STEAM: um modelo para processamento de eventos e enriquecimento de fluxos de dados IoT na borda da rede
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Righi, Rodrigo da Rosa | |
| Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1) | Costa, Cristiano André da | |
| Lattes Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1Lattes) | http://lattes.cnpq.br/9637121030877187 | pt_BR |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/2332604239081900 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Gomes, Márcio Miguel | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/4492088181395929 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2022-03-17T17:46:58Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2022-03-17T17:46:58Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2022-02-23 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | CONTEXT: The Internet of Things is a fast expanding environment in which objects, animals, or people are equipped with the most diverse sensors and can automatically transfer their data through a network. Due to their limited nature, sensors and edge devices usually only relay the collected data to be processed by centralized systems in the cloud and, in many cases, wait for a response. This transfer from local to remote processing results in critical issues such as loss of connection, high response time, computer system overhead, in addition to requiring a robust and scalable structure for data communication and centralized processing. OBJECTIVE: Thus, we identified two challenges. First, devise a model capable of bringing data processing from the cloud to the network edge. Second, implement a solution that meets the constraints and heterogeneity of the IoT environment, both from a hardware and software perspective. The scientific contribution consists in the proposal of a model containing several layers, from data collection, processing, evaluation, and publication of results, in addition to the implementation of a set of classes and functions that facilitate the development of IoT applications executed by devices with few computational resources at the edge of the network. The main practical results are the optional use of the cloud, near real-time processing and simplicity in application development. METHODOLOGY: The methodology consists of proposing a model and implementing a framework called STEAM. The validation of the model takes place through the implementation of applications built with the STEAM framework, besides the evaluation of performance metrics and computational resources usages such as CPU, memory, and network. RESULTS: The experiments carried out in a semiconductor industry through the implementation of 2 applications and 4 test scenarios demonstrated the viability of both the model and the framework STEAM. Since one of the goals was to build lightweight applications in edge computing, we achieved an average of less than 1.0% CPU load and less than 436kb of memory consumption on a Raspberry Pi 3 model B+. In addition, we reached fast response times, processing up to 239 data packets per second, reducing the size of the output data to 14% the size of the raw input data when notifying events, and integrating with a remote control panel application. CONCLUSION: The proposal proved to be viable with promising results, presenting the framework STEAM as a lightweight, fast and accurate alternative for the development of IoT applications with data processing at the edge of the network, eliminating the processing dependency in the cloud. | pt_BR |
| Resumo (dc.description.resumo) | CONTEXTO: A Internet das Coisas é um ambiente em franca expansão, em que objetos, animais ou pessoas estão equipados com os mais variados sensores e possuem a capacidade de transferir automaticamente seus dados através de uma rede. Por sua natureza limitada, os sensores e dispositivos de borda normalmente apenas repassam os dados coletados para serem processados por sistemas centralizados na nuvem, e em muitos casos, aguardam o retorno de um resultado. Esta transferência do processamento local para remoto resulta em questões críticas como perda de conexão, alto tempo de resposta, sobrecarga no sistema computacional, além de necessitar uma estrutura robusta e escalável para comunicação dos dados e processamento centralizado. OBJETIVO: Assim, foram identificados dois grandes desafios. Primeiro, idealizar um modelo capaz de trazer o processamento de dados da nuvem para a borda de rede. Segundo, implementar uma solução que atenda as restrições e a heterogeneidade do ambiente IoT, tanto do ponto de vista de hardware quanto de software. A contribuição científica consiste na proposta de um modelo contendo várias camadas, desde a coleta dos dados, processamento, avaliação e publicação de resultados, além da implementação de um conjunto de classes e funções que auxiliam no desenvolvimento de aplicativos IoT executados por dispositivos com poucos recursos computacionais na borda da rede. Os principais resultados práticos são o uso facultativo da nuvem, processamento próximo ao tempo real e simplicidade no desenvolvimento das aplicações. METODOLOGIA: A metodologia de avaliação consiste em propor um modelo e implementar um framework chamado STEAM. A validação do modelo se dá pela implementação de aplicações construídas com o framework STEAM, juntamente com a avaliação de métricas de desempenho e de uso de recursos computacionais como CPU, memória e rede. RESULTADOS: Os experimentos realizados em uma indústria de semicondutores através da implementação de 2 aplicações e 4 cenários de teste, demonstraram a viabilidade tanto do modelo quanto do framework STEAM. Como um dos objetivos era construir aplicações leves explorando os princípios da computação de borda, foram obtidos em média menos de 1,0% de carga de CPU e menos de 436kb de consumo de memória em uma Raspberry Pi 3 modelo B+. Além disso, foram alcançados tempos de resposta rápidos, processando até 239 pacotes de dados por segundo, e redução do tamanho dos dados de saída para 14% do tamanho dos dados brutos de entrada, tanto ao notificar eventos quanto na integração com um aplicativo de painel de controle remoto. CONCLUSÃO: A proposta se mostrou viável com resultados promissores, apresentando o framework STEAM como uma alternativa leve, rápida e precisa para desenvolvimento de aplicações IoT com processamento de dados na borda da rede, eliminando a dependência de processamento na nuvem. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/10918 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Internet das coisas | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Computação de borda | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Análise de dados | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Enriquecimento de dados | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Processamento de eventos complexos | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Framework | en |
| Assunto (dc.subject) | Internet of things | en |
| Assunto (dc.subject) | Edge computing | en |
| Assunto (dc.subject) | Data analysis | en |
| Assunto (dc.subject) | Data enrichment | en |
| Assunto (dc.subject) | Complex event processing | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Ciência da Computação | pt_BR |
| Título (dc.title) | STEAM: um modelo para processamento de eventos e enriquecimento de fluxos de dados IoT na borda da rede | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Tese | pt_BR |
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