Architecture for IoT Node and Platform

Only recently, during the past five years, consumer electronics has been evolving rapidly. Many products have started to include “smart home” capabilities, enabling communication and interoperability of various smart devices. Even more devices and sensors can be remote controlled and monitored through cloud services. While the smart home systems have become very affordable to average consumer compared to the early solutions decades ago, there are still many issues and things that need to be fixed or improved upon: energy efficiency, connectivity with other devices and applications, security and privacy concerns, reliability, and response time. This paper focuses on designing Internet of Things (IoT) node and platform architectures that take these issues into account, notes other currently used solutions, and selects technologies in order to provide better solution. The node architecture aims for energy efficiency and modularity, while the platform architecture goals are in scalability, portability, maintainability, performance, and modularity. Moreover, the platform architecture attempts to improve user experience by providing higher reliability and lower response time compared to the alternative platforms. The architectures were developed iteratively using a development process involving research, planning, design, implementation, testing, and analysis. Additionally, they were documented using Kruchten’s 4+1 view model, which is used to describe the use cases and different views of the architectures. The node architecture consisted of energy efficient hardware, FC3180 microprocessor and CC2520 RF transceiver, modular operating system, Contiki, and a communication protocol, AllJoyn, used for providing better interoperability with other IoT devices and applications. The platform architecture provided reliable low response time control, monitoring, and initial setup capabilities by utilizing web technologies on various devices such as smart phones, tablets, and computers. Furthermore, an optional cloud service was provided in order to control devices and monitor sensors remotely by utilizing scalable high performance technologies in the backend enabling low response time and high reliability.

Trace Oblivious Program Execution

The big data era has dramatically transformed our lives; however, security incidents such as data breaches can put sensitive data (e.g. photos, identities, genomes) at risk. To protect users' data privacy, there is a growing interest in building secure cloud computing systems, which keep sensitive data inputs hidden, even from computation providers. Conceptually, secure cloud computing systems leverage cryptographic techniques (e.g., secure multiparty computation) and trusted hardware (e.g. secure processors) to instantiate a “secure” abstract machine consisting of a CPU and encrypted memory, so that an adversary cannot learn information through either the computation within the CPU or the data in the memory. Unfortunately, evidence has shown that side channels (e.g. memory accesses, timing, and termination) in such a “secure” abstract machine may potentially leak highly sensitive information, including cryptographic keys that form the root of trust for the secure systems. This thesis broadly expands the investigation of a research direction called trace oblivious computation, where programming language techniques are employed to prevent side channel information leakage. We demonstrate the feasibility of trace oblivious computation, by formalizing and building several systems, including GhostRider, which is a hardware-software co-design to provide a hardware-based trace oblivious computing solution, SCVM, which is an automatic RAM-model secure computation system, and ObliVM, which is a programming framework to facilitate programmers to develop applications. All of these systems enjoy formal security guarantees while demonstrating a better performance than prior systems, by one to several orders of magnitude.

2 D game ediror on-line : A edição de videojogos em contexto web

Descreve-se, no presente trabalho, os esforços envidados no sentido de criar uma solução informática generalista, para os problemas mais recorrentes do processo de produção de videojogos 20, baseados em sprites, a correr em plataformas móveis. O sistema desenvolvido é uma aplicação web que está inserida no paradigma cloud­computing, usufruindo, portanto, de todas as vantagens em termos de acessibilidade, segurança da informação e manutenção que este paradigma oferece actualmente. Além das questões funcionais, a aplicação é ainda explorada do ponto de vista da arquitetura da implementação, com vista a garantir um sistema com implementação escalável, adaptável e de fácil manutenção. Propõe-se ainda um algoritmo que foi desenvolvido para resolver o problema de obter uma distribuição espacial otimizada de várias áreas retangulares, sem sobreposições nem restrições a nível das dimensões, quer do arranjo final, quer das áreas arranjadas. ABSTRACT: This document describes the efforts taken to create a generic computing solution for the most recurrent problems found in the production of two dimensional, sprite­based videogames, running on mobile platforms. The developed system is a web application that fits within the scope of the recent cloud-computing paradigm and, therefore, enjoys all of its advantages in terms of data safety, accessibility and application maintainability. In addition, to the functional issues, the system is also studied in terms of its internal software architecture, since it was planned and implemented in the perspective of attaining an easy to maintain application, that is both scalable and adaptable. Furthermore, it is also proposed an algorithm that aims to find an optimized solution to the space distribution problem of several rectangular areas, with no overlapping and no dimensinal restrictions, neither on the final arrangement nor on the arranged areas.

