[論文レビュー] Internet of Things (IoT): A Vision, Architectural Elements, and Future Directions

Jayavardhana Gubbi, Rajkumar Buyya+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2012

Energy Efficient Wireless Sensor Networks被引用数 36

ひとこと要約

本論文は、無線センサネットワーク（WSN）、RFID、NFC、埋め込みアクチュエータを統合した包括的でスケーラブルなアーキテクチャを備えた、クラウド中心のインターネット・オブ・シングス（IoT）のビジョンを提示する。Anekaを用いたハイブリッド・プライベート・パブリッククラウドモデルを提案し、リアルタイムのデータ処理と意思決定を可能にすることで、ウェブ2.0からウェブ3.0への移行を推進する、普遍的で知能的かつ文脈に即応したシステムを実現する。

ABSTRACT

Ubiquitous sensing enabled by Wireless Sensor Network (WSN) technologies cuts across many areas of modern day living. This offers the ability to measure, infer and understand environmental indicators, from delicate ecologies and natural resources to urban environments. The proliferation of these devices in a communicating-actuating network creates the Internet of Things (IoT), wherein, sensors and actuators blend seamlessly with the environment around us, and the information is shared across platforms in order to develop a common operating picture (COP). Fuelled by the recent adaptation of a variety of enabling device technologies such as RFID tags and readers, near field communication (NFC) devices and embedded sensor and actuator nodes, the IoT has stepped out of its infancy and is the the next revolutionary technology in transforming the Internet into a fully integrated Future Internet. As we move from www (static pages web) to web2 (social networking web) to web3 (ubiquitous computing web), the need for data-on-demand using sophisticated intuitive queries increases significantly. This paper presents a cloud centric vision for worldwide implementation of Internet of Things. The key enabling technologies and application domains that are likely to drive IoT research in the near future are discussed. A cloud implementation using Aneka, which is based on interaction of private and public clouds is presented. We conclude our IoT vision by expanding on the need for convergence of WSN, the Internet and distributed computing directed at technological research community.

研究の動機と目的

• インターネット・オブ・シングス（IoT）を次世代のインターネット進化として包括的なアーキテクチャ的ビジョンを定義すること。
• WSN、RFID、NFC、埋め込みセンサ・アクチュエータ・ノードなどの主要な促進技術を特定・分析すること。
• 動的で普遍的な環境におけるオンデマンド・データと知能的な照会の増大する需要に対応すること。
• 異種デバイス間での相互運用性とリアルタイム処理を支援する、スケーラブルなクラウドベースのインfra構造を提案すること。
• WSN、インターネット、分散クラウドコンピューティングの統合を提唱し、将来のIoT研究と展開を可能にすること。

提案手法

• Anekaプラットフォームを用いて、プライベートクラウドとパブリッククラウドインfraを統合したクラウド中心のIoTアーキテクチャを提案する。
• エンド・ツー・エンドのIoT機能を実現するための、センシング層、ネットワーク層、処理層、アプリケーション層からなる階層的アーキテクチャモデルを導入する。
• Anekaのサービス指向ミドルウェアを活用し、ハイブリッドクラウド環境における分散コンピューティングタスクをオーケストレーションする。
• 無線センサネットワーク（WSN）とRFID/NFC技術を、基礎となるセンシングおよび識別層として採用する。
• 動的環境における直感的で知的な照会を可能にするために、意味論的および文脈に即応したデータ統合を実現する。
• 分散コンピューティングの原則を活用し、環境への刺激に応じたリアルタイムのデータ分析とアクチュエーションを支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無線センサネットワークと普遍的センシング技術を、スケーラブルで相互運用性のあるIoTアーキテクチャに統合する方法は何か？
• RQ2 IoTシステムにおけるリアルタイムのデータ処理と意思決定を支援するために不可欠なアーキテクチャ的要素は何か？
• RQ3 特にハイブリッド・プライベート・パブリッククラウドを含むクラウドコンピューティングは、IoTアプリケーションのパフォーマンスと適応性をどのように向上させるか？
• RQ4 RFID、NFC、埋め込みアクチュエータなどの新興技術が、完全に統合された将来のインターネットのビジョンを実現するために果たす役割は何か？
• RQ5 WSN、インターネットプロトコル、分散コンピューティングの統合は、普遍的で知的なコンピューティングの次世代をどのように可能にするか？

主な発見

• 提案されたIoTアーキテクチャは、センサ、アクチュエータ、RFIDタグ、NFCデバイスを含む異種デバイスのシームレスな統合を、統一されたネットワーキング・システムに可能にする。
• Anekaを基盤とするクラウド実装は、ハイブリッドクラウド環境における分散型リアルタイムのセンサデータ処理を効果的にサポートしていることを示している。
• WSNとクラウドコンピューティングの統合は、大規模なIoT展開におけるスケーラビリティ、信頼性、応答性を顕著に向上させる。
• このビジョンは、知的でデータ駆動型のシステムを通じて、ウェブ2.0（ソーシャルウェブ）からウェブ3.0（普遍的で文脈に即応したコンピューティング）への進化を支援する。
• 共通の運用状況（COP）の構築を可能にするために、クロスプラットフォームのデータ共有と意味論的相互運用性を実現する。
• 本論文は、WSN、インターネット、分散クラウドシステムの間の主要な技術的統合ポイントを特定することで、将来のIoT研究の基盤を確立している。