Framework PON C++ 4.0 IoT: paradigma orientado a notificações para ambiente de internet das coisas

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Figueiredo, Luis Henrique Pelegrin
• Orientador(a): Vendramin, Ana Cristina Barreiras Kochem
• Banca de defesa: Vendramin, Ana Cristina Barreiras Kochem , Maziero, Carlos Alberto , Simão, Jean Marcelo , Talau, Marcos , Linhares, Robson Ribeiro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Internet das coisas; Sistemas de parâmetros distribuidos; C++ (Linguagem de programação de computador); Comunicação e tecnologia; Redes de computadores - Controle de qualidade; Internet of things; Distributed parameter systems; C++ (Computer program language); Communication and technology; Computer networks - Quality control
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30398

A Internet das Coisas tem transformado o modo como os mundos físico e digital interagem por meio da interconexão de objetos do dia a dia. Esses objetos, equipados com recursos de computação, comunicação, sensores e atuadores, são capazes de interagir de forma colaborativa e realizar uma variedade de tarefas de forma autônoma. Porém, ao mesmo tempo em que promove benefícios para a sociedade, a Internet das Coisas agrava ainda mais a chamada “Crise de Software”. Nota-se a dificuldade na produção de softwares devido a características presentes em sistemas da Internet das Coisas, como a arquitetura de comunicação e integração distribuída com componentes e dispositivos heterogêneos. Os atuais paradigmas de programação dominantes apresentam ineficiências para a concepção e execução em ambiente distribuído, sendo geralmente necessárias técnicas de programação e mesmo de engenharia de software adicionais e customizadas para cada aplicação. Como alternativa aos problemas mencionados, o emergente Paradigma Orientado a Notificação (PON) se apresenta como uma nova abordagem para sistemas computacionais construídos por entidades reativas que interagem por meio de notificações pontuais, desacoplando a computação facto-execucional da computação lógicocausal. O PON tem o objetivo de tornar menos árdua a tarefa de desenvolvimento de sistemas por permitir uma concepção em alto nível, tornando o código e sua execução mais eficiente por evitar redundâncias (estruturais e temporais) e, por fim, permitindo a sua execução distribuída por garantir o desacoplamento intrínseco entre as entidades. Atualmente, o PON apresenta várias materializações em software sendo as mais tecnologicamente maduras aquelas que se dão por meio de frameworks desenvolvidos em diferentes linguagens de programação. Neste contexto, o presente trabalho apresenta avanços no estado da técnica, implementando o Framework PON C++ 4.0 IoT o qual permite a distribuição das entidades constituintes do PON utilizando uma arquitetura Publish/Subscribe e o protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), ambos comumente utilizados em ambientes IoT. Ademais, são classificados também os tipos de entidades do PON em relação aos seus possíveis modos de distribuição. São apresentados três experimentos utilizando o PON por meio do Framework PON C++ 4.0 IoT com o objetivo de verificar os aspectos funcionais e não funcionais do PON e compará-lo com o Paradigma Orientado a Eventos (POE) por meio de implementações em C++ utilizando a arquitetura Publish/Subscribe e o MQTT. Os resultados demonstram que o tempo para processamento de mensagens das aplicações desenvolvidas com o Framework PON C++ 4.0 IoT foi até 11,2 vezes menor, porém consumiu até 6,7 vezes mais memória que as aplicações em POE. Com relação ao uso de rede, o número de mensagens transmitidas para ambas as implementações foi semelhante. Observou-se em todos os experimentos a maior expressividade e facilidade de distribuição das aplicações desenvolvidas no PON em comparação com o POE. Nas implementações em Framework PON C++ 4.0 IoT, houve uma redução na redundância de processamento em até 39,6% ao se utilizar corretamente o compartilhamento de entidades distribuídas.