Arquitetura baseada em redes de sensores sem fio e computação em nuvem para cidades inteligentes

Devido às limitações das redes de sensores sem fio (RSSFs) em termos de recursos de memória, poder computacional, comunicação e escalabilidade, dois de seus grandes desafios são: o gerenciamento eficiente da vasta quantidade de dados coletados e o compartilhamento dos sensores entre diversas aplicaç...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: REYES, Ronald Jared Romero
Tipo de recurso: tesis de maestría
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2015
País:Brasil
Institución:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
Repositorio:Repositório Institucional da UFPE
Idioma:portugués
OAI Identifier:oai:repositorio.ufpe.br:123456789/16776
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Computação em nuvem
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description Devido às limitações das redes de sensores sem fio (RSSFs) em termos de recursos de memória, poder computacional, comunicação e escalabilidade, dois de seus grandes desafios são: o gerenciamento eficiente da vasta quantidade de dados coletados e o compartilhamento dos sensores entre diversas aplicações. Atualmente, existem várias propostas, com suporte da computação em nuvem, para a aplicação de sensores em cidades inteligentes. Contudo, tais soluções não oferecem ferramentas ou plataformas para o desenvolvimento de aplicações baseadas em RSSFs que façam a gestão dos dados, bem como forneçam interfaces padronizadas, para que usuários finais desenvolvam e gerenciem as aplicações e os serviços fornecidos pela mesma infraestrutura. Desta forma, esta dissertação propõe uma nova arquitetura baseada no paradigma de Computação Orientada a Serviços (SOC – Service-Oriented Computing), para o gerenciamento eficiente de dados de RSSFs heterogêneas. Propõe-se um mecanismo de virtualização que fornece representações lógicas: tanto para sensores individuais, quanto para agrupamentos, objetivando padronizar os dados gerados pelas RSSFs, além de prover o suporte à qualidade de serviço (QoS – Quality of Service) nos processos de coleta, armazenamento, processamento e distribuição destes dados. Além disso, a proposta fornece serviços para o desenvolvimento de aplicações consumidoras dos dados. A arquitetura proposta utiliza o framework WSO2©, o qual proporciona toda uma plataforma de middleware para desenvolver soluções baseadas em SOA (Service Oriented Architecture) no ambiente de computação em nuvem. Os serviços oferecidos pela proposta são fornecidos segundo o modelo PaaS (Plataform as a Service) pelo Apache Stratos, que executa sobre uma infraestrutura de nuvem gerenciada com OpenStack. A virtualização dos dados dos sensores é feita através do conceito de filas de um Middleware Orientado a Mensagens (MOM – Message Oriented Middleware) utilizando a API JMS (Java Message Service). O serviço de armazenamento dos dados das RSSFs é composto e executado pelo servidor de orquestração BPS (Business Process Server), que inclui o fluxo de dados entre os serviços de acesso às filas e os serviços de armazenamento no banco de dados. Este serviço é executado automaticamente como uma tarefa programada no ESB (Enterprise Service Bus), sendo invocado com uma periodicidade que dependerá da carga de dados no sistema. A implementação da arquitetura foi avaliada com diversas cargas e periodicidades na coleta de dados das RSSFs. As análises permitiram concluir que os componentes da arquitetura impactam minimamente no desempenho do sistema, ao mesmo tempo em que a proposta permite atingir os objetivos de gerenciamento eficiente dos dados e tratamento da heterogeneidade de sensores e aplicações.
