A federation framework for heterogeneous iot services at the edge of the network

In the Internet of Things (IoT) arena, a constant evolution is observed towards the deployment of integrated environments, wherein heterogeneous devices pool their capacities to match wide-ranging user requirements. Solutions for efficient and synergistic cooperation among objects are required. This thesis focuses on a novel framework, i.e., Mobile-IoT-Federation-as-a-Service (MIFaaS), to support dynamic federation of IoT services provided by private/public local clouds of devices at the edge of the network. Differently from device-oriented approaches typical of Mobile Cloud Computing, the proposed paradigm envisages that all devices belonging to the same private/public owner can participate in the federation process, thus increasing the opportunities of reciprocal support and the number of service requests satisfied. Specific solutions have been also designed to support user mobility in a distributed multi-edge environment, to meet the desired latency constraints for delay sensitive applications. To this aim, 5G cellular systems have been considered to analyse the impact of networking in service provisioning. Furthermore, accounting for the resource limitations of edge nodes and IoT devices, lightweight virtualization technologies, such as Docker container, have been introduced in the overall framework to deploy the desired services, guaranteeing a reduced overhead compared to traditional hypervisor-based virtualization. Finally, detailed analysis of orchestration methodologies has allowed for evaluating the service deployment in dynamic heterogeneous IoT environments at the network edge.

Nell’area di ricerca dell’Internet of Things (IoT), si sta osservando una costante evoluzione verso lo sviluppo di ambienti integrati, al cui interno dispositivi eterogenei possono condividere le loro funzionalità per soddisfare molteplici servizi richiesti dagli utenti. Per promuovere una tale sinergica cooperazione, nuove soluzioni sono necessarie. Questa tesi si focalizza su un framework innovativo, chiamato Mobile-IoT-Federation-as-a-Service (MIFaaS), al fine di supportare la federazione dinamica di servizi IoT forniti da cloud locali costituiti da dispositivi privati/pubblici ai bordi della rete. Differentemente da approcci orientati ai singoli dispositivi tipici del Mobile Cloud Computing, il paradigma proposto prevede che tutti i dispositivi appartenenti allo stesso proprietario privato/pubblico possano partecipare nel processo di federazione, incrementando così le opportunità di supporto reciproco ed il numero di richieste di servizi soddisfatte. Soluzioni specifiche sono state inoltre definite per supportare la mobilità degli utenti in un ambiente distribuito costituito da molteplici nodi edge, al fine di soddisfare i vincoli di latenza per applicazioni sensibili al ritardo. In quest’ottica, sono stati considerati i sistemi cellulari di prossima generazione 5G, in modo da analizzare l’impatto della rete nella fornitura dei servizi. Inoltre, tenendo conto delle limitazioni in termini di risorse sia dei dispositivi IoT sia dei nodi edge, tecnologie di virtualizzazione “lightweight”, come i container Docker, sono state introdotte nel framework per fornire i servizi desiderati, garantendo un ridotto overhead rispetto a soluzioni di virtualizzazione tradizionali basate su hypervisor. Infine, un’analisi dettagliata delle metodologie di orchestrazione ha consentito di valutare le procedure di gestione dei servizi in ambienti IoT eterogenei ai bordi della rete.