[논문 리뷰] MOSDEN: An Internet of Things Middleware for Resource Constrained Mobile Devices

Charith Perera, Prem Prakash Jayaraman외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 15.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 16인용 수 8

한 줄 요약

MOSDEN은 자원이 제한된 모바일 디바이스를 위한 플러그인 기반의 IoT 미들웨어로, 프로그래밍이 필요 없는 센서 데이터 수집 및 처리를 가능하게 하며, 센싱-as-a-service 및 푸시/풀 데이터 스트리밍을 지원합니다. 데이터를 모바일 디바이스에서 현지에서 처리함으로써 스케일러빌리티와 에너지 효율성을 달성하여 클라우드 대역폭 사용을 줄이고 시스템 지속 가능성을 연장합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 제한된 대역폭, 에너지, 계산 능력으로 인해 자원이 제한된 IoT 디바이스에서 센서 데이터를 효율적으로 수집하고 처리하는 데 도전하는 문제를 해결하기 위해.
• 응용 프로그램 수준의 프로그래밍 없이도 다양한 센서를 모바일 디바이스에 원활하게 통합할 수 있도록 하기 위해.
• 모바일 디바이스가 IoT 데이터 파이프라인에서 중개자 역할을 할 수 있도록 센싱-as-a-service 모델을 지원하기 위해.
• 기존 클라우드 기반 미들웨어인 글로벌 센서 네트워크(GSN)와의 상호운용성을 확보하여 종단 간 IoT 시스템 통합을 가능하게 하기 위해.
• 데이터 처리를 모바일 디바이스로 이관함으로써 중복된 데이터 전송을 최소화하여 시스템 지속 가능성을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 제삼자 개발자가 안드로이드 앱 스토어를 통해 센서 전용 플러그인을 생성하고 배포할 수 있도록 하는 플러그인 기반 아키텍처를 설계하기 위해.
• 사용자가 코드를 작성하지 않고도 그래픽 인터페이스를 통해 센서를 연결하고 데이터 수집을 구성할 수 있는 프로그래밍이 없는 인터페이스를 구현하기 위해.
• 다양한 센서에서 유연한 데이터 수집을 가능하게 하기 위해 푸시 및 풀 데이터 스트리밍 메커니즘을 지원하기 위해.
• 분산형 및 클라우드 연결된 배포 환경를 모두 지원하기 위해 피어 투 피어 및 중심화된 통신 모델을 통합하기 위해.
• 클라우드 기반 IoT 시스템과의 상호운용성을 보장하기 위해 글로벌 센서 네트워크(GSN)와 100% 호환성을 확보하기 위해.
• 자원 제약이 다양한 안드로이드 기반 모바일 디바이스에 미들웨어를 구현하고 평가하여 확장성과 성능을 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자원이 제한된 모바일 디바이스에서 최소한의 프로그래밍 노력으로 센서 데이터를 어떻게 수집하고 처리할 수 있는가?
• RQ2 다양한 센서를 모바일 플랫폼에 확장 가능하고 상호운용 가능한 방식으로 통합하기 위한 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ3 모바일 디바이스에서의 현지 데이터 처리가 IoT 시스템에서 네트워크 대역폭 사용과 에너지 소비를 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ4 플러그인 기반 아키텍처가 실세계 모바일 IoT 배포 환경에서 확장성과 제삼자 플러그인 배포를 어떻게 지원하는가?
• RQ5 MOSDEN과 같이 모바일 중심의 미들웨어가 클라우드 기반 IoT 미들웨어와의 호환성을 유지하면서 센싱-as-a-service 모델을 효과적으로 지원할 수 있는가?

주요 결과

• MOSDEN은 모바일 디바이스에서 프로그래밍 없이 센서 통합을 성공적으로 구현하여 IoT 응용 프로그램 개발의 오버헤드를 크게 감소시켰습니다.
• 모바일 디바이스에서의 현지 데이터 처리로 클라우드로 전송되는 데이터의 양이 감소하여 에너지 효율성과 네트워크 지속 가능성 향상에 기여했습니다.
• 플러그인 아키텍처 덕분에 다양한 센서의 확장 가능하고 유연한 통합이 가능했으며, 플러그인은 기존의 안드로이드 앱 마켓을 통해 배포되었습니다.
• 다양한 계산 능력을 지닌 세 대의 모바일 디바이스에서 수행된 평가를 통해 MOSDEN의 확장성과 실세계 IoT 배포에 적합함을 확인했습니다.
• MOSDEN은 클라우드 기반 GSN 미들웨어와 호환되어 모바일 엣지 디바이스와 중앙 집중식 클라우드 처리 시스템 간 원활한 데이터 흐름을 가능하게 했습니다.
• 피어 투 피어 및 중심화된 통신 모델을 모두 지원함으로써 다양한 배포 환경에 대한 적응력을 향상시켰습니다.