Virtual sensor networks: collaboration and resource sharing

This thesis contributes to the advancement of the Sensing as a Service (SeaaS), based on cloud infrastructures, through the development of models and algorithms that make an efficient use of both sensor and cloud resources while reducing the delay associated with the data flow between cloud and client sides, which results into a better quality of experience for users. The first models and algorithms developed are suitable for the case of mashups being managed at the client side, and then models and algorithms considering mashups managed at the cloud were developed. This requires solving multiple problems: i) clustering of compatible mashup elements; ii) allocation of devices to clusters, meaning that a device will serve multiple applications/mashups; iii) reduction of the amount of data flow between workplaces, and associated delay, which depends on clustering, device allocation and placement of workplaces. The developed strategies can be adopted by cloud service providers wishing to improve the performance of their clouds. Several steps towards an efficient Se-aaS business model were performed. A mathematical model was development to assess the impact (of resource allocations) on scalability, QoE and elasticity. Regarding the clustering of mashup elements, a first mathematical model was developed for the selection of the best pre-calculated clusters of mashup elements (virtual Things), and then a second model is proposed for the best virtual Things to be built (non pre-calculated clusters). Its evaluation is done through heuristic algorithms having such model as a basis. Such models and algorithms were first developed for the case of mashups managed at the client side, and after they were extended for the case of mashups being managed at the cloud. For the improvement of these last results, a mathematical programming optimization model was developed that allows optimal clustering and resource allocation solutions to be obtained. Although this is a computationally difficult approach, the added value of this process is that the problem is rigorously outlined, and such knowledge is used as a guide in the development of better a heuristic algorithm.Esta tese contribui para o avanço tecnológico do modelo de Sensing as a Service (Se-aaS), baseado em infraestrutura cloud, através do desenvolvimento de modelos e algoritmos que resolvem o problema da alocação eficiente de recursos, melhorando os métodos e técnicas atuais e reduzindo os tempos associados `a transferência dos dados entre a cloud e os clientes, com o objetivo de melhorar a qualidade da experiência dos seus utilizadores. Os primeiros modelos e algoritmos desenvolvidos são adequados para o caso em que as mashups são geridas pela aplicação cliente, e posteriormente foram desenvolvidos modelos e algoritmos para o caso em que as mashups são geridas pela cloud. Isto implica ter de resolver múltiplos problemas: i) Construção de clusters de elementos de mashup compatíveis; ii) Atribuição de dispositivos físicos aos clusters, acabando um dispositivo físico por servir m´ múltiplas aplicações/mashups; iii) Redução da quantidade de transferência de dados entre os diversos locais da cloud, e consequentes atrasos, o que dependente dos clusters construídos, dos dispositivos atribuídos aos clusters e dos locais da cloud escolhidos para realizar o processamento necessário. As diferentes estratégias podem ser adotadas por fornecedores de serviço cloud que queiram melhorar o desempenho dos seus serviços.(…

Web service composition: A survey of techniques and tools

Web services are a consolidated reality of the modern Web with tremendous, increasing impact on everyday computing tasks. They turned the Web into the largest, most accepted, and most vivid distributed computing platform ever. Yet, the use and integration of Web services into composite services or applications, which is a highly sensible and conceptually non-trivial task, is still not unleashing its full magnitude of power. A consolidated analysis framework that advances the fundamental understanding of Web service composition building blocks in terms of concepts, models, languages, productivity support techniques, and tools is required. This framework is necessary to enable effective exploration, understanding, assessing, comparing, and selecting service composition models, languages, techniques, platforms, and tools. This article establishes such a framework and reviews the state of the art in service composition from an unprecedented, holistic perspective

Un système de collecte sécurisé et de gestion des données pour les réseaux de capteurs sans fils

