Frontier. Un middleware per lo sviluppo di servizi orientati all'edge computing

This thesis presents Frontier, a middleware solution for edge computing. Frontier makes it easier for developers to exploit the resources of distributed IoT devices (computational power, sensors and actuators). Frontier is divided in two logical parts: a middleware offers an abstract representation of the resources and coordinates inter-device interaction; a development framework offers tools (search, retrieval and analysis) to exploit these resources. In this thesis, we compared Frontier to a well-known cloud solution (AWS-IoT), to highlight the benefits (performance and usability) of this approach with respect to the current state of the industry.

Recentemente la diffusione del paradigma dell’Internet of Things, che consiste nel connettere oggetti di uso comune (e.g., dispositivi elettronici, sensori e attuatori) ha abilitato nuovi modi di interagire con la realtà che ci circonda, attraverso i dati forniti. Un tale aumento nella mole dei dati ottenuti rende la loro gestione un problema complesso. Oggi i servizi forniti dal paradigma cloud, che accentra l'elaborazione e l'analisi delle informazioni, offrono una concreta soluzione a tale problema. Questi servizi non sono stati pensati per la quantità e la velocità dei dati che l’IoT genera. In particolare la latenza causata dalla comunicazioni via Internet rende inefficace e talvolta inutile l'analisi dei dati, evidenziando che il cloud computing non è più uno strumento sufficiente e aprendo opportunità alternative rispetto al suo utilizzo. Un nuovo paradigma emerso, l'edge computing, propone di distribuire il lavoro effettuato nel cloud sugli stessi dispositivi IoT, beneficiando così delle risorse che possiedono localmente. Capitalizzare queste risorse richiede un nuovo tipo di infrastruttura che permetta di distribuire l'elaborazione dei dati su più dispositivi. L'elaborazione distribuita e la necessaria coordinazione però aumentano notevolmente la complessità della realizzazione di queste nuove infrastrutture. Questa tesi ha come obiettivo quello di definire e sviluppare un middleware per supportare e semplificare la creazione di queste soluzioni. Il middleware realizzato consente di implementare soluzioni di edge computing e di realizzare, attraverso un framework offerto, applicazioni che possano beneficiarne. Il middleware è stato valutato attraverso un confronto con le soluzioni offerte dal Cloud. Il framework è stato valutato in termini di espressività e del miglioramento introdotto nello sviluppo di applicazioni. Infine, sono stati realizzati tre esempi di applicazioni reali dove si dimostra come sia possibile implementare in modo facile e veloce, attraverso l'utilizzo del middleware, soluzioni pronte per l'edge computing.