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TEMA: Redes y Servicios Ubicuos para el Internet de las Cosas. TÍTULO: Semantic middleware development for the Internet of Things. AUTOR: Jesús Rodríguez Molina. TUTOR: Dr. José Fernán Martínez Ortega. VºBº. DEPARTAMENTO: DIATEL Miembros del Tribunal Calificador: PRESIDENTE: Eduardo Juárez Martínez. VOCAL: José Fernán Martínez Ortega. VOCAL SECRETARIO: Vicente Hernández Díaz. Fecha lectura: Calificación: El Secretario, RESUMEN DEL PROYECTO: Esta memoria comprende la realización del análisis, diseño, implementación y validación de una arquitectura middleware para el Internet de las Cosas, la cual se apoya en las aportaciones previas de otros investigadores de la escuela. Partiendo de un estado del arte que sirva para adquirir los conocimientos necesarios para comprender los objetivos del resto del proyecto, se realizará un exhaustivo estudio de la arquitectura nSOM, una especificación middleware ubicua y orientada a servicios desarrollada por la EUITT, especialmente de los agentes software que han sido extendidos (Broker) y de los nuevos agentes software implementados (Orquestador, Alarmas del Orquestador), entre otros aspectos. Este Proyecto Fin de Carrera ha sido desarrollado dentro del marco de trabajo del Proyecto de Investigación LifeWear (TSI-040200), cuyo consorcio ha obtenido el sello europeo ITEA2. PROYECTO FIN DE CARRERA Semantic middleware development for the Internet of Things Autor Jesús Rodríguez Molina Tutor José Fernán Martínez Ortega Dr. Ingeniero de Telecomunicación Septiembre 2012 It matters not how strait the gate, How charged with punishments the scroll. I am the master of my fate: I am the captain of my soul. Extract from Invictus, by William Ernest Henley. ACKNOWLEDGMENTS I would like to acknowledge all the following people for their assistance and encouragement; they all have been of great help, either by providing their know-how, their direction or their moral support. Without them, having this Final Degree Dissertation made would have been much more difficult. My parents for their tireless support, even at the moments when, academically, everything seemed to be lost, or I toyed with the idea of giving everything up. Fortunately or not, I believe I have already released them from that effort. My friends inside and outside the EUITT, some of them a WhatsApp message away, others scattered throughout Europe. I firmly believe that all that lies ahead for them is a promising future achieving their objectives, regardless of how tough they are. My Diatel colleagues Huang, Sandra and Pedro, who are always friendly, resourceful and skilful and have proved their value as workers and people in all the challenges we have faced. We have worked closely together in the research project of Lifewear where this Final Degree Dissertation is included, enriching us both technically and personally. Hopefully, in the near future we will carry on engaging in work duties together. My professor and tutor Dr. José Fernán Martínez Ortega, for giving me the chance to work in the field of University Research and Development, which I am interested in above all the others, and the lecturers that have helped me throughout the Lifewear project: Vicente Hernández Díaz, Gregorio Rubio Cifuentes and professor Dr. Ana Belén García Hernando. Last but not least, I would also like to acknowledge José Canfrán for letting me assist to his Final Degree Dissertation presentation and get a little grasp of what I could expect from it. ii ABSTRACT After the extraordinary spread of the World Wide Web during the last fifteen years, engineers and developers are pushing now the Internet to its next border. A new conception in computer science and networks communication has been burgeoning during roughly the last decade: a world where most of the computers of the future will be extremely downsized, to the point that they will look like dust at its most advanced prototypes. In this vision, every single element of our “real” world has an intelligent tag that carries all their relevant data, effectively mapping the “real” world into a “virtual” one, where all the electronically augmented objects are present, can interact among them and influence with their behaviour that of the other objects, or even the behaviour of a final human user. This is the vision of the Internet of the Future, which also draws ideas of several novel tendencies in computer science and networking, as pervasive computing and the Internet of Things. As it has happened before, materializing a new paradigm that changes the way entities interrelate in this new environment has proved to be a goal full of challenges in the way. Right now the situation is exciting, with a plethora of new developments, proposals and models sprouting every time, often