Análisis de viajes con la aplicación de teléfonos inteligentes

Se han desarrollado varios modelos prometedores para la captura digital de datos de movilidad, que pueden ser aplicados en la planificación urbana, de transporte y de ordenamiento territorial. Por ello el objetivo de este trabajo es desarrollar una metodología que recolecte información de movilidad con la cual se generen matrices Origen-Destino (OD) y de tiempos de viajes, además que identifique puntos de interés, modos y rutas frecuentes de viaje mediante el desarrollo e implementación de una aplicación para dispositivos móviles Android. Metodología: Se produjo una aplicación para dispositivos móviles con sistema operativo Android, en base a modelos existentes. Esta aplicación obtuvo datos de movilidad a partir de los sensores de localización incorporados en los móviles (GPS), para su posterior migración a una base de datos en la nube y consiguiente post proceso con herramientas de análisis como KNIME, Python y QuantumGis. La aplicación fue probada por 68 estudiantes voluntarios de la Universidad de Cuenca, durante 14 días del mes de enero de 2016. Resultados: Con la información completa de 44 participantes se obtuvieron matrices OD y de tiempos de viajes para diferentes períodos del día, las cuales permitieron identificar variaciones de interacción entre zonas, variaciones de número y tiempo de viajes. Fueron reconocidos también modos de transporte como caminata, bicicleta y motorizados para una sub muestra (n=6). Se detectaron los POIs Residencia (91%), Trabajo/Estudio (74%) y puntos intermedios (20% del total de POIs) y se logró observar comportamientos de movilidad atípico. Finalmente se compararon las rutas más frecuentadas por los usuarios con las rutas óptimas teóricas calculadas, encontrando que el 63.6% de los usuarios coincidían con el recorrido de estas últimas. Conclusiones: El método planteado presenta coherencia con trabajos previos, mostrando niveles de confianza equiparables. El mayor reto es la implementación masiva del modelo creado para la recolección de datos útiles para planes de movilidad.

A checkpointing-enabled and resource-aware Java Virtual Machine for efficient and robust e-Science applications in grid environments

Object-oriented programming languages presently are the dominant paradigm of application development (e. g., Java,. NET). Lately, increasingly more Java applications have long (or very long) execution times and manipulate large amounts of data/information, gaining relevance in fields related with e-Science (with Grid and Cloud computing). Significant examples include Chemistry, Computational Biology and Bio-informatics, with many available Java-based APIs (e. g., Neobio). Often, when the execution of such an application is terminated abruptly because of a failure (regardless of the cause being a hardware of software fault, lack of available resources, etc.), all of its work already performed is simply lost, and when the application is later re-initiated, it has to restart all its work from scratch, wasting resources and time, while also being prone to another failure and may delay its completion with no deadline guarantees. Our proposed solution to address these issues is through incorporating mechanisms for checkpointing and migration in a JVM. These make applications more robust and flexible by being able to move to other nodes, without any intervention from the programmer. This article provides a solution to Java applications with long execution times, by extending a JVM (Jikes research virtual machine) with such mechanisms. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Broker colaborativo: gestão de recursos energéticos distribuídos

Neste trabalho é apresentado um Sistema de Informação (SI) cujo objetivo é contribuir para a colaboração entre VE possibilitando a sua entrada no mercado de energia elétrica, permiitindo deste modo que o proprietário do VE seja compensado. Esta compensação incidiria em medidas de minimização do investimento inicial na compra do VE e na criação de um modelo de armazenamento de energia mais sustentável. A este SI chamou-se de Broker Colaborativo ou simplesmente Broker e deverá permitir ao proprietário do VE criar um perfil com a sua informação pessoal, com informação do VE que possui e com informação relativa à colaboração que pretende efetuar, ou seja, locais e percentagem da bateria que pretende usar na colaboração. Para assegurar a entrada no mercado de energia torna-se necessário agrupar e filtrar um número significativo de VE, sendo essa responsabilidade atribuída ao Broker. Sendo a otimização do consumo de energia um fator importante neste trabalho, a implementação do Broker foi efetuada sobre o paradigma de Cloud Computing (será utilizada a designação abreviada de Cloud) onde os recursos energéticos são partilhados. A Clod possuiu uma grande capacidade de escalonamento onde se poderão criar os recursos à medida da necessidade. A utilização da Cloud permite que as especificações iniciais das máquinas virtuais, necessárias para alojar a base de dados ou os ficheiros do Broker, possam ser configuradas conforme o número de utilizadores do sistema. Assim, não se desperdiçam recursos que não seriam utilizados. Devido a estes aspetos dinâmicos, que estão intrínsecos ao fator humano, o Broker foi implementado utilizando um módulo de integração com a rede social Facebook esperando-se desta forma, que a colaboração entre diferentes VE seja difundida através dos amigos e conhecidos de cada utilizador da colaboração. Sendo assim, este trabalho pretende criar um sistema de informação onde os proprietários de VE possam juntar-se e criar uma colaboração possibilitando a sua entrada no mercado da energia elétrica. Essa colaboração será alargada recorrendo a uma rede social e compensada através de créditos. É abordado o tema das plataformas de Cloud como uma plataforma sustentável e vantajosa para o desenvolvimento de sistemas com grande potencial de crescimento.

