Explorer le computing continuum dans l'internet des objets : détection, communication et traitement dans le Network Edge

Exploring Computing Continuum in IoT Systems : sensing, communicating and processing at the Network Edge

• Auteur / Autrice : Davide Aguiari
• Direction : Luigi Atzori, Giovanni Pau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 26/02/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Università degli studi (Cagliari, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIP6 (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniele Giusto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesco Bronzino, Silvia Mirri
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Enrico Natalizio, Vlad Popescu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique dans les nuages

Internet des objets

Mots clés libres

Informatique en périphérie

Internet des objets

Informatique en nuage

Edge Computing

Cloud Computing

Internet of Things

Data Processing

Named Data Networking

Crowdsourcing

Résumé

L'Internet des objets (IoT), ne comprenant à l'origine que quelques dispositifs de détection simple, atteint aujourd’hui 34 milliards d’objets connectés d'ici fin 2020. Ces objets ne peuvent plus être définis comme de simples capteurs de surveillance. Les capacités de l'IoT ont été améliorées ces dernières années tandis-que que les capacités de calcul et de stockage de masse sont devenus des marchandises. Aux débuts de l'IoT, le traitement et le stockage étaient généralement effectués dans le cloud. Les nouvelles architectures IoT sont capables d'exécuter des tâches complexes directement sur l'appareil, permettant ainsi le concept d'un continuum de calcul étendu. Les scénarios critiques et temps réel, comme par exemple la détection de véhicules autonomes, la surveillance de zone ou le sauvetage en cas de catastrophe, nécessitent que l’ensemble des acteurs impliqués soient coordonnés et collaborent sans interaction humaine vers un objectif commun, partageant des données et des ressources, même dans les zones couvertes par des réseaux intermittents. Cela pose de nouveaux problèmes dans les systèmes distribués, la gestion des ressources, l'orchestration des appareils et le traitement des données. Ce travail propose un nouveau cadre de communication et d'orchestration, à savoir le C-Continuum, conçu dans des architectures IoT hétérogènes à travers plusieurs scénarios d'application. Ce travail se concentre pour gérer les ressources sur deux macro-scénarios clés de durabilité : (a) la détection et la sensibilisation à l'environnement, et (b) le soutien à la mobilité électrique. Dans le premier cas, un mécanisme de mesure de la qualité de l'air sur une longue période avec différentes applications à l'échelle mondiale (3 continents et 4 pays) est introduit. Le système a été développé en interne depuis la conception du capteur jusqu'aux opérations de mist-computing effectuées par les nœuds. Dans le deuxième scénario une technique pour transmettre de grandes quantités de données, entre un véhicule en mouvement et un centre de contrôle est proposé. Ces données sont de haute granularité temporelle relatives et permettent conjointement d'allouer des tâches sur demande dans le continuum de calcul.

As Internet of Things (IoT), originally comprising of only a few simple sensing devices, reaches 34 billion units by the end of 2020, they cannot be defined as merely monitoring sensors anymore. IoT capabilities have been improved in recent years as relatively large internal computation and storage capacity are becoming a commodity. In the early days of IoT, processing and storage were typically performed in cloud. New IoT architectures are able to perform complex tasks directly on-device, thus enabling the concept of an extended computational continuum. Real-time critical scenarios e.g. autonomous vehicles sensing, area surveying or disaster rescue and recovery require all the actors involved to be coordinated and collaborate without human interaction to a common goal, sharing data and resources, even in intermittent networks covered areas. This poses new problems in distributed systems, resource management, device orchestration,as well as data processing. This work proposes a new orchestration and communication framework, namely CContinuum, designed to manage resources in heterogeneous IoT architectures across multiple application scenarios. This work focuses on two key sustainability macroscenarios: (a) environmental sensing and awareness, and (b) electric mobility support. In the first case a mechanism to measure air quality over a long period of time for different applications at global scale (3 continents 4 countries) is introduced. The system has been developed in-house from the sensor design to the mist-computing operations performed by the nodes. In the second scenario, a technique to transmit large amounts of fine-time granularity battery data from a moving vehicle to a control center is proposed jointly with the ability of allocating tasks on demand within the computing continuum.