Otimização da descentralização de processos de negócio dependentes de IOT

Tese de mestrado em Engenharia Informática (Sistemas de Informação), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021As redes IoT (Internet of Things) assumem cada vez mais preponderância na automação de diferentes processos do dia a dia, e o seu impacto a vários níveis na nossa vida é uma realidade. Estas caracterizam-se principalmente pelo uso de dispositivos de hardware, nomeadamente sensores, que podem recolher e transmitir vários tipos de informação, conforme a finalidade desejada pelas organizações. A informação é depois utilizada na automação de processos em diversos setores da nossa sociedade, como transportes, cidades inteligentes, e saúde, por exemplo. Em todos estes exemplos, fatores como a fiabilidade são aspetos fulcrais a garantir nestas redes. De forma a que estas cumpram com a finalidade pretendida, o seu funcionamento recai em conjuntos estruturados de atividades com uma ordem específica de execução, os quais se designam de processos de negócio. Grande parte das redes IoT atuais apresentam ainda hoje uma arquitetura centralizada, onde os sensores enviam a informação recolhida de um dado ambiente para um sistema central. O sistema central realiza, posteriormente, tomadas de decisão com base na informação recolhida, tais como enviar uma ordem de realização de uma tarefa a um atuador. No entanto, vários custos resultam deste tipo de arquitetura. Um dos mais dispendiosos deve-se ao consumo de energia por parte dos sensores, resultante da comunicação a que são sujeitos com o sistema central. A descentralização dos processos toma partido das capacidades de processamento dos dispositivos IoT, com o intuito de se reduzir a comunicação efetuada por estes. Essa medida resulta em alternativas com um menor custo derivado da comunicação, pois haverá um menor número de mensagens transmitidas em todo o sistema. Em contrapartida, a fiabilidade do processo poderá ser afetada, para melhor ou para pior. É, por isso, necessário estabelecer um equilíbrio entre uma fiabilidade elevada e um custo reduzido da comunicação do processo. Neste trabalho é definido um problema de otimização que pretende encontrar as alternativas que melhor cumprem esse equilíbrio. Para tal são implementados dois tipos de métodos para resolver o problema em questão: um de busca exaustiva e dois métodos da classe de algoritmo meta-heurísticos.IoT (Internet of Things) networks are becoming increasingly prevalent in the automation of different day-to-day processes, and their impact at various levels in our lives is a reality. These are mainly characterized by using hardware devices, namely sensors, which can collect and transmit various types of information, according to the purpose desired by organizations. The information is then used to automate processes in various sectors of our society, such as transports, smart cities, and health, for instance. In all these examples, factors such as reliability are key aspects to be guaranteed in these networks. For them to fulfil the intended purpose, their operation falls into structured sets of activities with a specific order of execution, which are called business processes. Most of today's IoT networks still have a centralized architecture, where sensors send information collected from a given environment to a central system. The central system subsequently makes decisions based on the information collected, such as sending an order to perform a task to an actuator. However, several costs result from this type of architecture. One of the most expensive is due to the energy consumption by the sensors, resulting from the communication to which they are subject with the central system. The decentralization of processes takes advantage of the processing capabilities of IoT devices, to reduce the communication made by them. This measure results in alternatives with a lower cost derived from communication, as there will be a smaller number of messages transmitted throughout the system. On the other hand, the reliability of the process may be affected, for better or for worse. It is therefore necessary to strike a balance between high reliability and a low cost of communications in the process. In this work, an optimization problem is defined that seeks to find the alternatives that best achieve this balance. For this, two types of methods are implemented to solve the problem in question: one of exhaustive search and two methods of the meta-heuristic algorithm class