Estudo e planeamento de uma infraestrutura computacional

As tecnologias de informação representam um pilar fundamental nas organizações como sustento do negócio através de infraestruturas dedicadas sendo que com o evoluir do crescimento no centro de dados surgem desafios relativamente a escalabilidade, tolerância à falha, desempenho, alocação de recursos, segurança nos acessos, reposição de grandes quantidades de informação e eficiência energética. Com a adoção de tecnologias baseadas em cloud computing aplica-se um modelo de recursos partilhados de modo a consolidar a infraestrutura e endereçar os desafios anteriormente descritos. As tecnologias de virtualização têm como objetivo reduzir a infraestrutura levantando novas considerações ao nível das redes locais e de dados, segurança, backup e reposição da informação devido á dinâmica de um ambiente virtualizado. Em centros de dados esta abordagem pode representar um nível de consolidação elevado, permitindo reduzir servidores físicos, portas de rede, cablagem, armazenamento, espaço, energia e custo, assegurando os níveis de desempenho. Este trabalho permite definir uma estratégia de consolidação do centro de dados em estudo que permita a tolerância a falhas, provisionamento de novos serviços com tempo reduzido, escalabilidade para mais serviços, segurança nas redes Delimitarized Zone (DMZ), e backup e reposição de dados com impacto reduzido nos recursos, permitindo altos débitos e rácios de consolidação do armazenamento. A arquitetura proposta visa implementar a estratégia com tecnologias otimizadas para o cloud computing. Foi realizado um estudo tendo como base a análise de um centro de dados através da aplicação VMWare Capacity Planner que permitiu a análise do ambiente por um período de 8 meses com registo de métricas de acessos, utilizadas para dimensionar a arquitetura proposta. Na implementação da abordagem em cloud valida-se a redução de 85% de infraestrutura de servidores, a latência de comunicação, taxas de transferência de dados, latências de serviços, impacto de protocolos na transferência de dados, overhead da virtualização, migração de serviços na infraestrutura física, tempos de backup e restauro de informação e a segurança na DMZ.

Benchmarking de uma aproximação de ticketing as a service (Taas)

Dissertação de natureza científica realizada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Redes de Computadores e Multimédia

A bilhética dos transportes de passageiros na nuvem computacional

Relatório de Projeto realizado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Computação em nuvem: avaliação do retorno do investimento: o caso do Ensino Superior Português

Em Portugal, as instituições de ensino superior dispõem de plataformas de e-learning que reflectem uma mais-valia para o processo de ensino-aprendizagem. No entanto, estas plataformas caracterizam-se por serem de âmbito privado expondo, desta forma, a tímida abertura das instituições na partilha do seu conhecimento, como também dos seus recursos. O paradigma Cloud Computing surge como uma solução, por exemplo, para a criação de uma federação de nuvens capaz de contemplar soluções heterogéneas, garantindo a interoperabilidade entre as plataformas das várias instituições de ensino, e promovendo os objectivos propostos pelo Processo de Bolonha, nomeadamente no que se refere à partilha de informação, de plataformas e serviços e promoção de projectos comuns. Neste âmbito, é necessário desenvolver ferramentas que permitam aos decisores ponderar as mais-valias deste novo paradigma. Assim, é conveniente quantificar o retorno esperado para o investimento, em recursos humanos e tecnológicos, exigido pelo modelo Cloud Computing. Este trabalho contribui para o estudo da avaliação do retorno do investimento (ROI) em infra-estruturas e serviços TIC (Tecnologias de Informação e Comunicação), resultante da análise de diferentes cenários relativos à introdução do paradigma Cloud Computing. Para tal, foi proposta uma metodologia de análise baseada num questionário, distribuído por diversas instituições de ensino superior portuguesas, contendo um conjunto de questões que permitiram identificar indicadores, e respectivas métricas, a usar na elaboração de modelos de estimação do ROI.

