Contributions aux systèmes répartis en environnements ubiquitaires : adaptation, sensibilité au contexte et tolérance aux fautes

D'années en années, nous observons l'arrivée sur le marche d'ordinateurs personnels de plus en plus petits pour des utilisateurs de plus en plus nombreux, ainsi des assistants personnels numériques et des objets dits connectés, en passant par les téléphones mobiles. Tous ces dispositifs tendent à être interchangeables du point de vue des ressources en mémoire, en calcul et en connectivité : par exemple, les téléphones mobiles sont devenus des équipements informatiques de moins en moins spécialisés ou de plus en plus universels et font dorénavant office en la matière de portails d'accès aux capteurs présents dans l'environnement immédiat de l'utilisateur. L'enjeu abordé dans nos travaux est la construction de systèmes répartis incluant ces nouveaux dispositifs matériels. L'objectif de mes recherches est la conception des paradigmes d'intermédiation génériques sous-jacents aux applications réparties de plus en plus ubiquitaires. Plus particulièrement, la problématique générale de mes travaux est la définition du rôle des intergiciels dans l'intégration des dispositifs mobiles et des objets connectés dans les architectures logicielles réparties. Ces architectures logicielles reposaient très majoritairement sur des infrastructures logicielles fixes au début des travaux présentés dans ce manuscrit. Dans ce manuscrit, je décris mes travaux sur trois sujets : 1) l'adaptation des applications réparties pour la continuité de service pendant les déconnexions, 2) la gestion des informations du contexte d'exécution des applications réparties pour leur sensibilité au contexte, et 3) les mécanismes de détection des entraves dans les environnements fortement dynamiques tels que ceux construits avec des réseaux mobiles spontanés. Sur le premier sujet, nous fournissons une couche intergicielle générique pour la gestion des aspects répartis de la gestion des déconnexions en utilisant une stratégie d'adaptation collaborative dans les architectures à base d'objets et de composants. Sur le deuxième sujet, nous étudions les paradigmes architecturaux pour la construction d'un service de gestion de contexte générique, afin d'adresser la diversité des traitements (fusion et agrégation, corrélation, détection de situation par apprentissage, etc.), puis nous adressons le problème de la distribution des informations de contexte aux différentes échelles de l'Internet des objets. Enfin, sur le troisième sujet, nous commençons par la détection des modes de fonctionnement pour l'adaptation aux déconnexions afin de faire la différence, lorsque cela est possible, entre une déconnexion et une défaillance, et ensuite nous spécifions et construisons un service de gestion de groupe partitionnable. Ce service est assez fort pour interdire la construction de partitions ne correspondant pas à la réalité de l'environnement à un instant donné et est assez faible pour être mis en oeuvre algorithmiquemen

Context Aware Computing for The Internet of Things: A Survey

As we are moving towards the Internet of Things (IoT), the number of sensors deployed around the world is growing at a rapid pace. Market research has shown a significant growth of sensor deployments over the past decade and has predicted a significant increment of the growth rate in the future. These sensors continuously generate enormous amounts of data. However, in order to add value to raw sensor data we need to understand it. Collection, modelling, reasoning, and distribution of context in relation to sensor data plays critical role in this challenge. Context-aware computing has proven to be successful in understanding sensor data. In this paper, we survey context awareness from an IoT perspective. We present the necessary background by introducing the IoT paradigm and context-aware fundamentals at the beginning. Then we provide an in-depth analysis of context life cycle. We evaluate a subset of projects (50) which represent the majority of research and commercial solutions proposed in the field of context-aware computing conducted over the last decade (2001-2011) based on our own taxonomy. Finally, based on our evaluation, we highlight the lessons to be learnt from the past and some possible directions for future research. The survey addresses a broad range of techniques, methods, models, functionalities, systems, applications, and middleware solutions related to context awareness and IoT. Our goal is not only to analyse, compare and consolidate past research work but also to appreciate their findings and discuss their applicability towards the IoT.Comment: IEEE Communications Surveys & Tutorials Journal, 201