Le développement des réseaux de capteurs sans fil fait que chaque utilisateur ou organisation est déjà connecté à un nombre important de nœuds. Ces nœuds génèrent une quantité importante de données, rendant la gestion de ces données non évident. De plus, ces données peuvent contenir des informations concernant la vie privée. Les travaux de la thèse attaquent ces problématiques. Premièrement, nous avons conçu un middleware qui communique avec les capteurs physiques pour collecter, stocker, traduire, indexer, analyser et générer des alertes sur les données des capteurs. Ce middleware est basé sur la notion de composants et de composites. Chaque nœud physique communique avec un composite du middleware via une interface RESTFul. Ce middleware a été testé et utilisé dans le cadre du projet Européen Mobesens dans le but de gérer les données d'un réseau de capteurs pour la surveillance de la qualité de l'eau. Deuxièmement, nous avons conçu un protocole hybride d'authentification et d'établissement de clés de paires et de groupes. Considérant qu'il existe une différence de performance entre les noeuds capteur, la passerelle et le middleware, nous avons utilisé l'authentification basé sur la cryptographie basée sur les identités entre la passerelle et le serveur de stockage et une cryptographie symétrique entre les capteurs et les deux autres parties. Ensuite, le middleware a été généralisé dans la troisième partie de la thèse pour que chaque organisation ou individu puisse avoir son propre espace pour gérer les données de ses capteurs en utilisant le cloud computing. Ensuite, nous avons portail social sécurisé pour le partage des données des réseaux de capteursNowadays, each user or organization is already connected to a large number of sensor nodes which generate a substantial amount of data, making their management not an obvious issue. In addition, these data can be confidential. For these reasons, developing a secure system managing the data from heterogeneous sensor nodes is a real need. In the first part, we developed a composite-based middleware for wireless sensor networks to communicate with the physical sensors for storing, processing, indexing, analyzing and generating alerts on those sensors data. Each composite is connected to a physical node or used to aggregate data from different composites. Each physical node communicating with the middleware is setup as a composite. The middleware has been used in the context of the European project Mobesens in order to manage data from a sensor network for monitoring water quality. In the second part of the thesis, we proposed a new hybrid authentication and key establishment scheme between senor nodes (SN), gateways (MN) and the middleware (SS). It is based on two protocols. The first protocol intent is the mutual authentication between SS and MN, on providing an asymmetric pair of keys for MN, and on establishing a pairwise key between them. The second protocol aims at authenticating them, and establishing a group key and pairwise keys between SN and the two others. The middleware has been generalized in the third part in order to provide a private space for multi-organization or -user to manage his sensors data using cloud computing. Next, we expanded the composite with gadgets to share securely sensor data in order to provide a secure social sensor networkEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

An exploration of IoT platform development

IoT (Internet of Things) platforms are key enablers for smart city initiatives, targeting the improvement of citizens\u27 quality of life and economic growth. As IoT platforms are dynamic, proactive, and heterogeneous socio-technical artefacts, systematic approaches are required for their development. Limited surveys have exclusively explored how IoT platforms are developed and maintained from the perspective of information system development process lifecycle. In this paper, we present a detailed analysis of 63 approaches. This is accomplished by proposing an evaluation framework as a cornerstone to highlight the characteristics, strengths, and weaknesses of these approaches. The survey results not only provide insights of empirical findings, recommendations, and mechanisms for the development of quality aware IoT platforms, but also identify important issues and gaps that need to be addressed

IntegraDos: facilitating the adoption of the Internet of Things through the integration of technologies