Partial utility-driven scheduling for flexible SLA and pricing arbitration in clouds

Cloud SLAs compensate customers with credits when average availability drops below certain levels. This is too inflexible because consumers lose non-measurable amounts of performance being only compensated later, in next charging cycles. We propose to schedule virtual machines (VMs), driven by range-based non-linear reductions of utility, different for classes of users and across different ranges of resource allocations: partial utility. This customer-defined metric, allows providers transferring resources between VMs in meaningful and economically efficient ways. We define a comprehensive cost model incorporating partial utility given by clients to a certain level of degradation, when VMs are allocated in overcommitted environments (Public, Private, Community Clouds). CloudSim was extended to support our scheduling model. Several simulation scenarios with synthetic and real workloads are presented, using datacenters with different dimensions regarding the number of servers and computational capacity. We show the partial utility-driven driven scheduling allows more VMs to be allocated. It brings benefits to providers, regarding revenue and resource utilization, allowing for more revenue per resource allocated and scaling well with the size of datacenters when comparing with an utility-oblivious redistribution of resources. Regarding clients, their workloads’ execution time is also improved, by incorporating an SLA-based redistribution of their VM’s computational power.

Plataforma de gestão e controlo de identidade digital e implementação novos modelos de governação e utilização das TIC

As estruturas orgânicas empresariais estão cada vez mais obrigadas a garantir elevados padrões de qualidade de serviços, possibilitando ao mesmo tempo a sustentabilidade das estruturas e ainda, o alinhamento dos investimentos efetuados com as estratégias de negócio. O seu desenvolvimento obriga a que na área das tecnologias de informação e comunicação exista a necessidade de repensar estratégias em vigor, procurando novos modelos, mais ágeis e mais capazes de se enquadrar nestas novas exigências. Neste âmbito, é de esperar que as plataformas de identidade digital tenham um papel determinante no desenvolvimento destes novos modelos, pois são um instrumento único para se implementarem plataformas heterogéneas, intemperáveis, com elevados níveis de segurança e de garantia de controlo no acesso à informação. O trabalho agora apresentado tem como objectivo investigar e desenvolver uma plataforma de identidade digital e uma plataforma de testes, que permitam ao Politécnico do Porto a aquisição de um infraestrutura de Tecnologias de Informação e Comunicação que se torne um instrumento fundamental para o desenvolvimento contínuo, de garantia de qualidade e de sustentabilidade de todos os serviços prestados à sua comunidade.

Integrated Management of IaaS Resources

This paper proposes and reports the development of an open source solution for the integrated management of Infrastructure as a Service (IaaS) cloud computing resources, through the use of a common API taxonomy, to incorporate open source and proprietary platforms. This research included two surveys on open source IaaS platforms (OpenNebula, OpenStack and CloudStack) and a proprietary platform (Parallels Automation for Cloud Infrastructure - PACI) as well as on IaaS abstraction solutions (jClouds, Libcloud and Deltacloud), followed by a thorough comparison to determine the best approach. The adopted implementation reuses the Apache Deltacloud open source abstraction framework, which relies on the development of software driver modules to interface with different IaaS platforms, and involved the development of a new Deltacloud driver for PACI. The resulting interoperable solution successfully incorporates OpenNebula, OpenStack (reuses pre-existing drivers) and PACI (includes the developed Deltacloud PACI driver) nodes and provides a Web dashboard and a Representational State Transfer (REST) interface library. The results of the exchanged data payload and time response tests performed are presented and discussed. The conclusions show that open source abstraction tools like Deltacloud allow the modular and integrated management of IaaS platforms (open source and proprietary), introduce relevant time and negligible data overheads and, as a result, can be adopted by Small and Medium-sized Enterprise (SME) cloud providers to circumvent the vendor lock-in problem whenever service response time is not critical.

MixCloud middleware para replicação e integração de repositórios chave/valor

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Reconfiguração dinâmica estruturada de workflows de serviços web

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática