Desenvolvimento de sistemas de armazenamento para redes de sensores sem fio baseado em máquinas de estados

Abstract

Resumo: A crescente demanda por dispositivos sensores, elementos-chave dos sistemas ciberfísicos (CPS) e da Internet das Coisas (IoT), exige que novos modelos de armazenamento sejam desenvolvidos para lidar com o grande volume de dados gerados. Porém, a especificação e implementação de tais sistemas é uma tarefa complexa, principalmente pela falta de suporte para reutilização de código e pela dificuldade em definir o fluxo de execução. Para resolver este problema, nesta dissertação é apresentado o SMDM-SD (State Machine Development Model for Sensor Devices), um modelo de desenvolvimento de software para redes de sensores sem fio (RSSF) baseado em máquinas de estados. No SMDM-SD o programador projeta o fluxo geral de execução do sistema como uma máquina de estados com transições lógicas e transições baseadas em eventos. Para a implementação da máquina, foi desenvolvida uma linguagem específica de domínio, chamada SLEDS-SD (State Machine-based Language for Event-Driven Systems for Sensor Devices), com estruturas de controle que se assemelham às transições usadas na fase de projeto. Um programa SLEDS-SD pode ser visto como uma orquestração de serviços fornecidos por componentes reutilizáveis, associados às entidades da aplicação. Em sua implementação atual, o SLEDS-SD gera código nesC, que pode ser instalado em dispositivos baseados em TinyOS. A avaliação do SMDM-SD envolveu o desenvolvimento de três modelos de armazenamento. A eficiência da proposta foi avaliada determinando a quantidade de reutilização de código promovida pelo modelo. Além disso, sua eficácia foi avaliada comparando as funcionalidades dos sistemas resultantes com as relatadas em outros estudos. Palavras-chave: Modelo de Desenvolvimento. Sistemas de Armazenamento. Rede de Sensores.

Abstract: The growing demand for sensor devices, key elements of cyber-physical systems (CPS) and the Internet of Things (IoT), requires that new models of storage systems be proposed to deal with the huge volume of generated data. However, the specification and implementation of such systems is a complicated task, especially for the lack of support for code reuse and the difficulty in defining the execution flow. To address this problem, in this dissertation we present SMDM-SD (State Machine Development Model for Sensor Devices), a software development model for wireless sensor networks (WSN) based on state machines, that supports the development of storage systems. In SMDM-SD the programmer designs the overall execution flow of the system as a state machine with both logical and event-based transitions. For the implementation of the state machine, we have developed a domain specific language, called SLEDS-SD (State Machine-based Language for Event-Driven Systems for Sensor Devices), with control structures that closely resembles the transitions used in the design phase. A SLEDS-SD program can be seen as an orchestration of services provided by reusable components associated with application entities. In its current implementation, SLEDS-SD generates nesC code, which can be installed in TinyOS-based devices. The evaluation involved the development of three storage models. The efficiency of the proposal was evaluated by deterining the amount of code reuse promoted by the model. Its efficacy was evaluated by comparing the resulting systems performance with those reported in previous studies. Keywords: Development Model. Storage Systems. Sensor Network.