From Traditional Adaptive Data Caching to Adaptive Context Caching: A Survey

Context data is in demand more than ever with the rapid increase in the development of many context-aware Internet of Things applications. Research in context and context-awareness is being conducted to broaden its applicability in light of many practical and technical challenges. One of the challenges is improving performance when responding to large number of context queries. Context Management Platforms that infer and deliver context to applications measure this problem using Quality of Service (QoS) parameters. Although caching is a proven way to improve QoS, transiency of context and features such as variability, heterogeneity of context queries pose an additional real-time cost management problem. This paper presents a critical survey of state-of-the-art in adaptive data caching with the objective of developing a body of knowledge in cost- and performance-efficient adaptive caching strategies. We comprehensively survey a large number of research publications and evaluate, compare, and contrast different techniques, policies, approaches, and schemes in adaptive caching. Our critical analysis is motivated by the focus on adaptively caching context as a core research problem. A formal definition for adaptive context caching is then proposed, followed by identified features and requirements of a well-designed, objective optimal adaptive context caching strategy.Comment: This paper is currently under review with ACM Computing Surveys Journal at this time of publishing in arxiv.or

Hot Patching Hot Fixes: Reflection and Perspectives

With our reliance on software continuously increasing, it is of utmost importance that it be reliable. However,complete prevention of bugs in live systems is unfortunately an impossible task due to time constraints, incomplete testing, and developers not having knowledge of the full stack. As a result, mitigating risks for systems in production through hot patching and hot fixing has become an integral part of software development. In this paper, we first give an overview of the terminology used in the literature for research on this topic. Subsequently, we build upon these findings and present our vision for an automated framework for predicting and mitigating critical software issues at runtime. Our framework combines hot patching and hot fixing research from multiple fields, in particular: software defect and vulnerability prediction, automated test generation and repair, as well as runtime patching. We hope that our vision inspires research collaboration between the different communities

New approaches to data access in large-scale distributed system

Mención Internacional en el título de doctorA great number of scientific projects need supercomputing resources, such as, for example, those carried out in physics, astrophysics, chemistry, pharmacology, etc. Most of them generate, as well, a great amount of data; for example, a some minutes long experiment in a particle accelerator generates several terabytes of data. In the last years, high-performance computing environments have evolved towards large-scale distributed systems such as Grids, Clouds, and Volunteer Computing environments. Managing a great volume of data in these environments means an added huge problem since the data have to travel from one site to another through the internet. In this work a novel generic I/O architecture for large-scale distributed systems used for high-performance and high-throughput computing will be proposed. This solution is based on applying parallel I/O techniques to remote data access. Novel replication and data search schemes will also be proposed; schemes that, combined with the above techniques, will allow to improve the performance of those applications that execute in these environments. In addition, it will be proposed to develop simulation tools that allow to test these and other ideas without needing to use real platforms due to their technical and logistic limitations. An initial prototype of this solution has been evaluated and the results show a noteworthy improvement regarding to data access compared to existing solutions.Un gran número de proyectos científicos necesitan recursos de supercomputación como, por ejemplo, los llevados a cabo en física, astrofísica, química, farmacología, etc. Muchos de ellos generan, además, una gran cantidad de datos; por ejemplo, un experimento de unos minutos de duración en un acelerador de partículas genera varios terabytes de datos. Los entornos de computación de altas prestaciones han evolucionado en los últimos años hacia sistemas distribuidos a gran escala tales como Grids, Clouds y entornos de computación voluntaria. En estos entornos gestionar un gran volumen de datos supone un problema añadido de importantes dimensiones ya que los datos tienen que viajar de un sitio a otro a través de internet. En este trabajo se propondrá una nueva arquitectura de E/S genérica para sistemas distribuidos a gran escala usados para cómputo de altas prestaciones y de alta productividad. Esta solución se basa en la aplicación de técnicas de E/S paralela al acceso remoto a los datos. Así mismo, se estudiarán y propondrán nuevos esquemas de replicación y búsqueda de datos que, en combinación con las técnicas anteriores, permitan mejorar las prestaciones de aquellas aplicaciones que ejecuten en este tipo de entornos. También se propone desarrollar herramientas de simulación que permitan probar estas y otras ideas sin necesidad de recurrir a una plataforma real debido a las limitaciones técnicas y logísticas que ello supone. Se ha evaluado un prototipo inicial de esta solución y los resultados muestran una mejora significativa en el acceso a los datos sobre las soluciones existentes.Programa Oficial de Doctorado en Ciencia y Tecnología InformáticaPresidente: David Expósito Singh.- Secretario: María de los Santos Pérez Hernández.- Vocal: Juan Manuel Tirado Mart