También, han sido analizados los componentes para una integración del IoT y cloud computing, concluyendo en la arquitectura Lambda-CoAP. Y por último, los desafíos para una integración del IoT y Blockchain han sido analizados junto con una evaluación de las posibilidades de los dispositivos del IoT para incorporar nodos de Blockchain. Las contribuciones de esta tesis doctoral contribuyen a acercar la adopción del IoT en la sociedad, y por tanto, a la expansión de esta prominente tecnología. Fecha de lectura de Tesis: 17 de diciembre 2018.El Internet de las Cosas (IoT) fue un nuevo concepto introducido por K. Asthon en 1999 para referirse a un conjunto identificable de objetos conectados a través de RFID. Actualmente, el IoT se caracteriza por ser una tecnología ubicua que está presente en un gran número de áreas, como puede ser la monitorización de infraestructuras críticas, sistemas de trazabilidad o sistemas asistidos para el cuidado de la salud. El IoT está cada vez más presente en nuestro día a día, cubriendo un gran abanico de posibilidades con el fin de optimizar los procesos y problemas a los que se enfrenta la sociedad. Es por ello por lo que el IoT es una tecnología prometedora que está continuamente evolucionando gracias a la continua investigación y el gran número de dispositivos, sistemas y componentes emergidos cada día. Sin embargo, los dispositivos involucrados en el IoT se corresponden normalmente con dispositivos embebidos con limitaciones de almacenamiento y procesamiento, así como restricciones de memoria y potencia. Además, el número de objetos o dispositivos conectados a Internet contiene grandes previsiones de crecimiento para los próximos años, con unas expectativas de 500 miles de millones de objetos conectados para 2030. Por lo tanto, para dar cabida a despliegues globales del IoT, además de suplir las limitaciones que existen, es necesario involucrar nuevos sistemas y paradigmas que faciliten la adopción de este campo. El principal objetivo de esta tesis doctoral, conocida como IntegraDos, es facilitar la adopción del IoT a través de la integración con una serie de tecnologías. Por un lado, ha sido abordado cómo puede ser facilitada la gestión de sensores y actuadores en dispositivos físicos sin tener que acceder y programar las placas de desarrollo. Por otro lado, un sistema para programar aplicaciones del IoT portables, adaptables, personalizadas y desacopladas de los dispositivos ha sido definido

Application of service composition mechanisms to Future Networks architectures and Smart Grids

Aquesta tesi gira entorn de la hipòtesi de la metodologia i mecanismes de composició de serveis i com es poden aplicar a diferents camps d'aplicació per a orquestrar de manera eficient comunicacions i processos flexibles i sensibles al context. Més concretament, se centra en dos camps d'aplicació: la distribució eficient i sensible al context de contingut multimèdia i els serveis d'una xarxa elèctrica intel·ligent. En aquest últim camp es centra en la gestió de la infraestructura, cap a la definició d'una Software Defined Utility (SDU), que proposa una nova manera de gestionar la Smart Grid amb un enfocament basat en programari, que permeti un funcionament molt més flexible de la infraestructura de xarxa elèctrica. Per tant, revisa el context, els requisits i els reptes, així com els enfocaments de la composició de serveis per a aquests camps. Fa especial èmfasi en la combinació de la composició de serveis amb arquitectures Future Network (FN), presentant una proposta de FN orientada a serveis per crear comunicacions adaptades i sota demanda. També es presenten metodologies i mecanismes de composició de serveis per operar sobre aquesta arquitectura, i posteriorment, es proposa el seu ús (en conjunció o no amb l'arquitectura FN) en els dos camps d'estudi. Finalment, es presenta la investigació i desenvolupament realitzat en l'àmbit de les xarxes intel·ligents, proposant diverses parts de la infraestructura SDU amb exemples d'aplicació de composició de serveis per dissenyar seguretat dinàmica i flexible o l'orquestració i gestió de serveis i recursos dins la infraestructura de l'empresa elèctrica.Esta tesis gira en torno a la hipótesis de la metodología y mecanismos de composición de servicios y cómo se pueden aplicar a diferentes campos de aplicación para orquestar de manera eficiente comunicaciones y procesos flexibles y sensibles al contexto. Más concretamente, se centra en dos campos de aplicación: la distribución eficiente y sensible al contexto de contenido multimedia y los servicios de una red eléctrica inteligente. En este último campo se centra en la gestión de la infraestructura, hacia la definición de una Software Defined Utility (SDU), que propone una nueva forma de gestionar la Smart Grid con un enfoque basado en software, que permita un funcionamiento mucho más flexible de la infraestructura de red eléctrica. Por lo tanto, revisa el contexto, los requisitos y los retos, así como los enfoques de la composición de servicios para estos campos. Hace especial hincapié en la combinación de la composición de servicios con arquitecturas Future Network (FN), presentando una propuesta de FN orientada a servicios para crear comunicaciones adaptadas y bajo demanda. También se presentan metodologías y mecanismos de composición de servicios para operar sobre esta arquitectura, y posteriormente, se propone su uso (en conjunción o no con la arquitectura FN) en los dos campos de estudio. Por último, se presenta la investigación y desarrollo realizado en el ámbito de las redes inteligentes, proponiendo varias partes de la infraestructura SDU con ejemplos de aplicación de composición de servicios para diseñar seguridad dinámica y flexible o la orquestación y gestión de servicios y recursos dentro de la infraestructura de la empresa eléctrica.This thesis revolves around the hypothesis the service composition methodology and mechanisms and how they can be applied to different fields of application in order to efficiently orchestrate flexible and context-aware communications and processes. More concretely, it focuses on two fields of application that are the context-aware media distribution and smart grid services and infrastructure management, towards a definition of a Software-Defined Utility (SDU), which proposes a new way of managing the Smart Grid following a software-based approach that enable a much more flexible operation of the power infrastructure. Hence, it reviews the context, requirements and challenges of these fields, as well as the service composition approaches. It makes special emphasis on the combination of service composition with Future Network (FN) architectures, presenting a service-oriented FN proposal for creating context-aware on-demand communication services. Service composition methodology and mechanisms are also presented in order to operate over this architecture, and afterwards, proposed for their usage (in conjunction or not with the FN architecture) in the deployment of context-aware media distribution and Smart Grids. Finally, the research and development done in the field of Smart Grids is depicted, proposing several parts of the SDU infrastructure, with examples of service composition application for designing dynamic and flexible security for smart metering or the orchestration and management of services and data resources within the utility infrastructure

