Helix Multi-layered: federação de brokers de contexto em múltiplos níveis para estabelecer o contínuo da nuvem para as coisas.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Cabrini, Fabio Henrique
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 5G; Cloud-to-things continuum; FIWARE; HELIX platform; Internet das coisas; IoT; SDN; Tecnologia da informação
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3142/tde-12082022-132117/

O crescente volume de pesquisas e o desenvolvimento de novas plataformas de backend para Internet das Coisas (IoT, do inglês Internet of Things) reforçam a proposição de novas arquiteturas que ofereçam maior flexibilidade, alto grau de integração e maior capacidade de gerenciamento e processamento das informações de contexto. Principalmente diante de um novo horizonte pavimentado por tecnologias disruptivas como Software-Defined Networking (SDN) e Management and Network Orchestration (MANO) presentes nas redes 5G. A computação em névoa ocupa um lugar de destaque neste cenário, por estender as capacidades computacionais aos níveis localizados entre os dispositivos de IoT e a nuvem, corroborando com o estabelecimento de um escopo mais amplo, o \"contínuo da nuvem para as coisas\" (do inglês CloudtoThings Continuum). No entanto, o sucesso do CloudtoThings Continuum requer uma nova geração de plataformas de IoT capazes de abarcar esse novo paradigma afim de permitir que o gerenciamento e o processamento das informações de contexto sejam realizados nos múltiplos níveis da rede. Diante deste cenário, esta tese de doutorado propõe a plataforma Helix Multi-layered, inspirada no FIWARE, que apresenta uma arquitetura baseada na federação horizontal e vertical de brokers dotados de recursos avançados para viabilizar que o gerenciamento e o processamento de informações de contexto sejam distribuídos nos múltiplos níveis da rede. A plataforma Helix Multi-layered estabelece um Cloud-to-Things Continuum a partir da integração de novas tecnologias de infraestrutura virtualizada, atuando como um middleware que oferece uma visão holística entre produtores e consumidores de contexto localizados nos níveis de nuvem, névoa e borda desse contínuo. Ademais, disponibiliza modos de operação intermediados por Helix Brokers distribuídos no Cloud-to-Things Continuum, que a depender da arquitetura da aplicação, permitem ampliar a capacidade de processamento, fusão e a disseminação das informações de contexto através da infraestrutura disponível, além de habilitar a comunicação device-to-device em fluxos edge-to-edge, edge-to-cloud, fog-to-cloud e cloud-tocloud. O Cloud Context Information Management (CCIM) e os Helix Brokers utilizam modelos de dados padronizados, habilitam o uso de relacionamentos entre entidades, subscrições condicionadas, operações com geolocalização e podem ser associados a IoT agents capazes de interoperar com protocolos de IoT. Os módulos e componentes da plataforma foram avaliados através de experimentos laboratoriais e Proof of Concepts (PoCs), tendo como destaque, os real-world testbed realizados em ambiente industrial e no Aveiro Tech City Living Lab. Além disso, a plataforma foi avaliada em um testbed compatível com a visão 5G da European Telecommunications Standards Institute (ETSI), sobre um cenário que se baseia na plataforma Novel Enablers for Cloud Slicing (NECOS) para automatização da instanciação dos módulos Helix Broker em cloud-network slices. Os experimentos permitiram avaliar e validar os módulos, componentes e modos de operação da plataforma Helix Multi-layered em diferentes casos de uso. Os resultados obtidos sugerem que os modos de operação aprovisionados pelo Helix Multi-layered permitiram redução nas taxas de One-Way Delay (OWD) na comunicação entre dispositivos de IoT mediados por brokers localizados nos níveis de névoa e borda.