O modelo de atores tem sido visto como uma abordagem alternativa à programação concorrente convencional, baseada em travas e variáveis de condição. Atores são agentes computacionais que se comunicam por troca de mensagens e que possuem uma caixa de correio e um comportamento. As mensagens destinadas a um ator são armazenadas na caixa de correio do ator e processadas de maneira assíncrona. Sistemas de middleware orientados a mensagens trabalham com troca assíncrona de mensagens e formam uma base que simplifica o desenvolvimento de aplicações distribuídas. Tais sistemas permitem interoperabilidade com baixo acoplamento e provêm suporte para tratamento robusto de erros em caso de falhas. Message brokers são frequentemente apresentados como uma tecnologia que pode mudar a maneira com que sistemas distribuídos são construídos. A especificação AMQP é uma proposta recente de padronização de um protocolo para message brokers. Neste trabalho exploramos a potencial sinergia entre um message broker e uma implementação do modelo de atores. Criamos uma versão modificada da implementação do modelo de atores do projeto Akka que utiliza um message broker AMQP como mecanismo de transporte de mensagens para atores remotos. / The actor model has been seen as an alternative for conventional concurrent programming based on locks and condition variables. Actors are computational agents that communicate by sending messages and have a mailbox and a behavior. The messages sent to an actor are stored in its mailbox and are asynchronously processed. Message oriented middleware systems work with asynchronous message exchange and create a base that simplifies the development of distributed applications. These systems have interoperability with low coupling and provide support for robust error handling in case of failures. Message brokers are often presented as a technology that can change the way distributed systems are built. The AMQP specification is a recent proposal of a standard protocol for message brokers. In this document we explore the potential synergy between a message broker and an implementation of the actor model. We created a modified version of the actor model implementation provided by the Akka project. Our modified implementation uses an AMQP message broker as the transport engine for messages to remote actors.

O modelo de atores tem sido visto como uma abordagem alternativa à programação concorrente convencional, baseada em travas e variáveis de condição. Atores são agentes computacionais que se comunicam por troca de mensagens e que possuem uma caixa de correio e um comportamento. As mensagens destinadas a um ator são armazenadas na caixa de correio do ator e processadas de maneira assíncrona. Sistemas de middleware orientados a mensagens trabalham com troca assíncrona de mensagens e formam uma base que simplifica o desenvolvimento de aplicações distribuídas. Tais sistemas permitem interoperabilidade com baixo acoplamento e provêm suporte para tratamento robusto de erros em caso de falhas. Message brokers são frequentemente apresentados como uma tecnologia que pode mudar a maneira com que sistemas distribuídos são construídos. A especificação AMQP é uma proposta recente de padronização de um protocolo para message brokers. Neste trabalho exploramos a potencial sinergia entre um message broker e uma implementação do modelo de atores. Criamos uma versão modificada da implementação do modelo de atores do projeto Akka que utiliza um message broker AMQP como mecanismo de transporte de mensagens para atores remotos. / The actor model has been seen as an alternative for conventional concurrent programming based on locks and condition variables. Actors are computational agents that communicate by sending messages and have a mailbox and a behavior. The messages sent to an actor are stored in its mailbox and are asynchronously processed. Message oriented middleware systems work with asynchronous message exchange and create a base that simplifies the development of distributed applications. These systems have interoperability with low coupling and provide support for robust error handling in case of failures. Message brokers are often presented as a technology that can change the way distributed systems are built. The AMQP specification is a recent proposal of a standard protocol for message brokers. In this document we explore the potential synergy between a message broker and an implementation of the actor model. We created a modified version of the actor model implementation provided by the Akka project. Our modified implementation uses an AMQP message broker as the transport engine for messages to remote actors.

