[論文レビュー] The Internet of Flying-Things: Opportunities and Challenges with Airborne Fog Computing and Mobile Cloud in the Clouds

Seng W. Loke|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2015

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 9被引用数 80

ひとこと要約

本稿では、ドローンを移動型エッジインfraとして用いた空中フォッグコンピューティングの概念を紹介し、ドローンをサービスとして提供（DaaS）し、飛来・離陸による展開を重視する。ドローンが低遅延で文脈に即応したコンピューティングおよびデータサービスを提供するフォッグコンピューティングモデルを提案し、リアルタイムアプリケーションにおけるQoS、データ管理、人間-ドローンインタラクションの課題に対処する。

ABSTRACT

This paper focuses on services and applications provided to mobile users using airborne computing infrastructure. We present concepts such as drones-as-a-service and fly-in,fly-out infrastructure, and note data management and system design issues that arise in these scenarios. Issues of Big Data arising from such applications, optimising the configuration of airborne and ground infrastructure to provide the best QoS and QoE, situation-awareness, scalability, reliability, scheduling for efficiency, interaction with users and drones using physical annotations are outlined.

研究の動機と目的

• 移動型ユーザーにリアルタイムサービスを提供するためのフォッグコンピューティングにおけるドローンの移動型エッジデバイスとしての可能性を調査すること。
• データ管理、信頼性、スケーラビリティを含む、空中フォッグコンピューティングインフラの展開における主な課題を特定・分析すること。
• モバイルクラウドおよびフォッグコンピューティングと統合したドローンの統合を検討し、サービス品質（QoS）および体験品質（QoE）の向上を図ること。
• ユーザーの制御、プライバシー、状況認識を重視した、人間を含む制御モデル（ヒューマンインザループ）の研究。
• 監視、配達、緊急対応などの市民的および商業的応用分野におけるドローンベースのサービスのためのアーキテクチャ的およびシステム設計原則を提言すること。

提案手法

• ドローンが移動型エッジノードとして機能し、リモートクラウドデータセンターに依存せず、現地でデータを処理するフォッグコンピューティングモデルを提唱する。
• 特定のタスク（監視、配達、モニタリングなど）に応じてオンデマンドでドローンを展開可能な「ドローンをサービスとして提供（DaaS）」の概念を導入する。
• 物理的アノテーションとジオタグ付き意味的ラベルの使用を概説し、文脈に即応したドローンのナビゲーションおよびユーザーとのインタラクションを可能にする。
• 空域交通を管理し、安全で規制遵守のドローン運用を確保するため、仮想の「空の高速道路」と制限付き飛行経路の使用を提言する。
• 時間、場所、ユーザー定義ポリシーに基づいて、動的にドローンの権限および行動を調整する状況認識型制御メカニズムを提案する。
• モバイルクラウドおよびフォッグコンピューティングを統合し、離脱環境や遠隔地であっても、ユーザーがシームレスにデータストリーミング、保存、処理を実行できるようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドローンをどのように効果的にフォッグコンピューティングアーキテクチャにおける移動型エッジデバイスとして活用し、低遅延サービスを提供できるか？
• RQ2 ドローンを用いた空中フォッグコンピューティングの展開における、主なシステム設計およびデータ管理の課題は何か？
• RQ3 非専門家ユーザーが特定のタスクに合わせてドローンをプログラミングおよび管理できるように、ユーザーインタラクションと制御をどのように抽象化できるか？
• RQ4 物理的アノテーションと意味的ジオタグ付けは、文脈に即応したドローン運用および状況認識をどのように可能にするか？
• RQ5 都市空域における安全性、スケーラビリティ、法的遵守を確保するため、仮想の空路と制限付き飛行経路をどのように実装できるか？

主な発見

• ドローンは移動型フォッグノードとして機能でき、データを発生源に近い場所で処理することで、遅延を著しく低減し、モバイルユーザーのQoSを向上させることができる。
• ドローンとフォッグコンピューティング、モバイルクラウドコンピューティングの統合により、離脱環境や遠隔地であっても、リアルタイムのデータ処理およびストリーミングが可能になる。
• 文脈に即応した制御メカニズムにより、時間、場所、ユーザー定義ポリシーに基づいてドローンの行動を動的に調整でき、安全性とプライバシーの向上が図れる。
• 物理的アノテーションと意味的ジオタグ付けにより、ユーザーは「私が提案した場所へ飛行して」といった高水準の命令を直感的に発行できるようになる。
• 仮想の飛行経路を備えた「空の高速道路」の概念は、都市部のドローン交通を管理し、スケーラビリティと安全性を向上させるのに役立つ。
• 技術的ポテンシャルは高いが、プライバシー、GPSスプーフィング、空域規制など、社会的・法的・規制上の課題が依然として顕著に残っている。