[论文解读] Greening Internet of Things for Smart Everythings with A Green-Environment Life: A Survey and Future Prospects

Saeed Hamood Alsamhi, Ou Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2018

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 106被引用 38

一句话总结

本综述通过整合能量效率、减少碳排放以及在物联网（IoT）组件（如传感器、网络和云基础设施）中实现可持续资源利用，提出了一套全面的绿色物联网（IoT）系统框架。该综述综合了当前关于绿色物联网技术的研究，并概述了未来方向，旨在最小化环境影响的同时增强智能世界应用。

ABSTRACT

Tremendous technology development in the field of Internet of Things (IoT) has changed the way we work and live. Although the numerous advantages of IoT are enriching our society, it should be reminded that the IoT also consumes energy, embraces toxic pollution and E-waste. These place new stress on the environments and smart world. In order to increase the benefits and reduce the harm of IoT, there is an increasing desire to move toward green IoT. Green IoT is seen as the future of IoT that is environmentally friendly. To achieve that, it is necessary to put a lot of measures to reduce carbon footprint, conserve fewer resources, and promote efficient techniques for energy usage. It is the reason for moving towards green IoT, where the machines, communications, sensors, clouds, and internet are alongside energy efficiency and reducing carbon emission. This paper presents a thorough survey of the current on-going research work and potential technologies of green IoT with an intention to provide some clues for future green IoT research.

研究动机与目标

• 为应对物联网系统日益增长的环境影响，包括能耗、电子废弃物和碳排放。
• 识别在设备、网络和云平台中实现可持续物联网部署的关键挑战。
• 调查现有绿色物联网技术与方法，以提升能效并减少生态足迹。
• 为未来绿色物联网研究提供路线图，重点关注物联网架构全栈的综合可持续性。
• 促进绿色原则在物联网设计中的整合，以实现长期环境与社会收益。

提出的方法

• 对2010年至2018年期间经同行评审的绿色物联网研究进行系统性文献综述。
• 按系统层级对绿色物联网技术进行分类：感知层、通信层、网络层、云层和应用层。
• 分析节能技术，如时隙工作模式、自适应发射功率和能量采集在物联网设备中的应用。
• 评估可减少数据传输开销并优化路由以降低能耗的绿色网络协议。
• 调查云与边缘计算策略，以最小化物联网后端的计算能耗。
• 综合跨层优化方法，协调物联网系统多个组件之间的能效。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前物联网系统的环境影响主要有哪些？它们如何影响可持续性？
• RQ2 哪些节能技术和协议在降低物联网能耗与碳排放方面最为有效？
• RQ3 如何系统性地将绿色原则整合到整个物联网架构中——从传感器到云服务？
• RQ4 实现完全绿色物联网部署的关键技术和架构障碍是什么？
• RQ5 未来哪些研究方向最有可能推动绿色物联网向可持续智能世界发展？

主要发现

• 物联网设备与网络中的能耗是碳排放和电子废弃物的主要来源，亟需推进绿色优化。
• 时隙工作模式、自适应发射功率和能量采集等技术可显著降低物联网节点的功耗。
• 绿色网络协议通过智能路由与数据压缩，可将数据传输能耗降低高达40%。
• 云与边缘计算优化，包括虚拟化与工作负载卸载，有助于降低整体系统能耗。
• 通过感知、通信与处理层的跨层设计整合能效，可实现更优的性能与可持续性。
• 尽管已有进展，但缺乏标准化的绿色度量指标与生命周期评估，阻碍了绿色物联网解决方案的大规模应用。