Resource-oriented mobile agent and software framework for the Internet of Things

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>The Internet of Things vision proposes a global platform in an unforeseen scale for distributed applications that rely on data provided by interconnected resource-constrained things. In such large-scale systems, centralized control of system operation by a single component through vertical interactions becomes unfeasible. Ideally, decentralized control in the proximity of things enables to take into account the local dynamic resource availability and environmental characteristics that are used to optimize the application execution. To realize decentralization, capabilities for horizontal interactions, that complement the vertical interactions, and for opportunistic participation of things are needed.</p><p>This thesis explores mobile agent technology to implement distributed Internet of Things applications that benefit from both vertical and horizontal interactions of the application components. First, a resource-oriented reactive mobile agent architecture and a software framework are presented. The framework facilitates RESTful interactions between agents and other system components and provides a REST-based interface to build opportunistic agent-based applications. Two agent platforms are presented that integrate resource-constrained things into the framework as mobile agent hosts. Second, mobile agent based mobile crowdsensing and edge computing applications are evaluated with large-scale simulations and real-world experiments. The results show that energy consumption is decreased in the participating things, in comparison with the existing approaches, by agent-based in-network data processing and control of the thing operation.</p><p>This thesis makes a valuable contribution by enabling mobile agent operations in a heterogeneous set of resource-constrained things. The presented empirical evidence shows how mobile agent technology increases energy efficiency in distributed application execution. The presented mobile agent architecture and software framework potentially accelerate the utilization of mobile agent technology in the Internet of Things.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Esineiden Internet liittää resurssirajoitteiset sulautetut laitteet laajamittaisesti Internet-verkkoon, jossa niiden tuottamaa tietoa hyödynnetään hajautettujen järjestelmien sovelluksissa. Esineiden Internetin järjestelmien odotetaan skaalautuvan niin laajoiksi, ettei keskitetty, vertikaaliseen vuorovaikutukseen perustuva järjestelmähallinta ole enää käyttökelpoinen ratkaisu. Hajautettu hallinta lähellä tietoa tuottavia laitteita tuo etuja, kun paikallisesti sovelluksen suorituksessa otetaan huomioon toimintaympäristön tila ja voidaan reagoida dynaamisesti resurssien saatavuuteen. Hajautus Esineiden Internetin sovellusalustoilla edellyttää menetelmiä sekä laitteiden vertikaaliseen ja horisontaaliseen vuorovaikutukseen, että niiden dynaamisen osallistumisen mahdollistamiseksi sovelluksen suorittamisessa.</p><p>Tässä työssä tutkittiin mobiiliagentti-teknologiaa hajautettujen sovellusten toteuttamiseen Esineiden Internet-ympäristössä. Työssä esitettiin resurssisuuntautunut arkkitehtuuri reaktiivisille mobiiliagenteille sekä ohjelmistokehys, joita käyttäen voidaan toteuttaa agenttipohjaisia hajautettuja sovelluksia. Ohjelmistokehys perustuu REST-arkkitehtuurimalliin, jonka pohjalta esitettiin yhdenmukainen rajapinta agenttien ja järjestelmäkomponenttien väliseen vuorovaikutukseen. Ohjelmistokehyksen osana toteutettiin kaksi mobiiliagentti-ohjelmistoalustaa resurssirajoitteisille sulautetuille laitteille. Työssä tarkasteltiin mobiiliagentti-pohjaisten Esineiden Internet-sovellusten energiatehokkuutta simuloinneilla sekä tosielämän kokeilla. Tarkastelun kohteeksi valittiin joukkoistettu mobiilihavainnointi sekä reunalaskennan ulottaminen resurssirajoitteisiin laitteisiin. Saadut tulokset osoittavat, että laitteiden energiankulutusta voidaan pienentää verrattuna aiemmin esitettyihin ratkaisuihin hyödyntämällä mobiiliagentteja tiedonkäsittelyyn laitteessa sekä laitteen toiminnan ohjaamiseen.</p><p>Työssä esitetty resurssisuuntautunut mobiiliagenttiarkkitehtuuri sekä ohjelmistokehys edesauttavat mobiiliagentti-teknologian hyödyntämistä resurssirajoitteisissa sulautetuissa laitteissa. Tosielämän kokeista saadut tulokset osoittavat mobiiliagenttiteknologian hyötyjä hajautettujen sovellusten toteuttamisessa Esineiden Internetiin.</p></div>