A big data management framework on fog devices for real-time IoT and computer vision applications

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22F32069
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 有次 正義 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (40282412)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Thanda Shwe 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2022-07-27 – 2024-03-31
• Keywords: クラウドコンピューティング / IoT / エッジコンピューティング / フォグ / ストリーム処理 / サーバレスコンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

IoTとコンピュータビジョンアプリケーションは，スマートシティ，ヘルスケア，スマートグリッド，スマート農業など，多様な分野での利用が期待されているものである．このIoTとコンピュータビジョンアプリケーションの重要性に鑑み，クラウド，エッジ，フォグで構成された計算環境におけるビッグデータ管理フレームワークの開発を目指している．
本年度は，研究を進めるために必須の実システム環境を構築した．Raspberry Pi 4 model Bをエッジデバイスとして採用した．また，対象アプリケーションのプロトタイプシステムを構築した環境で作成・動作させた．具体的には，画像分類，ビデオ中のオブジェクト検出など画像処理アプリケーションに注目し，それらのプロトタイプシステムを作成した．そこで必要となるバッチ処理，ストリーム処理，サーバレスコンピューティングについては，Apache Spark, Apache Flink, Apache Openwhiskをそれぞれ用いることとした．
今後の研究の展開に必要な，エッジ・フォグ上でのデータ処理について，画像分類やビデオ中のオブジェクト検出など，これら具体的な処理サンプルを用いて，具体的なシステム動作の確認を行った．これにより，処理が重くクラウドサーバ上で実行することが一般的と考えられるバッチ処理，ストリーム処理，イベントドリブンの処理などに関して，フォグやエッジデバイスの協調動作により，一定程度実用的に処理できることを確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおむね計画した成果を得ることができたと考えている．
関連研究の調査とともに，実システム環境の構築を行った．Raspberry Pi 4 model B を用いてエッジクラスタを構成し，Apache Spark, Apache Flink, Apache Openwhiskを使って，バッチ処理，ストリーム処理，及びサーバレスコンピューティングによるアプリケーションのプロトタイプシステムを構築した．いくつかのサンプルデータを用いて，構築したプロトタイプシステムの動作の確認と，簡便な効率評価を行い，一定程度実用的に処理できることを観察した．これらより，本年度の研究はおおむね順調に進展していると考える．

Strategy for Future Research Activity

本年度の成果のレベルを高めるとともに，クラウドによるセントラルな処理の詳細な分析，サーバレスに関する調査などを行い，適応的なデータと処理の割当てスキームの開発を通して，クラウド，エッジ，フォグで構成された計算環境におけるビッグデータ管理フレームワークの実現を目指す．