Um middleware para internet das coisas com suporte ao processamento distribuído do contexto

Abstract

Um dos principais desafios de pesquisa na UbiComp consiste em fornecer mecanismos para a ciência de contexto que promovam o desenvolvimento de aplicações que reajam de acordo com a dinâmica do ambiente de interesse do usuário. Para manter o conhecimento a respeito desse ambiente, a área da UbiComp pressupõe a utilização de informações produzidas e disponibilizadas em diferentes localizações, o tempo todo. Nesse sentido, os recentes avanços na área da Internet das Coisas (IoT) têm proporcionado uma crescente disponibilidade de sensores conectados em rede, os quais são potenciais produtores de informações contextuais do ambiente para aplicações ubíquas. Com essa motivação, nessa tese é apresentado o COIOT, um middleware para Internet das Coisas concebido com o objetivo de gerenciar a coleta e o processamento das informações contextuais do ambiente físico, bem como a atuação remota sobre o mesmo. O COIOT foi idealizado considerando os trabalhos previamente desenvolvidos pelo grupo de pesquisa GPPD (Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído) da UFRGS, particularmente o middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). Na concepção do COIOT foi adotada uma abordagem distribuída de processamento de contexto que contempla tanto as premissas da IoT quanto as demandas das aplicações da UbiComp. A arquitetura proposta também contempla o gerenciamento de eventos distribuídos através de regras e triggers para tratar as mudanças de estados dos contextos de interesse. Além disso, a arquitetura proposta gerencia outros aspectos importantes nos cenários da IoT, como o tratamento da interoperabilidade, da heterogeneidade, apoio ao controle da escalabilidade e descoberta de recursos. As principais contribuições desta tese são: (i) a concepção de uma arquitetura para IoT capaz de realizar de forma distribuída tanto a coleta e processamento das informações contextuais, como a atuação remota no meio a fim de atender as aplicações da UbiComp e, (ii) a proposição de um modelo de processamento de eventos distribuídos adequado aos cenários da IoT. Para avaliar a arquitetura do COIOT foram realizados dois estudos de caso na área da agricultura. O primeiro estudo de caso foi desenvolvido em ambiente de produção a partir de demandas de pesquisadores da área da agricultura, particularmente da análise de sementes. Já o segundo estudo de caso teve como cenário de testes ambientes da viticultura de precisão.

One of the main research challenges in UbiComp is to provide mechanisms for context-aware to promote the development of applications that react according to the dynamics of user interest environment. To keep the knowledge of this environment, the area of UbiComp presupposes the use of information produced and made available in different locations, all the time. In this sense, the recent advances in the field of Internet of Things (IoT) have provided an increasing availability of sensors and actuators networked. These sensors are potential producers of contextual information. With this motivation, this thesis is presented the CoIoT, a middleware for Internet of Things (IoT) designed in order to manage the collect and processing of contextual information of the physical environment as well as remote actuation on it. The CoIoT was designed considering the work previously developed by the research group GPPD (Parallel Processing Group and distributed) of UFRGS, particularly middleware EXEHDA (Execution Environment for Highly Distributed Applications). In designing the CoIoT it was adopted a distributed approach of context processing that includes both the principles of IoT as the demands of the applications of UbiComp. The proposed architecture also includes rules based and triggers mechanisms to deal with events that characterize the changes of states of the contexts of interest. In addition, the proposed architecture manages other important aspects of IoT scenarios such as the treatment of interoperability, heterogeneity, support the control of scalability and resource discovery. Until now, the central contributions of this thesis include: (i) the design of an architecture for IoT able to perform distributed way both the collect and processing of contextual information, such as remote actuation in the environment in order to meet UbiComp applications and, (ii) the proposition of a distributed event processing model appropriate to the IoT scenarios. In order to evaluate the CoIoT architecture, two case studies were carried out in the area of agriculture. The first case study was developed in a production environment based on the demands of agricultural researchers, particularly seed analysis. On the other hand, the second case study was based on precision testing of viticulture environments.