[논문 리뷰] Fog Computing for Sustainable Smart Cities: A Survey

Charith Perera, Yongrui Qin외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 21.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 54인용 수 93

한 줄 요약

fog(에지) 컴퓨팅이 클라우드를 보완해 지속 가능한 IoT 구동 스마트 시티를 구축하는 방법을 검토하고, 사용 사례, 핵심 에지 기능, 비교 및 해결 과제를 개요로 제시한다.

ABSTRACT

The Internet of Things (IoT) aims to connect billions of smart objects to the Internet, which can bring a promising future to smart cities. These objects are expected to generate large amounts of data and send the data to the cloud for further processing, specially for knowledge discovery, in order that appropriate actions can be taken. However, in reality sensing all possible data items captured by a smart object and then sending the complete captured data to the cloud is less useful. Further, such an approach would also lead to resource wastage (e.g. network, storage, etc.). The Fog (Edge) computing paradigm has been proposed to counterpart the weakness by pushing processes of knowledge discovery using data analytics to the edges. However, edge devices have limited computational capabilities. Due to inherited strengths and weaknesses, neither Cloud computing nor Fog computing paradigm addresses these challenges alone. Therefore, both paradigms need to work together in order to build an sustainable IoT infrastructure for smart cities. In this paper, we review existing approaches that have been proposed to tackle the challenges in the Fog computing domain. Specifically, we describe several inspiring use case scenarios of Fog computing, identify ten key characteristics and common features of Fog computing, and compare more than 30 existing research efforts in this domain. Based on our review, we further identify several major functionalities that ideal Fog computing platforms should support and a number of open challenges towards implementing them, so as to shed light on future research directions on realizing Fog computing for building sustainable smart cities.

연구 동기 및 목표

• Fog 컴퓨팅과 스마트 시티를 위한 IoT에서의 역할을 정의한다.
• 에지 컴퓨팅과 클라우드 컴퓨팅 간의 장점과 한계를 식별한다.
• 에지(포그) 플랫폼의 기능 요건을 도출하기 위한 사용 사례 시나리오를 제시한다.
• 에지 컴퓨팅의 열 가지 핵심 특성과 공통 기능을 식별한다.
• 기존 연구 노력들을 비교하고 격차와 향후 방향을 강조한다.

제안 방법

• 기존의 fog 컴퓨팅 문헌과 선행 설문조사를 검토한다.
• 스마트 농업, 교통, 건강, 폐기물 관리, 물, 온실가스, 전력망, 소매 분야의 사용 사례 시나리오를 설명한다.
• 시나리오와 문헌을 분석하여 특징의 분류 체계를 식별한다.
• 에지 플랫폼에 이상적인 주요 기능을 합성하고 개방적 도전 과제를 논의한다.
• 도메인 내 30건이 넘는 연구 노력에 대한 비교 토론을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에지 컴퓨팅이 스마트 시티에 가치를 더할 수 있는 주요 사용 사례 시나리오는 무엇인가?
• RQ2 스마트 시티의 지속 가능한 IoT를 위해 이상적 인 에지 컴퓨팅 플랫폼이 지원해야 하는 필수 기능과 기능은 무엇인가?
• RQ3 도시 환경에 에지 플랫폼을 배치하기 위한 개방 과제와 향후 연구 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 에지 컴퓨팅은 데이터 처리를 에지/리프 노드 쪽으로 이동시켜 대역폭, 지연 시간, 중앙 클라우드 부하를 감소시킨다.
• 에지 분석은 맥락 인식, 실시간 처리, 간헐적 클라우드 연결 상황에서도 신뢰성을 높인다.
• 본 설문은 10개의 주요 에지 특성과 사용 사례 전반에 걸친 공통 기능을 식별한다.
• 30건이 넘는 기존 연구에 비해, 에지 플랫폼은 지속 가능한 스마트시티 센싱 인프라를 지원하기 위해 특정 기능이 필요하다.
• 플랫폼 개발 및 배치를 안내하기 위한 여러 개방 과제와 향후 방향이 논의된다.
• 스마트 농업, 교통, 헬스케어, 폐기물 관리, 물, 온실가스, 전력망, 소매 분야의 사용 사례는 실용적인 에지 기반 아키텍처를 제시한다.