UBIDEV: a homogeneous service framework for pervasive computing environments

This dissertation studies the heterogeneity problem of pervasive computing system from the viewpoint of an infrastructure aiming to provide a service-oriented application model. From Distributed System passing through mobile computing, pervasive computing is presented as a step forward in ubiquitous availability of services and proliferation of interacting autonomous entities. To better understand the problems related to the heterogeneous and dynamic nature of pervasive computing environments, we need to analyze the structure of a pervasive computing system from its physical and service dimension. The physical dimension describes the physical environment together wit the technology infrastructure that characterizes the interactions and the relations within the environment; the service dimension represents the services (being them software or not) the environment is able to provide [Nor99]. To better separate the constrains and the functionalities of a pervasive computing system, this dissertation classifies it in terms of resources, context, classification, services, coordination and application. UBIDEV, as the key result of this dissertation, introduces a unified model helping the design and the implementation of applications for heterogeneous and dynamic environments. This model is composed of the following concepts: • Resource: all elements of the environment that are manipulated by the application, they are the atomic abstraction unit of the model. • Context: all information coming from the environment that is used by the application to adapts its behavior. Context contains resources and services and defines their role in the application. • Classification: the environment is classified according to the application ontology in order to ground the generic conceptual model of the application to the specific environment. It defines the basic semantic level of interoperability. • Service: the functionalities supported by the system; each service manipulates one or more resources. Applications are defined as a coordination and adaptation of services. • Coordination: all aspects related to service composition and execution as well as the use of the contextual information are captured by the coordination concept. • Application Ontology: represents the viewpoint of the application on the specific context; it defines the high level semantic of resources, services and context. Applying the design paradigm proposed by UBIDEV, allows to describe applications according to a Service Oriented Architecture[Bie02], and to focus on application functionalities rather than their relations with the physical devices. Keywords: pervasive computing, homogenous environment, service-oriented, heterogeneity problem, coordination model, context model, resource management, service management, application interfaces, ontology, semantic services, interaction logic, description logic.Questa dissertazione studia il problema della eterogeneit`a nei sistemi pervasivi proponendo una infrastruttura basata su un modello orientato ai servizi. I sistemi pervasivi sono presentati come un’evoluzione naturale dei sistemi distribuiti, passando attraverso mobile computing, grazie ad una disponibilit`a ubiqua di servizi (sempre, ovunque ed in qualunque modo) e ad loro e con l’ambiente stesso. Al fine di meglio comprendere i problemi legati allintrinseca eterogeneit`a dei sistemi pervasivi, dobbiamo prima descrivere la struttura fondamentale di questi sistemi classificandoli attraverso la loro dimensione fisica e quella dei loro servizi. La dimensione fisica descrive l’ambiente fisico e tutti i dispositivi che fanno parte del contesto della applicazione. La dimensione dei servizi descrive le funzionalit`a (siano esse software o no) che l’ambiente `e in grado di fornire [Nor99]. I sistemi pervasivi vengono cos`ı classificati attraverso una metrica pi `u formale del tipo risorse, contesto, servizi, coordinazione ed applicazione. UBIDEV, come risultato di questa dissertazione, introduce un modello uniforme per la descrizione e lo sviluppo di applicazioni in ambienti dinamici ed eterogenei. Il modello `e composto dai seguenti concetti di base: • Risorse: gli elementi dell’ambiente fisico che fanno parte del modello dellapplicazione. Questi rappresentano l’unit`a di astrazione atomica di tutto il modello UBIDEV. • Contesto: le informazioni sullo stato dell’ambiente che il sistema utilizza per adattare il comportamento dell’applicazione. Il contesto include informazioni legate alle risorse, ai servizi ed alle relazioni che li legano. • Classificazione: l’ambiente viene classificato sulla base di una ontologia che rappresenta il punto di accordo a cui tutti i moduli di sistema fanno riferimento. Questa classificazione rappresenta il modello concettuale dell’applicazione che si riflette sull’intero ambiente. Si definisce cos`ı la semantica di base per tutto il sistema. • Servizi: le funzionalit`a che il sistema `e in grado di fornire; ogni servizio `e descritto in termini di trasformazione di una o pi `u risorse. Le applicazioni sono cos`ı definite in termini di cooperazione tra servizi autonomi. • Coordinazione: tutti gli aspetti legati alla composizione ed alla esecuzione di servizi cos`ı come l’elaborazione dell’informazione contestuale. • Ontologia dell’Applicazione: rappresenta il punto di vista dell’applicazione; definisce la semantica delle risorse, dei servizi e dell’informazione contestuale. Applicando il paradigma proposto da UBIDEV, si possono descrivere applicazioni in accordo con un modello Service-oriented [Bie02] ed, al tempo stesso, ridurre l’applicazione stessa alle sue funzionalit`a di alto livello senza intervenire troppo su come queste funzionalit` a devono essere realizzate dalle singole componenti fisiche

Automatic Resource and Service Management for Ubiquitous Computing Environments

Abstract. Ubiquitous computing is about building applications to bring computation into the real, physical world. The high degree of dynamism and heterogeneity of the resources involved in such applications makes service adaptation and interoperability a difficult task. This paper presents UBIDEV, a service framework that faces the heterogeneity problem by hiding at the application level the dynamism of the underlying environment. We describe the UBIDEV architecture focusing on the description and the management of services and resources. We also describe how this approach decreases the complexity of the design and development of service-oriented applications. A prototype implementation of a unified messaging system is presented as a validation of the architectural design