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Desta forma, esta dissertação propõe uma nova arquitetura baseada no paradigma de Computação Orientada a Serviços (SOC – Service-Oriented Computing), para o gerenciamento eficiente de dados de RSSFs heterogêneas. Propõe-se um mecanismo de virtualização que fornece representações lógicas: tanto para sensores individuais, quanto para agrupamentos, objetivando padronizar os dados gerados pelas RSSFs, além de prover o suporte à qualidade de serviço (QoS – Quality of Service) nos processos de coleta, armazenamento, processamento e distribuição destes dados. Além disso, a proposta fornece serviços para o desenvolvimento de aplicações consumidoras dos dados. A arquitetura proposta utiliza o framework WSO2©, o qual proporciona toda uma plataforma de middleware para desenvolver soluções baseadas em SOA (Service Oriented Architecture) no ambiente de computação em nuvem. Os serviços oferecidos pela proposta são fornecidos segundo o modelo PaaS (Plataform as a Service) pelo Apache Stratos, que executa sobre uma infraestrutura de nuvem gerenciada com OpenStack. A virtualização dos dados dos sensores é feita através do conceito de filas de um Middleware Orientado a Mensagens (MOM – Message Oriented Middleware) utilizando a API JMS (Java Message Service). O serviço de armazenamento dos dados das RSSFs é composto e executado pelo servidor de orquestração BPS (Business Process Server), que inclui o fluxo de dados entre os serviços de acesso às filas e os serviços de armazenamento no banco de dados. Este serviço é executado automaticamente como uma tarefa programada no ESB (Enterprise Service Bus), sendo invocado com uma periodicidade que dependerá da carga de dados no sistema. A implementação da arquitetura foi avaliada com diversas cargas e periodicidades na coleta de dados das RSSFs. As análises permitiram concluir que os componentes da arquitetura impactam minimamente no desempenho do sistema, ao mesmo tempo em que a proposta permite atingir os objetivos de gerenciamento eficiente dos dados e tratamento da heterogeneidade de sensores e aplicações.FACEPEDue to limitations of wireless sensor networks (WSNs) in terms of memory resources, computational power, communication and scalability, two of its biggest challenges are: the efficient management of the vast amount of data collected and sharing the sensors between various applications. Currently, there are several proposals with cloud computing support for the application of sensors in smart cities. However, such solutions do not provide tools or platforms for the development of applications based on WSNs, which make the management of data and provide standardized interfaces for end users to develop and manage applications and services provided by the same infrastructure. Thus, this work proposes a new architecture based on the paradigm of Service Oriented Computing (SOC), for efficient management of heterogeneous WSNs data. It proposes a virtualization engine that provides logical representations: for individual sensors, and for groups, aiming to standardize the data generated by WSNs, and provide support for quality of service (QoS) in the collection processes, storage, processing and distribution of data. Moreover, the proposal provides services for the development of data-intensive applications. The proposed architecture uses the WSO2 © framework, which provides a whole middleware platform to develop solutions based on SOA (Service Oriented Architecture) in the cloud computing environment. The services offered by the proposal are provided according to the PaaS model (Platform as a Service) by Apache Stratos, running on a cloud infrastructure managed with OpenStack. Virtualization of the data from the sensors is made through the concept of queues of a Message Oriented Middleware (MOM) using the JMS API (Java Message Service). The storage service data of WSN is composed and executed by BPS orchestration server (Business Process Server), which includes the flow of data between the access services to queues and storage services in the database. This service runs automatically as a scheduled task on the ESB (Enterprise Service Bus), being invoked at intervals that depend on the system’s workload. The implementation of the architecture was evaluated with various loads and data collection periodicity of WSNs. The analysis showed that the architectural components incur in a minimal impact on system performance at the same time as the proposal achieves the efficient management goals of data and management of heterogeneous sensors and applications.Universidade Federal de PernambucoUFPEBrasilPrograma de Pos Graduacao em Ciencia da ComputacaoDIAS, Kelvin Lopeshttp://lattes.cnpq.br/1899561670690401http://lattes.cnpq.br/86641694411174822016-04-22T19:06:55Z2016-04-22T19:06:55Z2015-08-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/16776ark:/64986/001300000j2h6porAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEREYES, Ronald Jared Romero2019-10-25T08:25:08Zoai:repositorio.ufpe.br:123456789/16776Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212019-10-25T08:25:08Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false
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