Midgard: um middleware baseado em componentes e orientado a recursos para redes de sensores sem fio

On the last years, several middleware platforms for Wireless Sensor Networks (WSN) were proposed. Most of these platforms does not consider issues of how integrate components from generic middleware architectures. Many requirements need to be considered in a middleware design for WSN and the design, in this case, it is possibility to modify the source code of the middleware without changing the external behavior of the middleware. Thus, it is desired that there is a middleware generic architecture that is able to offer an optimal configuration according to the requirements of the application. The adoption of middleware based in component model consists of a promising approach because it allows a better abstraction, low coupling, modularization and management features built-in middleware. Another problem present in current middleware consists of treatment of interoperability with external networks to sensor networks, such as Web. Most current middleware lacks the functionality to access the data provided by the WSN via the World Wide Web in order to treat these data as Web resources, and they can be accessed through protocols already adopted the World Wide Web. Thus, this work presents the Midgard, a component-based middleware specifically designed for WSNs, which adopts the architectural patterns microkernel and REST. The microkernel architectural complements the component model, since microkernel can be understood as a component that encapsulates the core system and it is responsible for initializing the core services only when needed, as well as remove them when are no more needed. Already REST defines a standardized way of communication between different applications based on standards adopted by the Web and enables him to treat WSN data as web resources, allowing them to be accessed through protocol already adopted in the World Wide Web. The main goals of Midgard are: (i) to provide easy Web access to data generated by WSN, exposing such data as Web resources, following the principles of Web of Things paradigm and (ii) to provide WSN application developer with capabilities to instantiate only specific services required by the application, thus generating a customized middleware and saving node resources. The Midgard allows use the WSN as Web resources and still provide a cohesive and weakly coupled software architecture, addressing interoperability and customization. In addition, Midgard provides two services needed for most WSN applications: (i) configuration and (ii) inspection and adaptation services. New services can be implemented by others and easily incorporated into the middleware, because of its flexible and extensible architecture. According to the assessment, the Midgard provides interoperability between the WSN and external networks, such as web, as well as between different applications within a single WSN. In addition, we assessed the memory consumption, the application image size, the size of messages exchanged in the network, and response time, overhead and scalability on Midgard. During the evaluation, the Midgard proved satisfies their goals and shown to be scalable without consuming resources prohibitively

Nos últimos anos, foram propostas diversas soluções de plataformas de middleware para Redes de Sensores Sem Fio (RSSF). A maioria dessas plataformas não considera questões de como integrar os componentes a partir de arquiteturas de middleware genéricas. Muitos requisitos necessitam ser considerados em um projeto de middleware para RSSF e um aspecto desejado, neste caso, consiste na possibilidade de modificar o código fonte do middleware sem mudar o comportamento externo do middleware. Assim, é almejado que exista uma arquitetura genérica de middleware que seja capaz de oferece uma configuração otimizada de acordo com os requisitos da aplicação que se deseje atender a cada momento. A adoção de middleware baseados em modelo de componentes consiste em uma abordagem promissora, pois permite uma melhor abstração, desaclopamento, modularização e gerenciamento das funcionalidades internas do middleware. Outro problema presente nos middleware atuais consiste no tratamento da interoperabilidade com redes externas às RSSF, como por exemplo, a Web. A maioria dos middleware atuais não dispõe da funcionalidade de acessar os dados providos pela RSSF através da World Wide Web, de forma a tratar esses dados como recursos Web e que eles possam ser acessados através de protocolos já adotados na World Wide Web. Diante dessas questões, esta dissertação apresenta o Midgard, um middleware baseado em componentes especificamente concebido para RSSFs, que adota os padrões arquiteturais microkernel e REST. O padrão arquitetural microkernel complementa a estratégia arquitetural baseada em modelo de componentes, haja vista que o microkernel pode ser compreendido como um componente que encapsula o núcleo do sistema, sendo esse núcleo encarregado de inicializar apenas os serviços necessários, assim como removê-los quando não são mais necessários. Já o padrão REST define uma forma padronizada e leve de comunicação entre diferentes aplicações baseada nos padrões adotados na Web e através dele possibilita tratar os dados da RSSF como recursos Web, permitindo que sejam acessados através de protocolo já adotado na World Wide Web. Os dois principais objetivos do Midgard são (i) prover fácil acesso via Web aos dados gerados pela RSSF, tratando tais dados como recursos Web, seguindo os princípios do paradigma Web of Things, e (ii) prover aos desenvolvedores de aplicações para RSSF capacidades para a instanciação apenas dos serviços específicos exigidos pela aplicação, dessa forma gerando um middleware customizado e economizando recursos dos nós. O Midgard permite utilizar a RSSF como recursos Web e ainda prover uma arquitetura de software coesa e fracamente acoplada, endereçando interoperabilidade e customização no mesmo middleware. Além disso, provê dois serviços necessários para a maior parte das aplicações de RSSF, os serviços de configuração e o de inspeção e adaptação. Novos serviços podem ser implementados por terceiros e facilmente incorporados ao middleware, graças a sua arquitetura flexível e extensível. De acordo com a avaliação realizada, o Midgard provê interoperabilidade entre a RSSF e redes externas, como a Web, assim como entre aplicações distintas dentro de uma mesma RSSF. Além disso, foram avaliados o consumo de memória do Midgard, o tamanho da imagem da aplicação, o tamanho das mensagens trafegadas na rede, assim como tempo de resposta, sobrecarga e escalabilidade. Durante a avaliação realizada o Midgard provou cumprir seus objetivos e demonstrou ser escalável sem consumir recursos proibitivamente