An Adaptive Mediation Framework for Workflow Management in the Internet of Things

Tärkavad värkvõrksüsteemid koosnevad arvukast hulgast heterogeensetest füüsilistest seadmetest, mis ühenduvad Internetiga. Need seadmed suudavad pidevalt ümbritseva keskkonnaga suhelda ja osana lõppkasutaja rakendusestest edendada valdkondi nagu tark kodu, e-tervis, logistika jne. Selleks, et integreerida füüsilisi seadmeid värkvõrgu haldussüssteemidega, on töövoo haldussüsteemid kerkinud esile sobiva lahendusena. Ent töövoo haldussüsteemide rakendamine värkvõrku toob kaasa reaalajas teenuste komponeerimise väljakutseid nagu pidev teenusavastus ja -käivitus. Lisaks kerkib küsimus, kuidas piiratud resurssidega värkvõrgu seadmeid töövoo haldussüsteemidega integreerida ning kuidas töövooge värkvõrgu seadmetel käivitada. Tööülesanded (nagu pidev seadmeavastus) võivad värkvõrgus osalevatele piiratud arvutusjõudluse ja akukestvusega seadmetele nagu nutitelefonid koormavaks osutuda. Siinkohal on võimalikuks lahenduseks töö delegeerimine pilve. Käesolev magistritöö esitleb kontekstipõhist raamistikku tööülesannete vahendamiseks värkvõrgurakendustes. Antud raamistikus modelleeritakse ning käitatakse tööülesandeid kasutades töövoogusid. Raamistiku prototüübiga läbi viidud uurimus näitas, et raamistik on võimeline tuvastama, millal seadme avastusülesannete pilve delegeerimine on kuluefektiivsem. Vahel aga pole töövoo käitamistarkvara paigaldamine värkvõrgu seadmetele soovitav, arvestades energiasäästlikkust ning käituskiirust. Käesolev töö võrdles kaht tüüpi töövookäitust: a) töövoo mudeli käitamine käitusmootoriga ning b) töövoo mudelist tõlgitud programmikoodi käitamine. Lähtudes katsetest päris seadmetega, võrreldi nimetatud kahte meetodit silmas pidades süsteemiressursside- ning energiakasutust.Emerging Internet of Things (IoT) systems consist of great numbers of heterogeneous physical entities that are interconnected via the Internet. These devices can continuously interact with the surrounding environment and be used for user applications that benefit human life in domains such as assisted living, e-health, transportation etc. In order to integrate the frontend physical things with IoT management systems, Workflow Management Systems (WfMS) have gained attention as a viable option. However, applying WfMS in IoT faces real-time service composition challenges such as continuous service discovery and invocation. Another question is how to integrate resource-contained IoT devices with the WfMS and execute workflows on the IoT devices. Tasks such as continuous device discovery can be taxing for IoT-involved devices with limited processing power and battery life such as smartphones. In order to overcome this, some tasks can be delegated to a utility Cloud instance. This thesis proposes a context-based framework for task mediation in Internet of Things applications. In the framework, tasks are modelled and executed as workflows. A case study carried out with a prototype of the framework showed that the proposed framework is able to decide when it is more cost-efficient to delegate discovery tasks to the cloud. However, sometimes embedding a workflow engine in an IoT device is not beneficial considering agility and energy conservation. This thesis compared two types of workflow execution: a) execution of workflow models using an embedded workflow engine and b) execution of program code translations based on the workflow models. Based on experiments with real devices, the two methods were compared in terms of system resource and energy usage