[論文レビュー] Towards Bridging IoT and Cloud Services: Proposing Smartphones as Mobile and Autonomic Service Gateways

Roya Golchay, Frédéric Le Mouël+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2011

Context-Aware Activity Recognition Systems参考文献 4被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、イベント駆動型のコンテキスト管理、オポチュニスティックなサービスデプロイメント、マルチ基準最適化を備えたサービス指向ミドルウェアを用いて、スマートフォンを自律的で適応型のゲートウェイとして、IoTデバイスとクラウドサービスを接続する手法を提案する。スマートフォンは、モバイル、IoT、クラウド環境におけるユーザーの好み、バッテリー寿命、パフォーマンスのバランスを保ちながら、動的に再構成される。

ABSTRACT

Computing is currently getting at the same time incredibly in the small with sensors/actuators embedded in our every- day objects and also greatly in the large with data and ser- vice clouds accessible anytime, anywhere. This Internet of Things is physically closed to the user but suffers from weak run-time execution environments. Cloud Environments provide powerful data storage and computing power but can not be easily accessed and integrate the final-user context- awareness. We consider smartphones are set to become the universal interface between these two worlds. In this position paper, we propose a middleware approach where smartphones provide service gateways to bridge the gap between IoT services and Cloud services. Since smartphones are mobile gateways, they should be able to (re)configure themself according to their place, things discovered around, and their own resources such battery. Several issues are discussed: collaborative event-based context management, adaptive and opportunistic service deployment and invocation, multi-criteria (user- and performance-oriented) optimization decision algorithm.

研究の動機と目的

• リソース制限のあるIoTデバイスと、コンテキストに無関心な強力なクラウドサービスの間の統合ギャップを埋める。
• IoTシステムのランタイム環境における制限と、クラウドプラットフォームにおけるユーザーのコンテキスト認識の欠如を克服する。
• IoTとクラウドエコシステムを統合するため、万能的で移動可能かつ自己管理可能な中間者としてスマートフォンを活用する。
• 移動性、リソースの可用性、環境の変化に適応する、ユーザー中心の動的サービスオ케ストレーションを実現する。
• フィードバック駆動の適応と最適化を通じて自律的動作を実現するミドルウェアフレームワークを開発する。

提案手法

• リモート監視を可能にするリスナとノーティファイアを用いたイベント駆動型コンテキスト管理システムを実装し、サービスのパフォーマンス、位置、移動性をリアルタイムで監視する。
• 近隣のスマートフォンがローカルサービスを共有・発見できる共同型サービスリポジトリを設計し、重複した計算とエネルギー消費を低減する。
• 断続的接続にも対応するDTN（障害耐性ネットワーキング）通信スタックを活用して、オポチュニスティックかつ遅延付きのサービスデプロイメントを実現する。
• 近似法または生物模倣型アルゴリズムを用いて、ユーザーの好み、バッテリー残量、ネットワーク帯域幅、サービスパフォーマンスのバランスを取るマルチ基準意思決定アルゴリズムを開発する。
• ランタイム監視と使用パターンに基づいて、ユーザーのプロファイルを継続的に精緻化し、意思決定プロセスを適応させるフィードバック制御ループを統合する。
• 制限付きのモバイルデバイスでのサービスデプロイメントと管理を検証するため、OSGiおよびFelix上でプロトタイプ（AxSeL）を構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的で移動性の高い環境下で、スマートフォンはどのように効果的にIoTおよびクラウドサービスの自律的ゲートウェイとして機能できるか？
• RQ2 移動性、断続的接続、リソース制限の下で、どのようにコンテキスト認識型で適応可能なサービスデプロイメントと実行を実現できるか？
• RQ3 自己管理型スマートフォンゲートウェイにおいて、マルチ基準最適化アルゴリズムがユーザーの好み、パフォーマンス、エネルギー効率をどのようにバランスさせるか？
• RQ4 近隣のスマートフォン間での共同サービス共有が、システム効率の向上とエネルギー消費の低減に果たす役割は何か？
• RQ5 サービス使用状況とランタイム監視からのフィードバックは、どのようにゲートウェイの動作を継続的に精緻化・再構成するために活用できるか？

主な発見

• 提案されたミドルウェアプロトタイプ（AxSeL）は、OSGiおよびFelixフレームワークを用いて、制限付きのモバイルデバイス上でのサービスデプロイメントを成功裏に管理した。
• イベント駆動型コンテキスト監視により、サービスの位置、パフォーマンス、移動性の変化にリアルタイムで適応可能であり、過度なバッテリー消費を伴わない。
• 近隣のスマートフォン間での共同サービスリポジトリにより、重複したサービス実行が低減され、共有利用によってエネルギー消費が削減された。
• DTNサポートによるオポチュニスティックデプロイメントにより、断続的接続下でもサービスの移行と実行が可能となり、信頼性が向上した。
• マルチ基準意思決定アルゴリズムは、ユーザーの好み、バッテリー残量、パフォーマンスといった競合する目的を効果的にバランスさせることができ、フィードバックループによる学習の可能性を有する。
• スマートチャッペ・ビルドインプラットフォームでの評価により、スマートフォンとIoTセンサー、クラウドサービスの統合が成功裏に実現され、データ移行と計算のオフロードが可能になった。