in an uncoordinated, decentralised manner away from any standardization, resembling somehow the status quo of the first developments of advanced computer networking, back in the 60s and the 70s. Usually, a system designed after the Internet of the Future will consist of one or several final user devices attached to these final users, a network –often a Wireless Sensor Network- charged with the task of collecting data for the final user devices, and sometimes a base station sending the data for its further processing to less hardware-constrained computers. When implementing a system designed with the Internet of the Future as a pattern, issues, and more specifically, limitations, that must be faced are numerous: lack of standards for platforms and protocols, processing bottlenecks, low battery lifetime, etc. One of the main objectives of this project is presenting a functional model of how a system based on the paradigms linked to the Internet of the Future works, overcoming some of the difficulties that can be expected and showing a model for a middleware architecture specifically designed for a pervasive, ubiquitous system. This Final Degree Dissertation is divided into several parts. Beginning with an Introduction to the main topics and concepts of this new model, a State of the Art is offered so as to provide a technological background. After that, an example of a semantic and service-oriented middleware is shown; later, a system built by means of this semantic and service-oriented middleware, and other components, is developed, justifying its placement in a particular scenario, describing it and analysing the data obtained from it. Finally, the conclusions inferred from this system and future works that would be good to be tackled are mentioned as well. iii RESUMEN Tras el extraordinario desarrollo de la Web durante los últimos quince años, ingenieros y desarrolladores empujan Internet hacia su siguiente frontera. Una nueva concepción en la computación y la comunicación a través de las redes ha estado floreciendo durante la última década; un mundo donde la mayoría de los ordenadores del futuro serán extremadamente reducidas de tamaño, hasta el punto que parecerán polvo en sus más avanzado prototipos. En esta visión, cada uno de los elementos de nuestro mundo “real” tiene una etiqueta inteligente que porta sus datos relevantes, mapeando de manera efectiva el mundo “real” en uno “virtual”, donde todos los objetos electrónicamente aumentados están presentes, pueden interactuar entre ellos e influenciar con su comportamiento el de los otros, o incluso el comportamiento del usuario final humano. Ésta es la visión del Internet del Futuro, que también toma ideas de varias tendencias nuevas en las ciencias de la computación y las redes de ordenadores, como la computación omnipresente y el Internet de las Cosas. Como ha sucedido antes, materializar un nuevo paradigma que cambia la manera en que las entidades se interrelacionan en este nuevo entorno ha demostrado ser una meta llena de retos en el camino. Ahora mismo la situación es emocionante, con una plétora de nuevos desarrollos, propuestas y modelos brotando todo el rato, a menudo de una manera descoordinada y descentralizada lejos de cualquier estandarización, recordando de alguna manera el estado de cosas de los primeros desarrollos de redes de ordenadores avanzadas, allá por los años 60 y 70. Normalmente, un sistema diseñado con el Internet del futuro como modelo consistirá en uno o varios dispositivos para usuario final sujetos a estos usuarios finales, una red –a menudo, una red de sensores inalámbricos- encargada de recolectar datos para los dispositivos de usuario final, y a veces una estación base enviando los datos para su consiguiente procesado en ordenadores menos limitados en hardware. Al implementar un sistema diseñado con el Internet del futuro como patrón, los problemas, y más específicamente, las limitaciones que deben enfrentarse son numerosas: falta de estándares para plataformas y protocolos, cuellos de botella en el procesado, bajo tiempo de vida de las baterías, etc. Uno de los principales objetivos de este Proyecto Fin de Carrera es presentar un modelo funcional de cómo trabaja un sistema basado en los paradigmas relacionados al Internet del futuro, superando algunas de las dificultades que pueden esperarse y mostrando un modelo de una arquitectura middleware específicamente diseñado para un sistema omnipresente y ubicuo. Este Proyecto Fin de Carrera está dividido en varias partes. Empezando por una introducción a los principales temas y conceptos de este modelo, un estado del arte es ofrecido para proveer un trasfondo tecnológico. Después de eso, se muestra un ejemplo de middleware semántico orientado a servicios; después, se desarrolla un sistema construido por medio