[pt] A popularização da Internet das Coisas (IoT, Internet of Things) provocou uma crescente oportunidade para a criação de aplicações em diversas áreas, através da combinação do uso de sensores e/ou atuadores. Em ambientes de IoT, o papel de elementos chamados de gateways consiste em fornecer uma camada de comunicação intermediária entre os dispositivos de IoT e serviços de nuvem. Um fator crucial para a construção de aplicações em larga escala é que os dispositivos de IoT possam ser utilizados de maneira transparente, num paradigma orientado a serviços, onde detalhes de comunicação e configuração destes objetos são tratados pelos gateways. No modelo de serviços, as aplicações devem descobrir as interfaces de alto-nível dos dispositivos e não precisam lidar com detalhes subjacentes, que são tratados pelos gateways. Em cenários de grande dinamismo e mobilidade (com conexões e desconexões de dispositivos acontecendo a todo momento), a descoberta e configuração de objetos deve ocorrer de forma contínua. Os protocolos de descoberta de serviços tradicional, como o Universal Plug and Play (UPnP) ou o Service Location Protocol (SLP), não foram desenvolvidos levando em consideração o alto dinamismo de ambientes IoT. Nesse sentido, introduzimos o processamento de eventos complexos (CEP), que é uma tecnologia para processamento em tempo real de fluxos de eventos heterogêneos, que permite a utilização de consultas em linguagem CQL (Continuous Query Language) para a busca de eventos de interesse. Em um modelo onde os eventos relacionados à descoberta de sensores são enviados para um fluxo CEP, consultas expressivas são escritas para que uma aplicação descubra continuamente serviços de interesse. Este trabalho apresenta a extensão do MHub/CDDL para o suporte à descoberta contínua de serviços em IoT, utilizando CEP. O MHub/CDDL (Mobile Hub / Context Data Distribution Layer) é um middleware para descoberta de serviços e gerenciamento de qualidade de contexto em IoT, desenvolvido numa parceria entre o Laboratory for Advanced Collaboration (LAC) da PUC-Rio e o Laboratório de Sistemas Distribuídos Inteligentes (LSDi) da Universidade Federal do Maranhão (UFMA). A implementação deste trabalho é feita para a plataforma Android (Java) e um estudo de caso no domínio de estacionamentos inteligentes é conduzido e implementado, elucidando o uso do mecanismo de descoberta contínuo. / [en] The popularization of the Internet of Things sparked a growing opportunity for the creation of applications in various areas, by combining the use of sensors and/or actuators. In IoT environments, the role of elements called gateways is to provide an intermediate communication layer between IoT devices and cloud services. A crucial factor for the construction of large-scale applications is to allow the use of IoT devices in a transparent manner, in a service-oriented paradigm, where details of communication and configuration are handled by the gateways. In service model, applications must discover the high-level interfaces of the devices and do not have to deal with underlying details that are handled by gateways. In scenarios of high dynamism and mobility (with connections and disconnections of devices occuring all the time), this discovery and configuration must occur continuously. Traditional service discovery protocols, such as Universal Plug and Play (UPnP) or Service Location Protocol (SLP), have not been developed taking into consideration the high dinamicity of IoT environments. In this sense, we introduce complex event processing (CEP), which is a technology for real-time processing of heterogeneous event flows, which allows the use of CQL (Continuous Query Language for the search of events of interest. In a model where events related to sensor discovery are sent to a CEP flow, expressive queries are written for an application to continuously discover services of interest. This work presents the extension of MHub / CDDL to support continuous service discovery in IoT, using CEP. The MHub / CDDL (Mobile Hub / Context Data Distribution Layer) is a middleware for service discovery and quality context management in IoT, developed in a partnership between the Laboratory for Advanced Collaboration (LAC) from PUC-Rio and the Laboratório de Sistemas Distribuídos Inteligentes (LSDi) from Universidade Federal do Maranhão (UFMA). The implementation of this work is done in Android (Java) platform and a case study in the domain of smart parking is conducted and implemented, elucidating the use of the continuous discovery mechanism.