This thesis project has studied a number of protocols that could be used to communicate between a vehicle and a remote server in the context of Scania’s connected services. While there are many factors that are of interest to Scania (such as response time, transmission speed, and amount of data overhead for each message), this thesis will evaluate each protocol in terms of how much data overhead is introduced and how packet loss affects this overhead. The thesis begins by giving an overview of how a number of alternative protocols work and what they offer with regards to Scania’s needs. Next these protocols are compared based on previous studies and each protocol’s specifications to determine which protocol would be the best choice for realizing Scania’s connected services. Finally, a test framework was set up using a virtual environment to simulate different networking conditions. Each of the candidate protocols were deployed in this environment and setup to send sample data. The behaviour of each protocol during these tests served as the basis for the analysis of all of these protocols. The thesis draws the conclusion that to reduce the data transmission overhead between vehicles and Scania’s servers the most suitable protocol is the UDP based MQTT SN. / I den här rapporten har jag undersökt ett antal protokoll som kan användas för att kommunicera mellan server och lastbil och därmed användas för Scanias Connected Services. Då det är många faktorer som är intressanta när det kommer till kommunikation mellan lastbil och server för Scania som till exempel responstid, överföringshastighet och mängden extra data vid överföring så har jag valt att begränsa mig till att utvärdera protokollen utifrån hur mycket extra data de använder vid överföring och hur detta påverkas av paketförlust. Rapporten börjar med att ge en överblick över vilka tänkbara protokoll som kan användas och vad de kan erbjuda gällande Scanias behov. Efter det så jämförs protokollen baserat på tidigare studier och protokollens specifikationer för att avgöra vilket protokoll som är bäst lämpat att användas i Scanias Connected Services. Sists så skapas ett virtuellt ramverk för att simulera olike nätverksförhållanden. Här testas varje protokoll och får sända olike datamängder för att sedan få sin prestanda utvärderad baserat på hur mycket extra data som sändes. Dessa resultat ligger sedan till grund för den analys och slutsats angående vilket protokoll som är bäst lämpat att användas av Scania. Rapporten drar slutsatsen att baserat på den information som finns tillgänglig och de resultat som ficks av testerna så skulle den UDP baserade MQTT-SN vara bäst lämpad för att minimera mängden extra data som skickas.

Many industries are now moving several of their processes into the cloud computing sphere. One important process is to collect machine data in an effective way. Moving signal collection processes to the cloud instead of on premise raises many questions about performance, scalability, security and cost.This thesis focuses on some of the market leading and cutting edge protocols appropriate for industrial production data collection. It investigates and compares the pros and cons of the protocols with respect to the demands of industrial systems. The thesis also presents examples of how the protocols can be used to collect data all the way to a higher-level system such as ERP or MES.The protocols focused on are MQTT and AMQP (in OPC-UA). The possibilities of OPC-UA in cloud computing is of extra interest to investigate in this thesis due to its increasing usage and development.

A current challenge in the Internet of Things is the seeking after conceptual structures to connect the presumably billions of devices of innumerable forms and capabilities. An emerging architectural concept, the fog cloud computing, moves the seemingly unlimited computational power of the distant cloud to the edge of the network, closer to the potentially computationally limited things, effectively diminishing the experienced latency. To allow computationally-constrained devices partaking in the network they have to be relieved from the burden of constant availability and extensive computational execution. Establishing a publish/subscribe communication pattern with the utilization of the popular Internet of Things application layer protocol Constrained Application Protocol is depicted one approach of overcoming this issue. In this project, a Java based library to establish a publish/subscribe communication pattern for the Constrained Application Protocol was develop. Furthermore, efforts to build and assess prototypes of several publish/subscribe application layer protocols executed over varying common as well as secured versions of the standard and non-standard transport layer protocols were made to take advantage, evaluate, and compare the developed library. The results indicate that the standard protocol stacks represent solid candidates yet one non-standard protocol stack is the considered prime candidate which still maintains a low response time while not adding a significant amount of communication overhead.

The Internet of Things market grows at an extreme rate each passing year. Devices will gather more data, which puts a lot of pressure on the communication between the devices and the cloud. The protocols used needs to be fast, secure, reliable and send any type of content. This thesis work conducts a research of the three most popular application level protocols ; MQTT, HTTP and AMQP, to examine which is best suited in an Internet of Things environment. The project is made with Axians AB to provide insight regarding the protocols, so that the company can decide which protocol will be best suited for their projects. A theoretical study of the performance was made, followed by case studies on different aspects of the protocol. The case studies were made using a Dell gateway and a 4G connection to mimic a real world project. Scripts were developed to measure different performance attributes of the protocols. The analysis and discussion of the results proved that MQTT or AMQP is the best protocols, depending on the project.