Declarative design and enforcement for secure cloud applications

The growing demands of users and industry have led to an increase in both size and complexity of deployed software in recent years. This tendency mainly stems from a growing number of interconnected mobile devices and from the huge amounts of data that is collected every day by a growing number of sensors and interfaces. Such increase in complexity imposes various challenges -- not only in terms of software correctness, but also with respect to security. This thesis addresses three complementary approaches to cope with the challenges: (i) appropriate high-level abstractions and verifiable translation methods to executable applications in order to guarantee flawless implementations, (ii) strong cryptographic mechanisms in order to realize the desired security goals, and (iii) convenient methods in order to incentivize the correct usage of existing techniques and tools. In more detail, the thesis presents two frameworks for the declarative specification of functionality and security, together with advanced compilers for the verifiable translation to executable applications. Moreover, the thesis presents two cryptographic primitives for the enforcement of cloud-based security properties: homomorphic message authentication codes ensure the correctness of evaluating functions over data outsourced to unreliable cloud servers; and efficiently verifiable non-interactive zero-knowledge proofs convince verifiers of computation results without the verifiers having access to the computation input.Die wachsenden Anforderungen von Seiten der Industrie und der Endbenutzer verlangen nach immer komplexeren Softwaresystemen -- größtenteils begründet durch die stetig wachsende Zahl mobiler Geräte und die damit wachsende Zahl an Sensoren und erfassten Daten. Mit wachsender Software-Komplexität steigen auch die Herausforderungen an Korrektheit und Sicherheit. Die vorliegende Arbeit widmet sich diesen Herausforderungen in Form dreier komplementärer Ansätze: (i) geeignete Abstraktionen und verifizierbare Übersetzungsmethoden zu ausführbaren Anwendungen, die fehlerfreie Implementierungen garantieren, (ii) starke kryptographische Mechanismen, um die spezifizierten Sicherheitsanforderungen effizient und korrekt umzusetzen, und (iii) zweckmäßige Methoden, die eine korrekte Benutzung existierender Werkzeuge und Techniken begünstigen. Diese Arbeit stellt zwei neuartige Abläufe vor, die verifizierbare Übersetzungen von deklarativen Spezifikationen funktionaler und sicherheitsrelevanter Ziele zu ausführbaren Cloud-Anwendungen ermöglichen. Darüber hinaus präsentiert diese Arbeit zwei kryptographische Primitive für sichere Berechnungen in unzuverlässigen Cloud-Umgebungen. Obwohl die Eingabedaten der Berechnungen zuvor in die Cloud ausgelagert wurden und zur Verifikation der Berechnungen nicht mehr zur Verfügung stehen, ist es möglich, die Korrektheit der Ergebnisse in effizienter Weise zu überprüfen