Orientador: Mauricio Ferreira Magalhães / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:55:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_AdilsonBarboza_D.pdf: 2506368 bytes, checksum: 78d6ece504fc0a9dcfd053303ba3b85b (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Em sistemas multimídia distribuídos existe uma diversidade de dispositivos de hardware, sistemas operacionais e tecnologias de comunicação. Para tratar os requisitos destas aplicações, os componentes do sistema precisam interagir entre eles considerando os aspectos de QoS de cada um dos elementos envolvidos. Neste contexto, esta tese apresenta o Cosmos ? um framework baseado em componentes proposto para dar suporte à configuração e gerenciamento de recursos em sistemas multimídia. Como prova de conceito do Cosmos, o framework definido foi usado no projeto do middleware AdapTV ? um middleware para sistemas de televisão digital interativa. O projeto do AdapTV explora os principais componentes dos modelos que foram definidos no Cosmos: o modelo de descrição de aplicações de forma independente de linguagens; o modelo de interconexão, que trata as questões de comunicação entre componentes heterogêneos usando diferentes tecnologias de comunicação; e o modelo de gerenciamento de QoS, que permite o monitoramento e a adaptação do sistema. Estes modelos foram explorados na implementação de um protótipo do middleware AdapTV e de uma aplicação distribuída que realiza a captura, transmissão e apresentação de um fluxo de vídeo. Para dar suporte à reusabilidade, o modelo explora o conceito de propriedades para estabelecer acordos de configuração (estáticos e dinâmicos) envolvendo negociações entre os requisitos dos componentes e as características da plataforma / Abstract: Distributed multimedia applications involve a diversity of hardware devices, operating systems and communication technologies. In order to fulfill the requirements of such applications, their constituting components need to interact with each other, as well as to consider QoS issues related to devices and transmission media. In such a context, this thesis presents the Cosmos component-based framework for configuration and management of resources of open, distributed multimedia systems. As a proof of concept, the framework was used in the design of the AdapTV middleware ? a middleware for interactive television which explores the major components of the Cosmos, including: the model to describe and represent applications independently of language aspects; the interconnection model that allows communication between components in heterogeneous and distributed multimedia environments; and the QoS management model that provides support for adaptation in the middleware player, triggered by QoS and user requirements changes. These models have been explored in the implementation of a prototype, which includes the AdapTV middleware and a distributed application example that captures, transmits and presents a video flow. In order to provide a generic and reusable approach, and to establish configuration agreements among component requirements and platform features, the framework explores the concept of properties / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Durant les dix dernières années, l'infrastructure informatique et l'infrastructure industrielle ont évolué de manière à passer de systèmes monolithiques à des systèmes hétérogènes, autonomes et largement distribués. Tous les systèmes ne peuvent pas coexister de manière isolée et exigent que leurs données soient partagées de manière à accroître la productivité de l'entreprise. En fait, nous progressons vers des systèmes complexes plus vastes où des millions des systèmes doivent être intégrés. Ainsi, l'exigence d'une solution d'interopérabilité peu coûteuse et rapide devient un besoin essentiel. Aujourd'hui, les solutions imposent les normes ou les middlewares pour gérer cette problématique. Cependant, ces solutions ne sont pas suffisantes et nécessitent souvent des développements ad-hoc spécifiques. Ainsi, ce travail propose l'étude et le développement d'une architecture d'interopérabilité générique, modulaire, agnostique et extensible basée sur des principes de l'architecture dirigée par les modèles et les concepts de la séparation de préoccupations. Il vise à promouvoir l'interopérabilité et l'échange de données entre les systèmes hétérogènes en temps réels sans obliger les systèmes à se conformer à des normes ou technologies spécifiques. La proposition s'applique à des cas d'usages industriels dans le contexte de réseau de distribution de gaz français. La validation théorique et empirique de notre proposition corrobore note hypothèses que l'interopérabilité entre les systèmes hétérogènes