Design and implementation of a new Middleware for using the PerLa language in IOT systems

The ongoing technological evolution has led to the emergence of sensors that are getting smaller, less expensive, and with greater computational power. These increasingly accessible sensors are widely used in Wireless Sensor Networks, i.e. networks composed of dedicated sensors that monitor and collect information in the environment in which they are located. The use of Wireless Sensor Networks and the adoption of a comprehensive solution for data management are of vital importance in the fields of Pervasive Systems and Internet of Things, as both need to collect and monitor huge amounts of heterogeneous data originating from different sensors. In this context, the PerLa project provides a high-level declarative language to query the data of a Pervasive System, seen as a Database, hiding the difficulty of managing sensors with very different technologies. Although the PerLa System has been successfully employed in several application cases, it has revealed some weaknesses in the implementation of its Middleware. The purpose of this thesis is to design and implement a new PerLa Middleware for the exchange and management of data coming from different sensors within a Pervasive System. In the design and implementation, a paradigm belonging to the Internet of Things will be introduced for the communications management in the network; and the development of the new Middleware is coupled with the implementation of a grammar and a component for the recognition and for the translation into a relevant data structure of the Continuous Queries of the PerLa Language. Along with the implementation, the research is integrated with a running example of a real-world scenario to highlight the potential of the new Middleware.

La continua evoluzione tecnologica ha portato alla comparsa di sensori sempre più piccoli, meno costosi e con una maggiore potenza di calcolo. Questi sensori sempre più accessibili sono ampiamente utilizzati nelle Reti di Sensori Wireless, cioè reti composte da sensori dedicati che monitorano e raccolgono informazioni nell'ambiente in cui sono situati. L'uso di Reti di Sensori Wireless e l'adozione di una soluzione completa per la gestione dei dati sono di vitale importanza nei campi dei Sistemi Pervasivi e dell' 'Internet of Things', poiché entrambi hanno bisogno di raccogliere e monitorare enormi quantità di dati eterogenei provenienti da diversi sensori. In questo contesto, il progetto PerLa fornisce un linguaggio dichiarativo di alto livello per interrogare i dati di un Sistema Pervasivo, inteso come un Database, nascondendo la difficoltà di gestire i sensori con tecnologie tra loro molto diverse. Nonostante il sistema PerLa sia stato impiegato con successo in diversi casi applicativi, ha rivelato alcune debolezze nell'implementazione del suo Middleware. Lo scopo di questa tesi è quello di progettare e implementare un nuovo Middleware PerLa per lo scambio e la gestione di dati provenienti da diversi sensori all'interno di un Sistema Pervasivo. Nella progettazione e implementazione, verrà introdotto un paradigma appartenente all' 'Internet of Things' per la gestione delle comunicazioni nella rete; e lo sviluppo del nuovo Middleware è affiancato dall'implementazione di una grammatica e di un componente per il riconoscimento e la traduzione in una struttura dati rilevante delle Query Continue del Linguaggio PerLa. Insieme all'implementazione, la ricerca è integrata con un esempio di uno scenario reale per evidenziare il potenziale del nuovo Middleware.