Att flera datorer används för att gemensamt lösa problem är inte någonting nytt. Det finns många distribuerade system i bruk och många olika lösningar för hur dessa ska kommunicera med varandra. Vissa använder sig av meddelande-orienterade lager för kommunikation vilket det finns väldigt många implementationer av. RabbitMQ är ett exempel där att kommunikation går genom en (eller ett kluster av) central nod och kommunicerar med hjälp av protokollet Advanced Message Queue Protocol, AMQP. I en helt annan kategori finns ZeroMQ som inte definierar någon central nod för all kommunikation att passera utan peer to peer är istället möjlig vilket innebär snabbare responstider men försvårar hur olika klienter hittar till varandra. Det bloggindexerande företaget Twingly kör idag med ett distribuerat system som använder flera olika kösystem för att koordinera ut arbete till de olika datorerna. De vill kolla närmare på hur de kan bygga sitt system med hjälp av meddelande-orienterade lager. Resultatet av arbetet är att RabbitMQ innebär mindre komponenter att hålla reda på vilket innebär att koden blir mindre komplex. Det som kommer gratis med att använda RabbitMQ är just att klienterna inte behöver känna till varandra utan endast behöver känna till RabbitMQ-servern. Nackdelen är att RabbitMQ-servern kommer bli en flaskhals för systemet. ZeroMQ är däremot friare att implementera den funktionalitet man själv behöver vilket är till fördel i de fall tid och pengar finns för att skapa ett eget system byggt ovanpå ZeroMQ. För Twingly som vill ha ett system inom en snar framtid är RabbitMQ ett bättre val av dessa två alternativ.

Genetic algorithms are modern algorithms intended to solve optimization problems. Inspiration originates in evolutionary principles in nature. Parallelization of genetic algorithms provides not only faster processing but also new and better solutions. Parallel genetic algorithms are also closer to real nature than their sequential counterparts. This paper describes the most used models of parallelization of genetic algorithms. Moreover, it provides the design and implementation in programming language Python. Finally, the implementation is verified in several test cases.

Výkonností testování aplikací nabírá v poslední době na důležitosti během vývoje všeho druhu. Tato práce mapuje základy testování výkonu, které jsou aplikovatelné na libovolné aplikace a následně analýzuje testování výkonu komponent používaných v Messaging systémech a to konkrétně Apache ActiveMQ Artemis a Qpid-Dispatch. Využívané metody testování výkonu je zaměřeno zejména na Apache ActiveMQ Artemis pomocí systému Messaging Performance Tool s názvem Maestro. Práce navrhuje vylepšení této aplikace o rozšíření testování systému Qpid-Dispatch a její možnosti při automatizovaném testování. Řešení je demonstrováno na sérii experimentů s různými topologiemi. Výsledná zpráva závěrem vyhodnocuje navržené rozšíření systému Maestro, zhodnocuje výkon komponenty Qpid-Dispatch a rozvíjí myšlenky pro další rozšíření.