peut être atteinte en utilisant les concepts de la séparation de préoccupations et de l'ingénierie dirigée par les modèles et que le coût et le temps pour promouvoir l'interopérabilité est réduit en favorisant les caractéristiques de la réutilisabilité et de l'extensibilité. / Over the last decade, the information technology and industrial infrastructures have evolved from containing monolithic systems to heterogeneous, autonomous, and widely distributed systems. Most systems cannot coexist while completely isolated and need to share their data in order to increase business productivity. In fact, we are moving towards larger complex systems where millions of systems and applications need to be integrated. Thus, the requirement of an inexpensive and fast interoperability solution becomes an essential need. The existing solutions today impose standards or middleware to handle this issue. However, these solutions are not sufficient and often require specific ad-hoc developments. Thus, this work proposes the study and the development of a generic, modular, agnostic and extensible interoperability architecture based on modeling principles and software engineering aspects. It aims to promote interoperability and data exchange between heterogeneous systems in real time without requiring systems to comply with specific standards or technologies. The industrial use cases for this work takes place in the context of the French gas distribution network. The theoretical and empirical validation of our proposal corroborates assumptions that the interoperability between heterogeneous systems can be achieved by using the aspects of separation of concerns and model-driven engineering. The cost and time to promote the interoperability are also reduced by promoting the characteristics of re-usability and extensibility.

Cílem této práce je vytvořit komunikační sběrnici pro platformu Testos, což umožní nástrojům platformy spolu komunikovat a využívat navzájem svoje služby. V textu jsou prozkoum8na současná řešení a protokoly založené na modelu Publish-Subscribe. Dále také práce specifikuje požadavky na komunikační sběrnici vyhovující potřebám platformy Testos a také navrhuje řešení pro splnění daných požadavků.   V rámci výzkumu byly prozkoumány tři řešení - MQTT, DDS a AMQP. Průzkum každého řešení byl zaměřen na způsob komunikace a hlavní funkční prvky. Jako startovací bod implementace sběrnice byl vybrán protokol MQTT. Tato práce také specifikuje jak tento protokol rozšířit, aby byly splněny požadavky na sběrnici. Mezi stěžejní rozšíření navrhnuté v rámci této práce patří management životního cyklu požadavků rozšiřující způsob doručování zpráv a mechanismus zasílání požadavků standardu MQTT. Protokol byl také rozšířen o možnost shlukování zpráv do BULK paketu za účelem snížení množství potřebných síťových zdrojů. Výsledkem je Testos Bus, který je postavený na upraveném a rozšířeném protokolu MQTT, který zahrunuje implementaci brokeru a klientských knihoven pro Python a C++. Testos Bus naplňuje všechny povinné požadavky platformy, což ověřují automatické testy.

[pt] Sistemas de Software fatalmente necessitam passar por modificações ao longo de sua existência para que sejam efetuadas tanto correções de erros quanto alterações evolutivas que contemplem novos requisitos. Processos de manutenção desse tipo normalmente exigem que os sistemas sejam interrompidos por algum período de tempo, que varia de acordo com a complexidade da modificação e com a tecnologia utilizada. Essa interrupção pode ser inaceitável no caso de aplicações que exijam um alto grau de disponibilidade. Nesse caso, qualquer tipo de alteração precisa ser feita de maneira dinâmica, sem interromper a aplicação. No caso de sistemas distribuídos, essa dificuldade é significantemente agravada em decorrência do número naturalmente maior de usuários atendidos e da própria distribuição de seus módulos. A implementação de mecanismos que permitem substituir ou introduzir novas funcionalidades em aplicações de maneira dinâmica foge de escopo da maioria das aplicações, por se tratar de um desenvolvimento de elevada complexidade. Acreditamos que a crescente demanda por mecanismo deste tipo justifica que eles sejam oferecidos sob a forma de serviços pela camada de middleware. Neste trabalho, avaliamos a implementação de mecanismos de adaptação dinâmica em um sistema de componentes desenvolvido em Java. Estes mecanismos devem permitir efetuar alterações nas aplicações de maneira simples e estruturada, sem que seja necessário interromper o seu funcionamento. Posteriormente, comparamos a solução obtida com uma solução similar implementada com a linguagem Lua para avaliar as vantagens e desvantagens apresentadas por dois tipos de linguagem para