Especificación y desarrollo de mecanismos de interoperabilidad a nivel de Middleware y Aplicaciones/Servicios entre Plataformas Heterogéneas de Internet de las Cosas

Abstract

[ES] El interés en la industria y a nivel académico en el desarrollo en el campo de Internet de las Cosas (IoT) es muy alto. Se han diseñado e implementado una gran cantidad de soluciones a diferentes niveles. Desde soluciones a nivel de dispositivo hasta plataformas IoT completas. No obstante, desarrollar nuevas soluciones IoT en muchos casos puede suponer un esfuerzo complejo. Esta no es una tarea que se deba realizar desde cero. Las plataformas IoT ofrecen las herramientas necesarias para administrar y trabajar con los dispositivos y objetos conectados a ellas. Las plataformas utilizan estos datos para producir resultados y ofrecer servicios y aplicaciones. El ecosistema IoT abarca una amplia gama de dispositivos, sensores, actuadores, entidades de conocimientos, protocolos, tecnologías, redes, plataformas, servicios, aplicaciones, sistemas y datos muy diversos. Como consecuencia de su naturaleza heterogénea y la ausencia de un estándar global de IoT, un hecho que tampoco se espera lograr en un futuro próximo, en lugar de lograr la integración perfecta entre los diferentes sistemas IoT proliferan diferentes tecnologías y sistemas que implementan sus propios protocolos de interoperabilidad para los objetos que componen IoT. El trabajo realizado en esta Tesis Doctoral se encarga de revertir esta problemática asociada a la heterogeneidad de las plataformas IoT y la falta de un estándar de interoperabilidad predominante en el mercado. Por tanto, el objetivo de la misma es ofrecer una solución centrada en aprovechar las diferentes ventajas que ofrecen las plataformas, aplicaciones y servicios IoT disponibles, para ofrecer una serie de mecanismos de interoperabilidad y un marco común que permitan poder acceder, interactuar e intercambiar información y funcionalidades entre las diferentes plataformas IoT. Concretamente, la Tesis Doctoral se centra en las necesidades de interoperabilidad de plataformas IoT en las capas de Middleware y Aplicación y Servicios. Desde la perspectiva de los mecanismos de la capa middleware, la Tesis Doctoral establece soluciones basadas en una capa de abstracción que facilita el acoplamiento de las diferentes plataformas. Esto proporciona funcionalidades para acceder a las principales características e información de las diferentes plataformas IoT. Desde la perspectiva de los mecanismos de la capa de aplicación y servicios, se diseñan y definen soluciones para el acceso común y la interacción entre los distintos servicios y aplicaciones heterogéneos ofrecidos por las plataformas. Además, en la Tesis Doctoral se presentan aquellos elementos transversales para ofrecer una solución de interoperabilidad completa. En primer lugar, se exponen aquellos requisitos necesarios para gestionar la confianza, seguridad, privacidad, virtualización, extensibilidad o escalabilidad. En segundo lugar, se presenta la definición de un marco común de interoperabilidad que proporciona una forma de unificar los diferentes mecanismos de interoperabilidad presentados. También se ofrecen herramientas para gestionar, acceder y hacer un uso adecuado de los mecanismos de interoperabilidad. Finalmente, se presenta la aproximación a la solución propuesta llevada a cabo en los proyectos europeos H2020: INTER-IoT, ACTIVAGE, PIXEL y DataPorts. Estos proyectos han servido para definir, desarrollar y validar los mecanismos de interoperabilidad y la solución presentada en esta Tesis Doctoral.

