[論文レビュー] Jolie Good Buildings: Internet of things for smart building infrastructure supporting concurrent apps utilizing distributed microservices

Kamill Gusmanov, Kevin Khanda+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2016

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 6被引用数 26

ひとこと要約

本稿では、分散型IoTセンサーを用いた並列的でスケーラブルなアプリケーションを可能にする、スマートビルインfra構造に特化したJolieベースのマイクロサービスアーキテクチャを提案する。本システムは、学術施設での実運用において実用性を実証し、Jolieを用いたサービス指向設計がモジュラリティ、フェイルセーフ、および動的合成を実現するスマートビルアプリケーションの構築に、測定可能なパフォーマンスおよび拡張性の利点をもたらすことを示している。

ABSTRACT

A large percentage of buildings, domestic or special-purpose, is expected to become increasingly "smarter" in the future, due to the immense benefits in terms of energy saving, safety, flexibility, and comfort, that relevant new technologies offer. However, concerning the hardware, software, or platform levels, no clearly dominant standard frameworks currently exist. Here, we will present a prototype platform for supporting multiple concurrent applications for smart buildings, which is utilizing an advanced sensor network as well as a distributed micro services architecture, centrally featuring the Jolie language. The architecture and benefits of our system are discussed, as well as a prototype containing a number of nodes and a user interface, deployed in a real-world academic building environment. Our results illustrate the promising nature of our approach, as well as open avenues for future work towards it wider and larger scale applicability.

研究の動機と目的

• スマートビルシステム向けの標準化され、スケーラブルなソフトウェアフレームワークの不足に対処すること。
• ハードウェアやモノリシックアーキテクチャに強く結合されない、並列的かつ隔離されたアプリケーションをスマートビルで実行可能にする。
• Jolieプログラミング言語を活用し、IoT環境における合成可能で分散型のマイクロサービスを構築すること。
• 実際の学術施設環境において、完全に分散型でサービス指向のアーキテクチャをプロトタイプ化し、評価すること。
• Jolieを用いた柔軟で保守性が高く拡張可能なスマートビルインフラの構築における実用性と利点を実証すること。

提案手法

• IoTデバイスとアプリケーションを管理するため、Jolieプログラミング言語を用いた分散型マイクロサービスアーキテクチャを設計する。
• 緩い結合性を実現するため、センサーのデータ受信、処理、アクチュエータ制御のためのサービス指向コンポーネントを実装する。
• Jolieがネイティブにサポートする並列処理、移動性、サービス合成機能を活用し、複数のアプリケーションを同時に処理する。
• 実際の学術施設環境において、複数のノードとユーザインタフェースを備えたプロトタイプを展開する。
• Jolieコンポーネントが公開する標準化されたサービスインターフェースを通じて、異種のセンサーとアクチュエータを統合する。
• メッセージパッシングとサービスオchestrationパターンを採用し、スマートビル機能の動的合成を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サービス指向でマイクロサービスベースのアーキテクチャは、スマートビル環境における並列アプリケーションをどのように支援できるか？
• RQ2 分散型でIoT対応のビルシステムを実装するにあたり、Jolie言語を使用する利点は何か？
• RQ3 Jolieおよび分散型マイクロサービスに基づくプロトタイプシステムは、実際の学術施設環境に成功裏に展開・運用可能か？
• RQ4 提案アーキテクチャは、複雑なビルオートメーションのシナリオにおいて、モジュラリティ、フェイルセーフ、拡張性をどのように確保するか？
• RQ5 実運用条件下において、本システムのパフォーマンスとスケーラビリティの特性は何か？

主な発見

• プロトタイプは、実際の学術施設に複数の並列アプリケーションを正常に展開し、アーキテクチャの実用性を実証した。
• Jolieの使用により、分散ノード間でのシームレスなサービス合成、動的再構成、フェイルセーフが実現された。
• システムは強固なモジュラリティを示し、他のアプリケーションに影響を与えずに独立して開発・デプロイが可能となった。
• アーキテクチャは、多様なセンサーからのリアルタイムデータ処理と、明確に定義されたサービスインターフェースを通じたビルシステムの制御をサポートした。
• 結果から、Jolieベースのマイクロサービスは、スケーラブルで保守性が高く、拡張可能なスマートビルインフラに適していることが示された。
• 本研究は、今後のより大規模で生産環境向けの展開に向けた道筋を示した。