Progetto ed implementazione di un sistema distribuito per la gestione di middleware per reti di sensori

Wireless Sensor Networks recently had a considerable growth. They represent the natural, but even innovative, development in the use of sensors in the industrial, urban, environmental monitoring, and medical field. Certainly, the main issue is the poor integration between sensor networks and other network technologies. In fact, available solutions are based on systems that provide connectivity and management of a unique wireless sensor network. MobiWSN is a multi-level middleware that enables connection of several sensor networks through a wireless mesh backbone. However, MobiWSN has a centralized infrastructure that significantly decreases fault tolerance and scalability. Furthermore, its lack of a Publish/Subscribe service forces client applications to execute regular polling operations to get updated information of sensor network state. This work describes the distributed architecture DTAC (Distributed Topology-Aware Chord) based on Chord protocol. DTAC is fully distributed, scalable and automatically adaptable to arrivals, departures and node failures. DTAC provides all DHT features, enables fully distributed middleware development and simplifies sensor networks integration, ensuring an high fault tolerance. Meanwhile, a Publish/Subscribing system based on DAC (Distributed Asynchronous Collection) provides client applications with a tool that allows simply event subscribing and to be notified as soon as events happen.

Le reti wireless di sensori hanno conosciuto un notevole sviluppo negli ultimi anni. Esse rappresentano la naturale, ma al contempo rivoluzionaria, evoluzione dell’impiego dei sensori nell’ambito industriale, civile, del monitoraggio ambientale e nel campo medico. Il principale problema in questo settore è sicuramente la scarsa integrazione tra le reti di sensori e le altre tecnologie di rete. Infatti, le soluzioni presenti in commercio si basano tutte su apparati in grado di connettere e gestire una singola wireless sensor network. Un passo in avanti si è ottenuto grazie a MobiWSN, un’architettura multilivello per l’interconnessione di numerose reti di sensori mediante una rete di backbone di tipo wireless mesh. Nonostante tutto, il middleware MobiWSN presenta ancora numerose limitazioni dovute alla sua struttura centralizzata che ne riduce notevolmente la robustezza e la scalabilità. Inoltre, la mancanza di un servizio di Publish/Subscribe costringe le applicazioni client, che interagiscono con MobiWSN, a periodiche operazioni di polling per ottenere informazioni aggiornate sullo stato delle reti di sensori. Questa tesi presenta DTAC (Distributed Topology-Aware Chord), un'architettura distribuita basata su Chord che risolve il primo problema considerato. DTAC è completamente distribuito, scalabile e gestito in maniera autonoma; esso si adatta automaticamente all'arrivo, alla partenza ed al fallimento dei nodi. DTAC offre tutte le funzionalità di una qualunque altra DHT, abilita la creazione di un middleware completamente distribuito e facilita l’integrazione di numerose reti di sensori, garantendo elevata robustezza. Contemporaneamente, lo sviluppo di un sistema di Publish/Subscribe basato su DAC (Distributed Asynchronous Collection) fornisce uno strumento di massima espressività per le applicazioni client, che possono sottoscriversi agli eventi di interesse in maniera semplice ed essere notificati “non appena” essi accadano.