Un método de evaluación de usabilidad de mashups basado en la composicionalidad de sus componentes

[ES] Los Mashups son una nueva generación de aplicaciones Web que integran componentes provistos por terceros desde la Web. La usabilidad en este tipo de aplicaciones es un factor muy importante ya que como en toda aplicación Web, este determina el éxito de la aplicación. Si bien se han planteado métodos de evaluación que permiten evaluar la usabilidad de aplicaciones Web en general, éstos no cubren las características inherentes a la composicionalidad de los Mashups. La presente tesina de máster pretende aportar un método de evaluación de la usabilidad de Mashups acorde con sus características propias de composicionalidad. El método está compuesto de un modelo de usabilidad y un proceso de evaluación que provee guías sobre la forma en la que el modelo de usabilidad puede ser usado para realizar evaluaciones específicas. Tanto el modelo de usabilidad como el proceso de evaluación están alineados con el último estándar ISO/IEC 25000 para la evaluación de la calidad de producto (SQuaRE) y ambos toman en cuenta la naturaleza composicional de los Mashups. El modelo de usabilidad descompone el concepto de usabilidad en sub-características y métricas genéricas. Estas métricas son aplicadas en la composición del producto final y el método de evaluación puede ser aplicado en cualquier estado del ciclo de vida de este tipo de aplicaciones, ya sea en la selección de los componentes, durante el proceso de composición o cuando el producto está listo para ser usado. Para apoyar esta propuesta se ha realizado un profundo estudio del estado del arte. Este estudio comprende dos mapeos sistemáticos: el primero abarca un estudio de la evaluación de la calidad de los Mashups y el segundo cubre las características de la composicionalidad envueltas en los Mashups. Los resultados obtenidos aportaron de una forma significativa en la definición del Modelo de Usabilidad de Mashups y posteriormente en el proceso de evaluación de usabilidad. Finalmente, se desarrollaron tres casos de estudio que muestran la viabilidad de nuestro enfoque. Estos casos de estudio muestran en detalle como el método de evaluación propuesto utiliza nuestro Modelo de Usabilidad para Mashups. Los resultados muestran que nuestra propuesta permite detectar problemas de usabilidad, los cuales una vez corregidos, permiten obtener Mashups más usables[EN] Mashups are the new-generation of Web applications that integrates third-party components from the Web. Usability in these applications is very important since their success depends on this quality factor. Although several methods have been proposed to evaluate the usability of Web applications in general, they do not cover the specific characteristics inherent to the compositionality of Mashups. This master thesis aims to provide a method for evaluating the usability of Mashups according to their specific characteristics of compositionality. The method is composed of a usability model and an evaluation process that provides guidelines on how the usability model can be used to perform specific evaluations. Both the usability model and the evaluation process are aligned with the latest ISO/IEC 25000 standard for software product quality evaluation (SQuaRE), and both take into account the compositional nature of mashups. The usability model breaks down the concept of usability into sub-characteristics, attributes and generic metrics. These metrics are applied to the final product composition and process evaluation method can be applied at any stage of the life cycle of this kind of applications (i.e., during the component selection, the composition process or when the product is ready for use. In order to support the foundation of this proposal, an in-depth study was performed about the state of art. This study comprises two systematic mappings: the first one covers the quality evaluation of Mashups, whereas the second one covers the compositionality features involved in Mashups. The obtained results were used as input in order to define both our Mashups Usability Model, and our usability evaluation process. Finally, we developed three case studies in order to show the feasibility of our approach. These case studies show in detail how the proposed evaluation method was followed by using our Mashup Usability Model. Results showed that our approach was able to detect usability problems, which once corrected, it allows obtaining more usable Mashups.Cedillo Orellana, IP. (2013). Un método de evaluación de usabilidad de mashups basado en la composicionalidad de sus componentes. http://hdl.handle.net/10251/37955Archivo delegad