The IoT refers to the idea of internetworking physical devices, vehicles, buildings, and any other item embedded with the appropriate electronics, software, sensors, actuators, and network connectivity to allows them to interchange data and to provide highly effective new services. In this thesis we focus on the communications issues of the IoT in relation to mobility and we provide different solutions to alleviate the impact of these potential problems and to guarantee the information delivery in mobile scenarios. Our reference context is a Smart City where various mobile devices collaboratively participate, periodically sending information from their sensors. We assume that these services are located in platforms based in cloud infrastructures where the information is protected through the use of virtualisation ensuring their security and privacy. This thesis is structured into seven chapters. We first detail our objectives and identify the current problems we intend to address. Next, we provide a thorough review of the state of the art of all the areas involved in our work, highlighting how we improved the existing solutions with our research. The overall approach of the solutions we propose in this thesis use prototypes that encompasses and integrates different technologies and standards in a small infrastructure, using real devices in real scenarios with two of the most commonly used networks around the world: WiFi and 802.15.4 to efficiently solve the problems we originally identified. We focussed on protocols based on a producer/consumer paradigm, namely AMQP and particularly MQTT. We observed the behaviour of these protocols using in lab experiments and in external environments, using a mesh wireless network as the backbone network. Various issues raised by mobility were taken into consideration, and thus, we repeated the tests with different messages sizes and different inter-message periodicity, in order to model different possible applications. We also present a model for dimensioning the number of sources for mobile nodes and calculating the number of buffers required in the mobile node as a function of the number of sources and the size of the messages. We included a mechanism for avoiding data loss based on intermediate buffering adapted to the MQTT protocol that, in conjunction with the use of an alternative to the Network Manager in certain contexts, improves the connection establishment for wireless mobile clients. We also performed a detailed study of the jitter behaviour of a mobile node when transmitting messages with this proposal while moving through a real outdoor scenario. To emulate simple IoT networks we used the Cooja simulator to study and determine the effects on the probability of delivering messages when both publishers and subscribers were added to different scenarios. Finally we present an approach that combines the MQTT protocol with DTN which we specifically designed for constrained environments and guarantees that important information will never be lost. The advantage of our proposed solutions is that they make an IoT system more resilient to changes in the point of attachment of the mobile devices in an IoT network without requiring IoT application & service developers to explicitly consider this issue. Moreover, our solutions do not require additional support from the network through protocols such as MobileIP or LISP. We close the thesis by providing some conclusions, and identifying future lines of work which we unable to address here. / Internet de las cosas (IoT) se refiere a la idea de interconectar sensores, actuadores, dispositivos físicos, vehículos, edificios y cualquier elemento dotado de la electrónica, así como del software y de la conectividad de red que los hace capaces de intercambiar datos para proporcionar servicios altamente efectivos. En esta tesis nos centramos en temas relacionados con la comunicación de sistemas IoT, específicamente en situaciones de movilidad y en los problemas que esto conlleva. Con este fin ofrecemos diferentes soluciones que alivian su impacto y garantizan la entrega de información en estas situaciones. El contexto de referencia es una ciudad inteligente donde varios dispositivos móviles participan de forma colaborativa enviando periódicamente información desde sus sensores hacia servicios ubicados en plataformas en la nube (cloud computing) donde mediante el uso de virtualización, la información está protegida garantizando su seguridad y privacidad. Las soluciones propuestas en esta tesis se enfocan en probar sobre una pequeña infraestructura un prototipo que abarca e integra diferentes tecnologías y estándares para resolver eficientemente los problemas previamente identificados. Hemos enfocado nuestro esfuerzo en el uso de dispositivos sobre escenarios reales con dos de las redes más extendidas en todo el mundo: WiFi y enlaces 802.15.4. Nos enfocamos en protocolos que ofrecen el paradigma productor/consumidor como el protocolo avanzado de colas de mensajes (AMQP) y particularmente el protocolo de transporte de mensajes telemétricos (MQTT), observamos su comportamiento a través de experimentos en laboratorio y en pruebas al aire libre, repitiendo las pruebas con diferentes tamaños de mensajes y diferente periodicidad entre mensajes. Para modelar las diferentes posibles aplicaciones de la propuesta, se tomaron en consideración varias cuestiones planteadas por la movilidad, resultando en un modelo para dimensionar eficientemente el número de fuentes para un nodo móvil y para calcular el tamaño