[CAT] L'interés en la indústria i a nivell acadèmic en el desenvolupament en el camp d'Internet de les Coses (IoT) és molt alt. S'han dissenyat i implementat una gran quantitat de solucions a diferents nivells. Des de solucions a nivell de dispositiu fins a plataformes IoT completes. No obstant això, desenvolupar noves solucions IoT en molts casos pot suposar un esforç complex. Aquesta no és una tasca que s'haja de realitzar des de zero. Les plataformes IoT ofereixen les eines necessàries per a administrar i treballar amb els dispositius i objectes connectats a elles. Les plataformes utilitzen aquestes dades per a produir resultats i oferir serveis i aplicacions. L'ecosistema IoT es compon d'una una àmplia gamma de dispositius, sensors, actuadors, entitats de coneixements, protocols, tecnologies, xarxes, plataformes, serveis, aplicacions, sistemes i dades molt diverses. A conseqüència de la seua naturalesa heterogènia i l'absència d'un estàndard global de IoT, un fet que tampoc s'espera aconseguir en un futur pròxim, es produeix que en lloc d'aconseguir la integració perfecta entre els diferents sistemes IoT, proliferen diferents tecnologies i sistemes que implementen els seus propis protocols d'interoperabilitat per als objectes que componen Internet de les Coses. El treball realitzat en aquesta tesi doctoral s'encarrega de revertir aquesta problemàtica associada a l'heterogeneïtat de les plataformes IoT i la falta d'un estàndard d'interoperabilitat predominant en el mercat. Per tant, l'objectiu és oferir una solució centrada en aprofitar els diferents avantatges que ofereixen les plataformes, aplicacions i serveis IoT disponibles, per a oferir una sèrie de mecanismes d'interoperabilitat i un marc comú que permeten poder accedir, interactuar i intercanviar informació i funcionalitats entre les diferents plataformes IoT. Concretament, el treball se centra en les necessitats d'interoperabilitat de plataformes IoT en les capes de Middleware i Aplicació i Serveis. Des de la perspectiva dels mecanismes de la capa Middleware, el present treball estableix solucions basades en una capa d'abstracció que facilita la unificació de les diferents plataformes. Això proporciona les funcionalitats per a accedir a les principals les característiques i informació de les diferents plataformes IoT. Des de la perspectiva dels mecanismes de la capa d'aplicació i serveis, es dissenya i defineixen solucions per a l'accés comú i la interacció entre els diferents serveis i aplicacions heterogenis oferits per les plataformes. A més, es presenten en el present treball aquells elements transversals per a oferir una solució d'interoperabilitat completa. En primer lloc, aquells requisits necessaris per a gestionar la confiança, seguretat, privacitat, virtualització, extensibilitat o escalabilitat. En segon lloc, la definició d'un marc comú d'interoperabilitat que proporciona una manera d'unificar els diferents mecanismes d'interoperabilitat presentats. Oferint eines per a gestionar, accedir i fer un ús adequat dels mecanismes d'interoperabilitat. Finalment, es presenta l'aproximació a la solució proposada duta a terme en els projectes europeus H2020: INTER-IoT, ACTIVAGE, PÍXEL i DataPorts. Aquests projectes han servit per a definir, desenvolupar i validar els mecanismes d'interoperabilitat i la solució oferida en aquesta tesi doctoral.

[EN] There is a strong interest in the field of the Internet of Things (IoT) in the industry and the academia. A large number of solutions have been designed and implemented at different levels. From device level solutions to complete IoT platforms. However, developing new IoT solutions can be a challenging task. This is not a task that needs to be done from scratch. IoT platforms provide the tools needed to manage and access to the devices and objects connected to them. The platforms can take advantage of this data to produce results and deliver services and applications. The IoT ecosystem encompasses a wide range of diverse devices, sensors, actuators, knowledge entities, protocols, technologies, networks, platforms, services, applications, systems and data. As a consequence of its heterogeneous nature and the absence of a global IoT standard, something that is also not expected to be achieved soon, instead of achieving seamless integration between different IoT systems, different technologies and systems proliferate and providing their own interoperability protocols for the objects related with Internet of Things. The work carried out in this PhD thesis aims to address this problem associated with the heterogeneity of IoT platforms and the lack of a predominant interoperability standard in the market. Therefore, the objective is to offer a solution focused on taking advantage of the different benefits offered by the available IoT platforms, applications and services, in order to offer a series of interoperability mechanisms and a common framework that allows accessing, interacting and exchanging information and functionalities between the different IoT platforms. Specifically, the work is focused on the interoperability needs at the Middleware and Application and Services layers of the IoT Platforms. From the perspective of the Middleware layer mechanisms, this work establishes solutions based on an abstraction layer that facilitates the coupling of the different platforms. This provides functionalities to access to the main features and information of the different IoT platforms. From the perspective of the Application and Service layer mechanisms, this work designs and defines solutions for common access and interaction between the different heterogeneous services and applications offered by the IoT platforms. In addition, this PhD tesis presents those cross-cutting aspects needed to provide a complete interoperability solution. Firstly, those requirements involved in to manage trust, security, privacy, virtualisation, extensibility or scalability. Secondly, the definition of a common interoperability framework that provides a way to unify the different interoperability mechanisms presented. It offers tools for managing, accessing and making appropriate use of the interoperability mechanisms developed in this work. Finally, it describes the approach to the proposed solution carried out in the following H2020 european projects: INTER-IoT, ACTIVAGE, PIXEL and DataPorts. These research projects have been used to define, develop and validate the interoperability mechanisms and the solution offered in this PhD tesis.