[論文レビュー] MOSDEN: An Internet of Things Middleware for Resource Constrained Mobile Devices

Charith Perera, Prem Prakash Jayaraman+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2013

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 16被引用数 8

ひとこと要約

MOSDEN は、リソース制限のあるモバイルデバイス向けのプラグインベースの IoT ミドルウェアであり、センサーからのデータ収集および処理をゼロプログラミングで可能にし、センシング・アズ・ア・サービスおよびプッシュ/プル両方のデータストリーミングをサポートする。データをモバイルデバイス上でローカルに処理することにより、クラウドの帯域幅を削減し、システムの持続可能性を向上させる。

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) is part of Future Internet and will comprise many billions of Internet Connected Objects (ICO) or `things' where things can sense, communicate, compute and potentially actuate as well as have intelligence, multi-modal interfaces, physical/ virtual identities and attributes. Collecting data from these objects is an important task as it allows software systems to understand the environment better. Many different hardware devices may involve in the process of collecting and uploading sensor data to the cloud where complex processing can occur. Further, we cannot expect all these objects to be connected to the computers due to technical and economical reasons. Therefore, we should be able to utilize resource constrained devices to collect data from these ICOs. On the other hand, it is critical to process the collected sensor data before sending them to the cloud to make sure the sustainability of the infrastructure due to energy constraints. This requires to move the sensor data processing tasks towards the resource constrained computational devices (e.g. mobile phones). In this paper, we propose Mobile Sensor Data Processing Engine (MOSDEN), an plug-in-based IoT middleware for mobile devices, that allows to collect and process sensor data without programming efforts. Our architecture also supports sensing as a service model. We present the results of the evaluations that demonstrate its suitability towards real world deployments. Our proposed middleware is built on Android platform.

研究の動機と目的

• 制限された帯域幅、エネルギー、計算能力のため、リソース制限のある IoT デバイスからのセンサー データを効率的に収集および処理する課題に対処すること。
• アプリケーションレベルのプログラミングを必要とせずに、多様なセンサーをモバイルデバイスにシームレスに統合すること。
• モバイルデバイスが IoT データパイプラインにおける仲介者として機能できるセンシング・アズ・ア・サービスモデルをサポートすること。
• エンド to エンドの IoT システム統合を可能にするために、既存のクラウドベースのミドルウェア（Global Sensor Network (GSN)）との相互運用性を確保すること。
• データ処理をモバイルデバイスにオフロードすることで、冗長なデータ送信を最小限に抑え、システムの持続可能性を向上させること。

提案手法

• Android アプリストアを通じて、サードパーティ開発者がセンサー固有のプラグインを生成および配布できるプラグインベースのアーキテクチャを設計する。
• ユーザーがコードを書かずに、グラフィカルなインターフェースを通じてセンサーを接続し、データ収集を構成できるゼロプログラミングインターフェースを実装する。
• プッシュおよびプルの両方のデータストリーミングメカニズムをサポートし、異種センサーからの柔軟なデータインジェストを可能にする。
• 分散型およびクラウド接続済みの展開シナリオをサポートするため、ピアツーピアおよび集中型の通信モデルを統合する。
• クラウドベースの IoT システムとの相互運用性を確保するため、Global Sensor Network (GSN) ミドルウェアと100%互換性を持つことを保証する。
• リソース制限の異なる複数の Android モバイルデバイスにミドルウェアをデプロイおよび評価し、スケーラビリティとパフォーマンスを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リソース制限のあるモバイルデバイス上で、最小限のプログラミング作業でセンサー データを収集および処理する方法は何か？
• RQ2 多様なセンサーをモバイルプラットフォームにスケーラブルかつ相互運用可能に統合するためのアーキテクチャパターンは何か？
• RQ3 モバイルデバイスでのローカルデータ処理は、IoT システムにおけるネットワーク帯域幅の使用量とエネルギー消費量をどの程度削減できるか？
• RQ4 プラグインベースのアーキテクチャは、実世界のモバイル IoT 展開において、拡張性とサードパーティプラグインの配布をどの程度効果的にサポートできるか？
• RQ5 MOSDEN のようなモバイルファーストのミドルウェアは、クラウドベースの IoT ミドルウェアとの互換性を維持しながら、センシング・アズ・ア・サービスモデルを効果的にサポートできるか？

主な発見

• MOSDEN は、モバイルデバイス上でゼロプログラミングのセンサー統合を成功裏に実現し、IoT アプリケーション開発のオーバーヘッドを顕著に低減した。
• モバイルデバイスでのローカル処理により、クラウドへのデータ送信量が削減され、エネルギー効率とネットワークの持続可能性が向上した。
• プラグインアーキテクチャにより、多様なセンサーのスケーラブルかつ拡張可能な統合が可能となり、プラグインは既存の Android アプリ市場を通じて配布された。
• 計算能力に差がある3台のモバイルデバイスにおける評価を通じて、MOSDEN のスケーラビリティと実世界の IoT 展開における適性が確認された。
• MOSDEN はクラウドベースの GSN ミドルウェアと互換性を示し、モバイルエッジデバイスと集中型クラウド処理システムとの間でシームレスなデータフローを実現した。
• ピアツーピアおよび集中型通信モデルの両方をサポートできる能力により、システムの異なる展開環境への適応性が向上した。