[논문 리뷰] The Power of Internet of Things (IoT): Connecting the Dots with Cloud, Edge, and Fog Computing

Shams Forruque Ahmed, Shanjana Shuravi외 4명|arXiv (Cornell University)|2023. 09. 07.

IoT and Edge/Fog Computing인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 클라우드, 엣지, 안개 컴퓨팅과의 IoT 통합에 대한 종합적인 검토를 제공하며, 상호 보완성, 비교적 장점 및 한계를 분석한다. 이는 클라우드 자원을 활용해 스토리지 및 처리를 수행하고, 엣지에서 실시간 응답을 처리하며, 안개에서 지연 시간과 대역폭 사용을 줄이는 방식으로 이러한 아키텍처를 조합함으로써 확장성 있고 저지연 시간을 갖는 IoT 시스템을 가능하게 하며, 차세대 스마트 애플리케이션의 길을 열어준다.

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.

연구 동기 및 목표

• IoT가 클라우드, 엣지, 안개 컴퓨팅 아키텍처와 어떻게 통합되는지 종합적인 이해를 제공하기 위해.
• IoT 환경에서 클라우드, 엣지, 안개 컴퓨팅의 강점, 한계 및 상호 교환 관계를 비교하기 위해.
• 향상된 IoT 기반 시스템을 위한 미해결 과제와 미래 연구 방향을 식별하기 위해.
• 클라우드-엣지-안개 아키텍처의 통합이 저지연, 확장성 있고 효율적인 IoT 애플리케이션을 가능하게 하는 잠재력을 부각하기 위해.

제안 방법

• 클라우드, 엣지, 안개 컴퓨팅과의 IoT 통합에 관한 기존 연구에 대한 체계적 문헌 검토.
• 세 컴퓨팅 레이어 간의 응용 분야, 사용 사례 및 구현 모델의 분류.
• 하이브리드 아키텍처에서 지연 시간, 대역폭 사용량 및 처리 효율성과 같은 성능 메트릭의 분석.
• 계산 패러다임 간의 비교 평가를 통해 아키텍처적 트레이드오프 식별.
• 레이어 간의 보안, 확장성, 상호운용성 등의 미해결 과제 매핑.
• 통합 및 표준화 부족으로 인한 현재의 격차를 바탕으로 향후 연구 기회 통합 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드, 엣지, 안개 컴퓨팅은 IoT 워크로드를 뒷받침하는 데 어떻게 상호 보완적인가?
• RQ2 클라우드, 엣지, 안개 컴퓨팅 간의 주요 성능 차이 및 IoT 구현에서의 상호 교환 관계는 무엇인가?
• RQ3 멀티티어 컴퓨팅 아키텍처와의 IoT 통합에서 아직 해결되지 않은 과제는 무엇인가?
• RQ4 순수한 클라우드 또는 엣지 솔루션 대비 안개 컴퓨팅은 IoT 시스템에서 지연 시간과 대역폭 소비를 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ5 통합 클라우드-엣지-안개 IoT 시스템을 발전시키기 위해 가장 유망한 미래 연구 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 클라우드 컴퓨팅은 거의 무한한 스토리지 및 처리 능력을 제공하므로, IoT 시스템에서 대규모 데이터 분석 및 장기 저장에 이상적이다.
• 엣지 컴퓨팅은 실시간 처리 및 저지연 응답을 가능하게 하며, 영상 스트리밍이나 산업 자동화와 같은 시간에 민감한 애플리케이션에 필수적이다.
• 안개 컴퓨팅은 데이터를 원천에 가까이 처리함으로써 통신 지연과 대역폭 사용을 줄이며, 엣지 장치와 클라우드 사이의 중개 역할을 한다.
• 안개 컴퓨팅을 엣지 및 클라우드 컴퓨팅과 통합함으로써 대규모 IoT 구현에서의 확장성과 반응성은 크게 향상된다.
• 모든 세 패러다임은 보안, 상호운용성, 동적 자원 관리 측면에서 해결되지 않은 과제를 공유하고 있다.
• 미래의 IoT 시스템은 성능, 비용, 신뢰성의 균형을 맞추기 위해 하이브리드 클라우드-엣지-안개 아키텍처에 의존할 가능성이 높다.