラットフォームの各段階における持続可能なIoT展開の鍵となる課題を特定するため。
• エネルギー効率を高め、生態的足取りを削減する既存のグリーンIoT技術と手法を調査するため。
• IoTスタック全体にわたる包括的な持続可能性を焦点にした、今後のグリーンIoT研究のロードマップを提供するため。
• 長期的な環境的・社会的利点を得るために、グリーン原則をIoT設計に統合を促進するため。

提案手法

• 2010年から2018年までの、グリーンIoTに関する査読付き研究を対象とした体系的文献レビューの実施。
• システムレイヤーごとに分類：センシング、通信、ネットワーキング、クラウド、アプリケーションレイヤー。
• IoTデバイスにおけるデューティサイクリング、適応送信電力、エネルギー回収などの省エネ技術の分析。
• データ送信のオーバーヘッドを低減し、エネルギー消費を抑えるルーティング最適化を実現するグリーンネットワーキングプロトコルの評価。
• IoTバックボーンにおける計算エネルギー消費を最小限に抑えるクラウドおよびエッジコンピューティング戦略の調査。
• センシング、通信、処理レイヤーの複数のIoTシステムコンponentsにわたるエネルギー効率を統合的に最適化するクロスレイヤー最適化アプローチの統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のIoTシステムの主な環境的影響は何であり、それが持続可能性にどのように影響するか？
• RQ2 IoTのエネルギー消費と二酸化炭素排出を削減するために、最も効果的なエネルギー効率技術とプロトコルは何か？
• RQ3 グリーン原則を、センサーからクラウドサービスに至るまで、IoTスタック全体に体系的に統合するにはどうすればよいか？
• RQ4 完全なグリーンIoT展開を達成するための主な技術的・アーキテクチャ的障壁は何か？
• RQ5 持続可能なスマートワールドに向けたグリーンIoTの進展を促進する、最も有望な今後の研究方向性は何か？

主な発見

• IoTデバイスおよびネットワークにおけるエネルギー消費は、二酸化炭素排出とエレクトロニクス廃棄物の主な要因であり、緊急のグリーン最適化が不可欠である。
• デューティサイクリング、適応送信、エネルギー回収などの技術は、IoTノードの電力消費を顕著に低減する。
• グリーンネットワーキングプロトコルは、インテリジェントなルーティングとデータ圧縮により、データ送信エネルギーを最大40％まで削減できる。
• 仮想化やワークロードオフロードを含むクラウドおよびエッジコンピューティングの最適化は、全体のシステムエネルギー消費を低減する要因となる。
• センシング、通信、処理レイヤーにわたるエネルギー効率の統合的設計は、優れたパフォーマンスと持続可能性を実現する。
• 進展は見られるものの、グリーン指標やライフサイクルアセスメントの標準化が不足しているため、グリーンIoTソリューションの大規模な採用が妨げられている。