[논문 리뷰] Internet of Things (IoT): A Vision, Architectural Elements, and Future Directions

Jayavardhana Gubbi, Rajkumar Buyya외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 01.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks인용 수 36

한 줄 요약

이 논문은 클라우드 중심의 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 비전을 제시하며, 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks, WSN), RFID, NFC, 임베디드 액추에이터를 통합하여 확장성 있고 통합된 아키텍처를 구현한다. Aneka를 사용한 하이브리드 프라이빗-퍼블릭 클라우드 모델을 제안하여 실시간 데이터 처리 및 의사결정을 가능하게 하며, 퍼스널라이즈드, 지능적이고 맥락 인식 기반의 시스템을 통해 웹2.0에서 웹3.0으로의 전환을 촉진한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 사물인터넷(Internet of Things, IoT)을 인터넷의 차세대 진화로 보는 종합적인 아키텍처 비전을 정의하기 위해.
• WSN, RFID, NFC, 임베디드 센서-액추에이터 노드와 같은 핵심 기반 기술을 식별하고 분석하기 위해.
• 동적이고 광범위한 환경에서의 데이터 수요 및 지능적인 쿼리 요구 증가에 대응하기 위해.
• 이질적인 기기 간의 상호운용성과 실시간 처리를 지원하는 확장성 있는 클라우드 기반 인프라를 제안하기 위해.
• WSN, 인터넷, 분산 클라우드 컴퓨팅 간의 융합을 주장하여 향후 IoT 연구 및 구현을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• Aneka 플랫폼을 사용하여 프라이빗 및 퍼블릭 클라우드 인fra를 통합한 클라우드 중심의 IoT 아키텍처를 제안한다.
• 엔드 투 엔드 IoT 기능을 위한 감지, 네트워크, 처리, 응용 계층으로 구성된 계층적 아키텍처 모델을 도입한다.
• 하이브리드 클라우드 환경에서 분산 컴퓨팅 작업을 조율하기 위해 Aneka의 서비스 지향형 미들웨어를 활용한다.
• 무선 센서 네트워크(WSN)와 RFID/NFC 기술을 기반 센싱 및 식별 계층으로 활용한다.
• 다양한 환경에서 직관적이고 지능적인 쿼리를 지원하기 위해 의미론적이고 맥락 인식 기반의 데이터 융합을 구현한다.
• 분산 컴퓨uting 원리를 활용하여 환경 자극에 대한 실시간 데이터 분석 및 작동 제어를 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무선 센서 네트워크와 광범위한 센싱 기술은 어떻게 확장성 있고 상호운용 가능한 IoT 아키텍처에 통합될 수 있는가?
• RQ2 IoT 시스템에서 실시간 데이터 처리 및 의사결정을 지원하기 위해 필수적인 아키텍처 구성 요소는 무엇인가?
• RQ3 특히 하이브리드 프라이빗-퍼블릭 클라우드를 포함한 클라우드 컴퓨팅은 IoT 애플리케이션의 성능과 적응성 향상에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 RFID, NFC, 임베디드 액추에이터와 같은 신규 기술은 완전히 통합된 미래 인터넷 비전을 실현하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 WSN, 인터넷 프로토콜, 분산 컴퓨팅의 융합은 어떻게 광범위하고 지능적인 컴퓨팅의 다음 단계를 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제안된 IoT 아키텍처는 센서, 액추에이터, RFID 태그, NFC 기기와 같은 이질적 기기를 통합된 네트워크 시스템에 원활하게 통합할 수 있다.
• Aneka 기반 클라우드 구현은 하이브리드 클라우드 환경에서 분산된 실시간 센서 데이터 처리를 효과적으로 지원함을 입증한다.
• WSN와 클라우드 컴퓨팅의 통합은 대규모 IoT 구현에서 확장성, 신뢰성, 반응성 향상에 기여한다.
• 지능적이고 데이터 중심의 시스템을 통해 웹2.0(소셜 웹)에서 웹3.0(광범위하고 맥락 인식 기반 컴퓨팅)으로의 전환을 지원하는 비전을 실현한다.
• 공통 운영도(Common Operating Picture, COP)의 개발을 가능하게 하여 플랫폼 간 데이터 공유와 의미론적 상호운용성을 제공한다.
• WSN, 인터넷, 분산 클라우드 시스템 간의 핵심 기술 융합 포인트를 규명함으로써 향후 IoT 연구의 기반을 마련한다.