Workflow Variability for Autonomic IoT Systems

Autonomic IoT systems require variable behaviour at runtime to adapt to different system contexts. Building suitable models that span both design-time and runtime is thus essential for such systems. However, existing approaches separate the variability model from the behavioural model, leading to synchronization issues such as the need for dynamic reconfiguration and dependency management. Some approaches define a fixed number of behaviour variants and are therefore unsuitable for highly variable contexts. This paper extends the semantics of the DX-MAN service model so as to combine variability with behaviour. The model allows the design of composite services that define an infinite number of workflow variants which can be chosen at runtime without any reconfiguration mechanism. We describe the autonomic capabilities of our model by using a case study in the domain of smart homes

Ami-deu : un cadre sémantique pour des applications adaptables dans des environnements intelligents

Cette thèse vise à étendre l’utilisation de l'Internet des objets (IdO) en facilitant le développement d’applications par des personnes non experts en développement logiciel. La thèse propose une nouvelle approche pour augmenter la sémantique des applications d’IdO et l’implication des experts du domaine dans le développement d’applications sensibles au contexte. Notre approche permet de gérer le contexte changeant de l’environnement et de générer des applications qui s’exécutent dans plusieurs environnements intelligents pour fournir des actions requises dans divers contextes. Notre approche est mise en œuvre dans un cadriciel (AmI-DEU) qui inclut les composants pour le développement d’applications IdO. AmI-DEU intègre les services d’environnement, favorise l’interaction de l’utilisateur et fournit les moyens de représenter le domaine d’application, le profil de l’utilisateur et les intentions de l’utilisateur. Le cadriciel permet la définition d’applications IoT avec une intention d’activité autodécrite qui contient les connaissances requises pour réaliser l’activité. Ensuite, le cadriciel génère Intention as a Context (IaaC), qui comprend une intention d’activité autodécrite avec des connaissances colligées à évaluer pour une meilleure adaptation dans des environnements intelligents. La sémantique de l’AmI-DEU est basée sur celle du ContextAA (Context-Aware Agents) – une plateforme pour fournir une connaissance du contexte dans plusieurs environnements. Le cadriciel effectue une compilation des connaissances par des règles et l'appariement sémantique pour produire des applications IdO autonomes capables de s’exécuter en ContextAA. AmI- DEU inclut également un outil de développement visuel pour le développement et le déploiement rapide d'applications sur ContextAA. L'interface graphique d’AmI-DEU adopte la métaphore du flux avec des aides visuelles pour simplifier le développement d'applications en permettant des définitions de règles étape par étape. Dans le cadre de l’expérimentation, AmI-DEU comprend un banc d’essai pour le développement d’applications IdO. Les résultats expérimentaux montrent une optimisation sémantique potentielle des ressources pour les applications IoT dynamiques dans les maisons intelligentes et les villes intelligentes. Notre approche favorise l'adoption de la technologie pour améliorer le bienêtre et la qualité de vie des personnes. Cette thèse se termine par des orientations de recherche que le cadriciel AmI-DEU dévoile pour réaliser des environnements intelligents omniprésents fournissant des adaptations appropriées pour soutenir les intentions des personnes.Abstract: This thesis aims at expanding the use of the Internet of Things (IoT) by facilitating the development of applications by people who are not experts in software development. The thesis proposes a new approach to augment IoT applications’ semantics and domain expert involvement in context-aware application development. Our approach enables us to manage the changing environment context and generate applications that run in multiple smart environments to provide required actions in diverse settings. Our approach is implemented in a framework (AmI-DEU) that includes the components for IoT application development. AmI- DEU integrates environment services, promotes end-user interaction, and provides the means to represent the application domain, end-user profile, and end-user intentions. The framework enables the definition of IoT applications with a self-described activity intention that contains the required knowledge to achieve the activity. Then, the framework generates Intention as a Context (IaaC), which includes a self-described activity intention with compiled knowledge to be assessed for augmented adaptations in smart environments. AmI-DEU framework semantics adopts ContextAA (Context-Aware Agents) – a platform to provide context-awareness in multiple environments. The framework performs a knowledge compilation by rules and semantic matching to produce autonomic IoT applications to run in ContextAA. AmI-DEU also includes a visual tool for quick application development and deployment to ContextAA. The AmI-DEU GUI adopts the flow metaphor with visual aids to simplify developing applications by allowing step-by-step rule definitions. As part of the experimentation, AmI-DEU includes a testbed for IoT application development. Experimental results show a potential semantic optimization for dynamic IoT applications in smart homes and smart cities. Our approach promotes technology adoption to improve people’s well-being and quality of life. This thesis concludes with research directions that the AmI-DEU framework uncovers to achieve pervasive smart environments providing suitable adaptations to support people’s intentions

Hitch Hiker 2.0: a binding model with flexible data aggregation for the Internet-of-Things

Wireless communication plays a critical role in determining the lifetime of Internet-of-Things (IoT) systems. Data aggregation approaches have been widely used to enhance the performance of IoT applications. Such approaches reduce the number of packets that are transmitted by combining multiple packets into one transmission unit, thereby minimising energy consumption, collisions and congestion. However, current data aggregation schemes restrict developers to a specific network structure or cannot handle multi-hop data aggregation. In this paper, we propose Hitch Hiker 2.0, a component binding model that provides support for multi-hop data aggregation. Hitch Hiker uses component meta-data to discover remote component bindings and to construct a multi-hop overlay network within the free payload space of existing traffic flows. Hitch Hiker 2.0 provides end-to-end routing of low-priority traffic while using only a small fraction of the energy of standard communication. This paper extends upon our previous work by incorporating new mechanisms for decentralised route discovery and providing additional application case studies and evaluation. We have developed a prototype implementation of Hitch Hiker for the LooCI component model. Our evaluation shows that Hitch Hiker consumes minimal resources and that using Hitch Hiker to deliver low-priority traffic reduces energy consumption by up to 32 %