Service architecting and dynamic composition in pervasive smart ecosystems for the Internet of things based on sensor network technology

Why pervasive awareness and Ambient Intelligence are perceived by a great part of the academia and industry as a massive revolution in the short-term? In our best knowledge, a cornerstone of this thought is based on the fact that the ultimate nature of the smart environment paradigm is not in the technology itself, but on a people-centered approach. Perhaps, is in this apparently simple conception where precisely lies the boldness of this promising vision, which has been consolidated in recent years with the emerging proliferation of mobile, personal, portable, wearable and sensory computing: to reach everyone and everywhere. On the one hand, it touches our daily lives in a close manner, minimizing the required attention from the users, anticipating to their needs with the main intention of redefining our idea of Quality of Experience. On the other hand, this new wave impacts everywhere at both global and personal scales allowing expanded connectivity between devices and smart objects, in a dynamic and ubiquitous manner, as a natural extension of the physical world around us. According to the above, this doctoral dissertation focuses on contributing to the integration of software and networking engineering advances in the field of pervasive smart spaces and environment using sensor networks. This is founded on the convergence of some information technology and computer science paradigms, such as service and agent orientation, semantic technologies and knowledge management in the framework of pervasive computing and the Internet of Things. To this end, the nSOM (nano Service-Oriented Middleware) and nSOL (nano Semantics-Oriented Language) approaches are presented. Firstly, the nSOM proposal defines a service-oriented platform for the implementation, deployment and exposure of agent-based in-network services to the Internet cloud on heterogeneous sensor devices. Secondly, the nSOL solution enables an abstraction for supporting ubiquitous service composition based on semantic knowledge management. The integration of both contributions leads to the formal modelling and practical development of adaptive virtual sensor services for pervasive Ambient Intelligence ecosystems. This work includes also the related performance characterization of the resulting prototype according to several metrics such as code size, volatile memory footprint, CPU overhead, service time delay and battery lifetime. Main foundations and outcomes presented in this essay are contextualized in the following European Research Projects: μSWN (FP6 code: IST-034642), DiYSE (ITEA2 code: 08005) and LifeWear (ITEA2 code: 09026). --------------------¿Por qué la sensibilidad ubicua y la inteligencia ambiental son percibidas por una gran parte de las comunidades académica e industrial como una revolución masiva en el corto plazo? En nuestra opinión, una piedra angular de este pensamiento es el hecho de que la naturaleza última del paradigma de entornos inteligentes no reside en la tecnología en sí misma, sino en una aproximación centrada en las personas. Y es quizá en esta aparente simple concepción donde se halla precisamente el atrevimiento de esta prometedora visión, consolidada en los últimos años con la emergente proliferación de la computación móvil, personal, portable, llevable y sensorial: llegar a todos y a todas partes. Por un lado, esta alcanza nuestras vidas de una manera cercana, minimizando la atención requerida por los usuarios, anticipándose a sus necesidades con el objetivo de redefinir nuestra idea de calidad de experiencia. Por otro lado, esta impacta en todas partes tanto a escala global como personal, con una conectividad expandida entre dispositivos y objetos inteligentes, de un modo ubicuo y dinámico, como una extensión natural del mundo que nos rodea. Conforme a lo anterior, esta tesis doctoral se centra en contribuir en la integración de los avances de ingeniería de redes y software en el ámbito de los espacios y entornos inteligentes ubicuos basados en redes de sensores. Esto se fundamenta en la convergencia de diversos paradigmas de las tecnologías de la información y ciencia de la computación, tales como orientación a servicios y agentes, tecnologías semánticas y de gestión del conocimiento en el contento de la computación ubicua en la Internet de las Cosas. Para este fin, se presentan las aproximaciones nSOM (nano Service-Oriented Middleware) y nSOL (nano Semantics-Oriented Language). En primer lugar, nSOM define una plataforma orientada a servicios para la implementación, despliegue y exposición a la nube de servicios basados en agentes e implementados en red sobre dispositivos heterogéneos de sensores. En segundo lugar, nSOL habilita una abstracción para proporcionar composición ubicua de servicios basada en gestión semántica del conocimiento. La integración de ambas contribuciones conduce a un modelado formal y de implementación práctica de servicios de sensor virtual adaptativos para ecosistemas de inteligencia ambiental. Este trabajo incluye la caracterización del rendimiento del prototipo resultante, basándonos para ello en métricas tales como tamaño de código, tamaño de memoria volátil, sobrecarga de procesamiento, retardo en tiempo de servicio y autonomía de baterías. Los principales fundamentos y resultados discutidos en este ensayo están contextualizados en los siguientes Proyectos de Investigación Europeos: μSWN (FP6 código: IST-034642), DiYSE (ITEA2 código: 08005) y LifeWear (ITEA2 código: 09026).Presidente: Juan Ramón Velasco Pérez; Vocal: Juan Carlos Dueñas; Secretario: Mario Muñoz Organer

Sistemas organizativos para la asignación dinámica de recursos computacionales en entornos distribuidos

[ES]Cloud Computing, el conocido paradigma computacional, está emergiendo en los últimos años con gran fuerza. Este paradigma incluye un novedoso modelo de comercialización basado en el pago por uso que ha cambiado radicalmente el modelo de negocio en Internet, lo que ha permitido que las empresas y usuarios individuales puedan alquilar los recursos computacionales que necesitan en cada momento. Este nuevo modelo computacional también ha derivado en que el modelo de producción de estos recursos computacionales evolucione hasta una aproximación cercana al modelo de producción just-in-time, en el que sólo se consumen los recursos necesarios para la producción de los servicios en función de la demanda existente en cada momento, hablándose dentro de este ámbito de elasticidad en los servicios ofertados. Para que esto sea posible, no cabe duda, que una gran cantidad de tecnologías subyacentes han tenido que madurar para dar como resultado un nicho tecnológico con la capacidad para variar los recursos asociados a cada servicio en función de la demanda. Sin embargo, pese a los indudables avances que se han producido a nivel tecnológico, todavía hoy existe una gran capacidad de mejora de estos sistemas. En este sentido, en el marco de esta tesis doctoral se propone el uso de los sistemas multiagente y, especialmente, aquellos basados en modelos organizativos para el control y monitorización de un sistema Cloud Computing. Gracias a esta aproximación, una de las primeras en este campo de investigación, será posible incluir en las plataformas Cloud de nueva generación características derivadas de la Inteligencia Artificial, como son la autonomía, la proactividad y, también, la capacidad de aprendizaje. Para ello se propone un modelo único en su concepción, que permite dotar a la organización de agentes inteligentes con capacidades auto-adaptativas en tiempo de ejecución para entornos abiertos, altamente dinámicos en los que, además, existe un cierto grado de incertidumbre. Así gracias a este modelo, el sistema es capaz de variar los recursos computacionales asociados a cada servicio producido en función de la demanda existe por parte de los usuarios, mediante la auto-adaptación dinámica del propio sistema en su conjunto