sistemas dinamicamente adaptáveis. Avaliamos também o desempenho da solução, comparando o tempo de execução de aplicação desenvolvidas sobre ela com similares desenvolvidas sem ela, medindo assim a sobrecarga de desempenho imposto pela solução proposta. / [en] Software systems will inevitably need to suffler modifications during its existence, in order to receive both error corrections and evolutionary changes that address new requirements. This kind of maintenance processes typically involves the interruption of the systems for an amount of time that varies with the complexity of the change and with the used technology. This interruption may be unacceptable in the case of applications that demand a high degree of availability. In this case, any modification must be made dynamically, without interrupting the application. In the case of distributed systems, this difficulty is significantly increased due to the typical greater number of users and to the distribution of their modules. Replacement or addition of features dynamically in applications developed with the major middleware platforms , such as CORBA or RMI, is a fairly complex process, which requires both the replaced modules and those that interact with the implementation of dynamic adaptation mechanisms that circumvent these limitations of dynamic adaptation mechanisms that circumvent these limitations is beynd of the scope of most applications, due to its highly complex nature. We believe that the increasing demand for such mechanisms justifies that they should be offered as services on the middleware layer. In this dissertation we evaluete the implementation of dynamic adaptation mechanisms in a component system developed using the Java programming language. These mechanisms should allow changing applications in simple and structured way, without the need to interrupt its operation. We compare the developed solution with a similar solution developed using the Lua proramming Language, in order to evaluate the advantages and disadvantages presented by this two types of languages in the implementation of dynamically adaptable sustems. We also evaluate the performance of the proposed.

Large scale IoT service deployments run on a high number of distributed, interconnected computing nodes comprising sensors, actuators, gateways and cloud infrastructure. Since IoT is a fast growing, dynamic domain, the implementation of software components are subject to frequent changes addressing bug fixes, quality insurance or changed requirements. To ensure the continuous monitoring and control of processes, software updates have to be conducted while the nodes are operating without losing any sensed data or actuator instructions. Current IoT solutions usually support the centralized management and automated deployment of updates but are restricted to broadcasting the updates and local update processes at all nodes. In this paper we propose an update mechanism for IoT deployments that considers dependencies between services across multiple nodes involved in a common service and supports a coordinated update of component instances on distributed nodes. We rely on LyRT on all IoT nodes as the runtime supporting local disruption-minimal software updates. Our proposed middleware layer coordinates updates on a set of distributed nodes. We evaluated our approach using a demand response scenario from the smart grid domain.

[pt] O objetivo deste trabalho é avaliar um sistema de componentes de software que oferece em seu modelo uma abstração de componentes compostos. O sistema de componentes estudado é o SCS, que define um conjunto de regras de aninhamento, encapsulamento e compartilhamento para reger o comportamento de seus componentes compostos. O foco deste estudo está na avaliação da eficácia dessas regras de composição para auxiliar o desenvolvedor de aplicações. Para realizar esta avaliação, adaptamos o sistema de Captura e Acesso CAS, construído com o middleware SCS, para utilizar componentes compostos, e criamos um cenário para analisar o modelo e a implementação do middleware. / [en] The aim of this work is to evaluate a software component system that provides in its model an abstraction of composite components. We chose for this study SCS as the components system, which defines a set of rules for nesting, encapsulation and sharing to manage the behavior of its composite components. The main focus of this study is to evaluate the effectiveness of these composition rules to assist application developers. To conduct this evaluation, we adapted the Capture and Access system CAS, developed via the middleware SCS in order to employ the composite components, and created a scenario to analyze the model and implementation of the middleware.

