[论文解读] Software Platforms for Smart Cities: Concepts, Requirements, Challenges, and a Unified Reference Architecture

Eduardo Felipe Zambom Santana, Ana Paula Chaves+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2016

Smart Cities and Technologies参考文献 95被引用 136

一句话总结

本文对23个智慧城市软件平台进行调查，按使能技术进行分类，并推导出统一的参考架构，同时概述关键挑战。

ABSTRACT

Making cities smarter help improve city services and increase citizens' quality of life. Information and communication technologies (ICT) are fundamental for progressing towards smarter city environments. Smart City software platforms potentially support the development and integration of Smart City applications. However, the ICT community must overcome current significant technological and scientific challenges before these platforms can be widely used. This paper surveys the state-of-the-art in software platforms for Smart Cities. We analyzed 23 projects with respect to the most used enabling technologies, as well as functional and non-functional requirements, classifying them into four categories: Cyber-Physical Systems, Internet of Things, Big Data, and Cloud Computing. Based on these results, we derived a reference architecture to guide the development of next-generation software platforms for Smart Cities. Finally, we enumerated the most frequently cited open research challenges, and discussed future opportunities. This survey gives important references for helping application developers, city managers, system operators, end-users, and Smart City researchers to make project, investment, and research decisions.

研究动机与目标

• 将智慧城市软件平台定义为用于设计、部署和管理城市应用的集成中间件。
• 分析23个智慧城市平台，以识别共同的使能技术和需求。
• 推导出满足功能性和非功能性需求的统一参考架构。
• 列举面向下一代平台的开放研究挑战和未来机会。

提出的方法

• 使用聚焦查询策略对23个智慧城市平台及其应用进行文献调研。
• 将平台分为四大使能技术类别：IoT、Big Data、Cloud Computing、Cyber-Physical Systems。
• 识别各个平台之间的共同行功能性和非功能性需求。
• 将研究结果综合为参考体系结构，并讨论对开发者、城市管理者和研究人员的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 RQ1：在最先进的智慧城市软件平台中使用了哪些使能技术？
• RQ2 RQ2：智慧城市软件平台应满足哪些功能性和非功能性需求？
• RQ3 RQ3：在开发下一代鲁棒智慧城市平台时，主要挑战和开放研究问题是什么？

主要发现

• 使能技术聚类为四大类：IoT、Big Data、Cloud Computing 和 Cyber-Physical Systems。
• 平台共享的功能性需求包括传感器网络管理、数据生命周期和服务目录；非功能性需求包括互操作性和可伸缩性。
• 常见空白包括缺乏用于数据完整性的数据预处理组件，以及对安全问题讨论不足。
• 许多平台依赖云计算和物联网的组合来实现可扩展性和弹性，对Big Data和CPS的强调各不相同。
• 研究推导出一个参考架构，使组件与使能技术、需求和挑战保持一致。