[論文レビュー] The Power of Internet of Things (IoT): Connecting the Dots with Cloud, Edge, and Fog Computing

Shams Forruque Ahmed, Shanjana Shuravi+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2023

IoT and Edge/Fog Computing被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、クラウド、エッジ、ミストコンピューティングとのIoT統合について包括的なレビューを提供し、それらの相乗効果、比較的利点、限界を分析している。本研究では、クラウドリソースをストレージと処理に、エッジをリアルタイム応答に、ミストを遅延と帯域幅の削減に活用することで、スケーラブルで低遅延なIoTシステムを実現できることを示しており、次世代のスマートアプリケーションの実現に向けた道筋を示している。

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) is regarded as an improved communication system that has revolutionized traditional lifestyles. To function successfully, IoT requires a combination of cloud, fog, and edge computing architectures. Few studies have addressed cloud, fog, and edge computing simultaneously, comparing them and their issues, although several studies have looked into ways of integrating IoT with either one or two computing systems. Thus, this review provides a thorough understanding of IoT integration with these three computing architectures, as well as their respective applications and limitations. It also highlights the advantages, unresolved issues, future opportunities and directions of IoT integration with the computing systems to advance the IoT. IoT can use the Cloud's almost limitless resources to overcome technology restrictions, such as data processing, storage, and transmission. While edge computing can outperform cloud computing in many circumstances, IoT and edge computing become increasingly integrated as IoT devices increase. Cloud computing also poses a few issues, including managing time-sensitive IoT applications like video gaming, simulation, and streaming, which can be addressed by fog computing integrated with IoT. Due to the proximity of fog computing resources to the edge, data transfers and communication delays to the cloud can be reduced as a result of combining the two. The integration of IoT with cloud, fog, and edge computing will create new business prototypes and opportunities. Since IoT has the potential to greatly enhance connectivity infrastructure as an inevitable component of the future internet, further study is needed before it can be fully integrated.

研究の動機と目的

• IoTがクラウド、エッジ、ミストコンピューティングアーキテクチャとどのように統合されるかを包括的に理解すること。
• IoT環境におけるクラウド、エッジ、ミストコンピューティングの強み、限界、トレードオフを比較すること。
• IoTシステムの進化を促進するための未解決の問題と今後の研究方向性を特定すること。
• 統合されたクラウド・エッジ・ミストアーキテクチャが、低遅延性、スケーラビリティ、効率性を備えたIoTアプリケーションを実現する可能性を強調すること。

提案手法

• クラウド、エッジ、ミストコンピューティングとのIoT統合に関する既存研究の体系的文献レビュー。
• 3つのコンピューティングレイヤーに跨るアプリケーション、ユースケース、デプロイメントモデルの分類。
• ハイブリッドアーキテクチャにおける遅延、帯域幅使用量、処理効率などのパフォーマンス指標の分析。
• コンピューティングパラダイムの比較評価を通じたアーキテクチャ的トレードオフの同定。
• 各レイヤーに跨るセキュリティ、スケーラビリティ、相互運用性の未解決課題のマッピング。
• 統合と標準化における現在のギャップに基づく今後の研究機会の統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウド、エッジ、ミストコンピューティングは、IoTワークロードをどのように補完し合うか？
• RQ2 IoTデプロイメントにおけるクラウド、エッジ、ミストコンピューティングの主なパフォーマンスの違いとトレードオフは何か？
• RQ3 マルチティアのコンピューティングアーキテクチャへのIoT統合における未解決の課題は何か？
• RQ4 純粋なクラウドまたはエッジソリューションと比較して、ミストコンピューティングはIoTシステムで遅延と帯域幅消費をどのように低減できるか？
• RQ5 統合されたクラウド・エッジ・ミストIoTシステムを進歩させるために、最も有望な今後の研究方向性は何か？

主な発見

• クラウドコンピューティングは、ほぼ無限のストレージと処理能力を提供するため、大規模なデータ分析と長期保存に最適なIoTシステムにおいて有用である。
• エッジコンピューティングはリアルタイム処理と低遅延応答を可能にし、動画ストリーミングや産業自動化など時間的に敏感なアプリケーションにとって不可欠である。
• ミストコンピューティングは、データをソースに近い場所で処理することで通信遅延と帯域幅使用量を削減し、エッジデバイスとクラウドの間の仲介役として機能する。
• ミストをエッジおよびクラウドコンピューティングと統合することで、大規模なIoTデプロイメントにおけるスケーラビリティと応答性が顕著に向上する。
• それらの利点にもかかわらず、3つのパラダイムは、セキュリティ、相互運用性、動的リソース管理の面で未解決の課題を抱えている。
• 今後のIoTシステムは、パフォーマンス、コスト、信頼性のバランスを取るために、ハイブリッドなクラウド・エッジ・ミストアーキテクチャに依存する可能性が非常に高い。