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

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: REYES, Ronald Jared Romero
• Orientador(a): DIAS, Kelvin Lopes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Ciencia da Computacao
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Sistemas distribuídos; Computação em nuvem; Redes de sensores sem fio
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/16776

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.