Physical devices virtualization in edge computing environments

Internet of Things (IoT) has revolutionized the use of the network and it is one of the main drivers of new-generation networks (5G, 6G). To overcome the new challenges, current research is developing new techniques and paradigms to converge IoT technologies with the Cloud-Edge computing continuum, creating seamless interaction between IoT devices and hyper-distributed applications in interoperable environment for implementing new and more efficient services. Efforts have focused on the virtualization of both IoT devices and networks. This thesis aims to address modern challenges focusing on the development of Virtual Objects (VOs) and Composite VOs (cVOs), and on the creation of a software stack, the VOStack, which facilitates the convergence between IoT and the virtualized infrastructures of Edge and Cloud computing. The VOs are software components representing the counterparts/extensions of physical objects deployed within the virtualized network infrastructure like the Multi-Access Edge Computing (MEC). A new service, the cVO, aggregates multiple VOs to develop composite services in support of specific applications. VOs and cVOs are developed as microservices, using standard protocols and semantics, to enhance interoperability for the virtualization of physical devices. The designed VO and cVO leverage on the Open Mobile Alliance Lightweight Machine-to-Machine (OMA-LwM2M) semantic standard and, at startup, initialize and shape their functionalities based on the properties of the corresponding physical counterpart they represent. VOs, freed from the constraints of the physical world, provide greater interoperability, better access to resources, improved device computational capabilities, data historization, contextual awareness, scalability, and orchestration offering new functionalities for future applications.

L'Internet delle cose (IoT) ha rivoluzionato l'uso della rete ed è uno dei principali motori delle reti di nuova generazione (5G, 6G). Per superare le nuove sfide, la ricerca attuale sta sviluppando nuove tecniche e paradigmi per convergere le tecnologie IoT con il continuum del Cloud-Edge computing, creando un'interazione senza soluzione di continuità tra i dispositivi IoT e le applicazioni iper-distribuite in un ambiente interoperabile per implementare servizi nuovi e più efficienti. Gli sforzi si sono concentrati sulla virtualizzazione sia dei dispositivi IoT che delle reti. Questa tesi mira ad affrontare le sfide moderne concentrandosi sullo sviluppo di Oggetti Virtuali (VO) e Oggetti Virtuali Compositi (cVO), e sulla creazione di uno stack software, il VOStack, che facilita la convergenza tra IoT e le infrastrutture virtualizzate del Edge e del Cloud computing. I VO sono componenti software che rappresentano le controparti/estensioni degli oggetti fisici implementati all'interno dell'infrastruttura di rete virtualizzata come il Multi-Access Edge Computing (MEC). Un nuovo servizio, il cVO, aggrega più VO per sviluppare servizi compositi a supporto di applicazioni specifiche. VO e cVO sono sviluppati come microservizi, utilizzando protocolli e semantica standard, per migliorare l'interoperabilità per la virtualizzazione dei dispositivi fisici. Il VO e il cVO progettati si basano sullo standard semantico Open Mobile Alliance -Lightweight Machine-to-Machine (OMA-LwM2M) e, all'avvio, inizializzano e modellano le loro funzionalità in base alle proprietà della corrispondente controparte fisica che rappresentano. I VO, liberati dai vincoli del mondo fisico, offrono una maggiore interoperabilità, un miglior accesso alle risorse, migliori capacità computazionali dei dispositivi, storicizzazione dei dati, consapevolezza contestuale, scalabilità e orchestrazione offrendo nuove funzionalità per le future applicazioni.