[论文解读] MOSDEN: An Internet of Things Middleware for Resource Constrained Mobile Devices

Charith Perera, Prem Prakash Jayaraman+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2013

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 16被引用 8

一句话总结

MOSDEN 是一种基于插件的物联网中间件，专为资源受限的移动设备设计，支持零编程方式从传感器收集和处理数据，支持传感即服务（sensing-as-a-service）以及推送/拉取式数据流。通过在移动设备上本地处理数据，MOSDEN 实现了可扩展性和能效优化，减少了对云带宽的依赖，延长了系统的可持续性。

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.

研究动机与目标

• 解决由于带宽、能源和计算能力受限，从资源受限的物联网设备高效收集和处理传感器数据的挑战。
• 在无需应用层编程的情况下，实现多种传感器与移动设备的无缝集成。
• 支持传感即服务模型，使移动设备能够作为物联网数据管道中的中介。
• 确保与现有基于云的中间件（如全球传感器网络，Global Sensor Network (GSN)）的互操作性，实现端到端的物联网系统集成。
• 通过将数据处理任务卸载到移动设备，减少冗余数据向云端的传输，从而提升系统的可持续性。

提出的方法

• 设计基于插件的架构，允许第三方开发者通过安卓应用商店创建和分发特定传感器的插件。
• 实现零编程接口，用户可通过图形化界面连接传感器并配置数据采集，无需编写代码。
• 支持推送和拉取两种数据流机制，实现对异构传感器的灵活数据采集。
• 集成点对点与集中式通信模型，支持去中心化和云连接的部署场景。
• 确保与全球传感器网络（Global Sensor Network (GSN)）中间件 100% 兼容，以实现与基于云的物联网系统的互操作性。
• 在具有不同资源限制的安卓移动设备上部署并评估该中间件，以验证其可扩展性和性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在资源受限的移动设备上以最小的编程工作量实现传感器数据的收集与处理？
• RQ2 哪些架构模式能够实现多样化传感器与移动平台之间可扩展且互操作的集成？
• RQ3 在物联网系统中，移动设备上的本地数据处理能在多大程度上减少网络带宽使用和能耗？
• RQ4 基于插件的架构在真实移动物联网部署中，如何支持可扩展性与第三方插件的分发？
• RQ5 像 MOSDEN 这类以移动设备为核心的中间件，能否在保持与基于云的物联网中间件兼容的同时，有效支持传感即服务模型？

主要发现

• MOSDEN 有效实现了移动设备上的零编程传感器集成，显著降低了物联网应用的开发开销。
• 在移动设备上进行本地数据处理，减少了传输到云端的数据量，提升了能效和网络可持续性。
• 插件架构支持多样化传感器的可扩展与可扩展集成，插件可通过成熟的安卓应用市场分发。
• 在三台计算能力各异的移动设备上进行的评估验证了 MOSDEN 的可扩展性，并证明其适用于真实世界的物联网部署。
• MOSDEN 与基于云的 GSN 中间件表现出兼容性，实现了移动边缘设备与集中式云处理系统之间的无缝数据流。
• 系统支持点对点与集中式通信模型的能力，增强了其在不同部署环境中的适应性。