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Tipo: Tese
Título: System support for self-adaptive Cyber-Physical Systems
Título em inglês: System support for self-adaptive Cyber-Physical Systems
Autor(es): Maia, Marcio Espíndola Freire
Orientador: Andrade, Rossana Maria de Castro
Palavras-chave: Internet of things;Middleware;Framework;Self-adaptation
Data do documento: 2015
Citação: MAIA, Marcio Espíndola Freire. System support for self-adaptive Cyber-Physical Systems. 2015. 130 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Resumo: Dispositivos com capacidade de processamento e comunicação estão cada vez mais embutidos no ambiente físico, gerando informações sobre os usuários e suas interações com o ambiente. Essa proximidade entre usuários, objetos do mundo físico e serviços está permitindo o aparecimento dos sistemas cyber-físicos (Cyber-Physical Systems - CPS). Neles, a quantidade de dispositivos cresce muito rapidamente e mecanismos que permitam a gerência das interações entre eles são necessários. Assim, essa tese de doutorado propõe um middleware, chamado CyberSupport, que fornece um suporte para o desenvolvimento e execução baseado em camadas de software auto-adaptáveis para CPS. O CyberSupport possui na sua camada mais inferior mecanismos para permitir a comunicação e coordenação entre os diversos dispositivos que formam CPS. A principal contribuição dessa camada está relacionada com as interações entre dispositivos de forma desacoplada e auto-adaptativa. Na camada superior, primitivas de execução fornecem acesso aos recursos do ambiente através de interfaces bem definidas, com especial atenção para facilitar a adaptação do funcionamento da aplicação e do CyberSupport. Essas interfaces são utilizadas para a criação de sistemas auto-adaptativos para CPS. O CyberSupport foi avaliado utilizando métricas de desempenho em dispositivos reais, e também métricas de qualidade de código, comparando aplicações desenvolvidas com e sem o CyberSupport. As métricas de desempenho avaliaram 5 algoritmos de roteamento e 5 tecnologias de comunicação desenvolvidos utilizando o CyberSupport, de acordo com o tempo médio de entrega de uma mensagem, a quantidade total de mensagens entregues e a taxa de perda de mensagens. Já as métricas de qualidade de código compararam 3 aplicações desenvolvidas com e sem o CyberSupport, de acordo com métricas de acoplamento de código. Os resultados mostraram uma redução de 3% no acoplamento de código quando o CyberSupport é utilizado.
Abstract: Devices with computational and communication capabilities are pervaded throughout the physical environment, generating information about users and their interactions to enrich the virtual world. This proximity between physical and cyber worlds has allowed the appearance of Cyber-Physical Systems (CPS), formed by users and devices (physical) interacting with services, components and applications (cyber). When the number of physical and cyber entities increase, so does the need for mechanisms to specify and manage their interactions. In that direction, this doctoral thesis proposes CyberSupport, an adaptable software stack to offer system support for selfadaptive CPS. The thesis contribution is based on layers: on the bottom, the communication and coordination layer is responsible for a modular, uncoupled and adaptable infrastructure to permit access and control of environment resources, along with message exchange and interaction of decentralized devices. On the top layer, the execution and adaptation layer permits to specify and implement monitoring and execution functionalities to support the creation of self-adaptive CPS. CyberSupport is evaluated according to performance metrics using real devices, along with design metrics using existing applications before and after using CyberSupport. The performance metrics evaluate 5 routing algorithms and 5 communication technologies implemented using CyberSupport according to message delivery and message loss metrics. Additionally, the design evaluation reimplementes 3 existing applications and compares the implementations with and without CyberSupport according to coupling metrics. The results shows an improvement of around 30% considering the design metrics.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/56577
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