requerido del buffer, en función del número de fuentes y del tamaño de los mensajes. Proponemos un mecanismo adaptado al protocolo MQTT que evita la pérdida de datos en clientes móviles, basado en un buffer intermedio entre la producción y publicación de mensajes que, en conjunto con el uso de una alternativa al gestor de conexiones inalámbricas "Network Manager", en ciertos contextos mejora el establecimiento de las conexiones. Para la evaluación de esta propuesta se presenta un estudio detallado de un nodo móvil que se mueve en un escenario real al aire libre, donde estudiamos el comportamiento del jitter y la transmisión de mensajes. Además, hemos utilizado emuladores de redes IoT para estudiar y determinar los efectos sobre la probabilidad de entrega de mensajes, cuando se agregan tanto publicadores como suscriptores a diferentes escenarios. Finalmente, se presenta una solución totalmente orientada a entornos con dispositivos de recursos limitados que combina los protocolos MQTT con redes tolerantes a retardos (DTN) para garantizar la entrega de información. La ventaja de las soluciones que proponemos reside en el hecho de que los sistemas IoT se vuelven resilientes a la movilidad y a los cambios de punto de acceso, permitiendo así que los desarrolladores creen fácilmente aplicaciones y servicios IoT evitando considerar estos problema. Otra ventaja de nuestras soluciones es que no necesitan soporte adicional de la red como sucede con protocolos como MobileIP o el protocolo que separa el identificador del localizador (LISP). Se destaca cómo hemos mejorado las soluciones existentes hasta el momento de la escritura de esta disertación, y se identifican futuras líneas de actuación que no han sido contempladas. / Internet de les coses (IoT) es refereix a la idea d'interconnectar sensors, actuadors, dispositius físics, vehicles, edificis i qualsevol element dotat de l'electrònica, així com del programari i de la connectivitat de xarxa que els fa capaces d'intercanviar dades per proporcionar serveis altament efectius. En aquesta tesi ens centrem en temes relacionats amb la comunicació de sistemes IoT, específicament en situacions de mobilitat i en els problemes que això comporta. A aquest efecte oferim diferents solucions que alleugeren el seu impacte i garanteixen el lliurament d'informació en aquestes situacions. El context de referència és una ciutat intel·ligent on diversos dispositius mòbils participen de forma col·laborativa enviant periòdicament informació des dels seus sensors cap a serveis situats en plataformes en el núvol (cloud computing) on mitjançant l'ús de virtualització, la informació està protegida garantint la seva seguretat i privadesa. Les solucions proposades en aquesta tesi s'enfoquen a provar sobre una xicoteta infraestructura un prototip que abasta i integra diferents tecnologies i estàndards per a resoldre eficientment els problemes prèviament identificats. Hem enfocat el nostre esforç en l'ús de dispositius sobre escenaris reals amb dos de les xarxes més esteses a tot el món: WiFi i enllaços 802.15.4. Ens enfoquem en protocols que ofereixen el paradigma productor/consumidor com el protocol avançat de cues de missatges (AMQP) i particularment el protocol de transport de missatges telemètrics (MQTT), observem el seu comportament a través d'experiments en laboratori i en proves a l'aire lliure, repetint les proves amb diferents grandàries de missatges i diferent periodicitat entre missatges. Per a modelar les diferents possibles aplicacions de la proposta, es van prendre en consideració diverses qüestions plantejades per la mobilitat, resultant en un model per a dimensionar eficientment el nombre de fonts per a un node mòbil i per a calcular la grandària requerida del buffer, en funció del nombre de fonts i de la grandària dels missatges. Proposem un mecanisme adaptat al protocol MQTT que evita la pèrdua de dades per a clients mòbils, basat en un buffer intermedi entre la producció i publicació de missatges que en conjunt amb l'ús d'una alternativa al gestor de connexions sense fils "Network Manager'', en certs contextos millora l'establiment de les connexions. Per a l'avaluació d'aquesta proposta es presenta un estudi detallat d'un node mòbil que es mou en un escenari real a l'aire lliure, on estudiem el comportament del jitter i la transmissió de missatges. A més, hem utilitzat emuladors de xarxes IoT per a estudiar i determinar els efectes sobre la probabilitat de lliurament de missatges, quan s'agreguen tant publicadors com subscriptors a diferents escenaris. Finalment, es presenta una solució totalment orientada a entorns amb dispositius de recursos limitats que combina els protocols MQTT amb xarxes tolerants a retards (DTN) per a garantir el lliurament d'informació. L'avantatge de les solucions que proposem resideix en el fet que els sistemes IoT es tornen resilients a la mobilitat i als canvis de punt d'accés, permetent així que els desenvolupadors creuen fàcilment aplicacions i serveis IoT evitant considerar aquests problema. Un altre avantatge de les nostres solucions és que no necessiten suport addicional de la xarxa com succeeix amb protocols com MobileIP o el protocol que separa l'identificador del localitzador (LISP). Es destaca com hem millorat les solucions existents fins al moment de l'escriptura d'aquesta dissertació, i s'identifican futures línies d'actuació que no han sigut contemplades. / Luzuriaga Quichimbo, JE. (2017). Managing Mobility for Distributed Smart Cities Services [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84744 / TESIS