[pt] A Internet das Coisas (do inglês, IoT) está se popularizando cada dia mais, se expandindo para aplicações em quase todos os setores de nossa socidade, impactando a economia e a vida cotidiana dos cidadãos. Com o crescimento das aplicações IoT, também ocorre uma expansão na demanda por novos dispositivos com capacidades de atuação, como lâmpadas inteligentes, fechaduras inteligentes, aparelhos de climatização (HVAC), máquinas industriais com capacidade de comunicação, robôs, drones, etc. Muitas plataformas de middleware estão sendo desenvolvidas para suportar o desenvolvimento de aplicativos de IoT distribuídos e facilitar a comunicação de sensores para a nuvem e recursos de edge processing. Mas surpreendentemente, muito pouco foi feito para fornecer mecanismos de suporte genéricos e em nível de middleware para detectar dispositivos controláveis e executar comandos de atuação, ou seja, transferi-los para o dispositivo. Este trabalho apresenta uma extensão ao middleware ContextNet que provê suporte à atuação remota e genérica sobre dispositivos inteligentes conectados pela Internet das Coisas. / [en] The Internet of Things (IoT) is becoming increasingly popular, expanding into applications in almost every sector of our society, impacting the economy and daily life of citizens. As IoT applications grow, so does the demand for new devices with actuation capabilities, such as smart light bulbs, HVAC devices, smart locks, communication-capable industrial machines, robots, drones, and so on. Many software platforms are being developed to support the development of distributed IoT applications and to facilitate cloud sensor communication and edge processing capabilities. But surprisingly, very little has been done to provide middleware-level support and generic mechanisms for discovering devices and their interfaces, and executing activation commands, i.e. transferring them to the device. This work presents an extension to the ContextNet Middleware to support generic and remote actuation on devices connected by the Internet of Things.

[pt] À medida que a internet das coisas (IoT) incorpora cada vez mais dispositivos móveis e objetos, isso também demanda serviços escaláveis capazes de lidar com um número crescente de dispositivos móveis conectados simultaneamente. Como resultado, a capacidade de oferecer serviços confiáveis, que sejam adaptáveis a diferentes cenários, eficientes e de alto desempenho em um ambiente altamente móvel é crucial para atender às expectativas dos usuários e impulsionar a adoção em massa de aplicações móveis IoT (IoMT). Neste trabalho, projetamos e implementamos uma arquitetura autoescalável e configurável, de maneira que o administrador das aplicações consiga configurar parâmetros de escalabilidade de acordo com a necessidade, usando o Kubernetes no ContextNet, um middleware distribuído IoMT, e avaliamos o desempenho de nossa implementação em diferentes cenários de escalabilidade e mobilidade. / [en] As the Internet of Things (IoT) increasingly incorporates mobile devices and objects, this also calls for scalable services capable of handling a growing number of concurrently connected mobile devices. Consequently, the ability to provide reliable services that are adaptable to different scenarios, efficient, and high-performing in a highly mobile environment is crucial to meet user expectations and drive widespread adoption of IoT mobile applications (IoMT). In this work, we design and implement a self-scalable and configurable architecture, allowing application administrators to configure scalability parameters according to their needs, using Kubernetes in ContextNet, a distributed IoMT middleware, and evaluate the performance of our implementation in different scalability and mobility scenarios.

Next Generation Networks (NGNs) aim to provide a unified network infrastructure to offer multimedia data and telecommunication services through IP convergence. NGNs utilize multiple broadband, QoS-enabled transport technologies, creating a converged packet-switched network infrastructure, where service-related functions are separated from the transport functions. This requires significant changes in the way how networks are managed to handle the complexity and heterogeneity of NGNs. This thesis proposes a Service Oriented Architecture (SOA) based management framework that integrates heterogeneous management systems in a loose coupling manner. The key benefit of the proposed management architecture is the reduction of the complexity through service and data integration. A network management middleware layer that merges low level management functionality with higher level management operations to resolve the problem of heterogeneity was proposed. A prototype was implemented using Web Services and a testbed was developed using trouble ticket systems as the management application to demonstrate the functionality of the proposed framework. Test results show the correcting functioning of the system. It also concludes that the proposed framework fulfils the principles behind the SOA philosophy.