Architecture Logicielle pour des Applications Hétérogènes,

Distribuées et ReconfigurablesEquipe-projet ALCooL

Christine Louberry, Emmanuel Bouix, Marc Dalmau, Sophie Laplace,

Philippe Roose

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Exemple d’application

• Surveillance :– Capteurs : infrarouge, température, etc.– Caméras– Composants logiciels de traitement : analyse d’images, etc.

Logiciel de détection de mouvement

Détecte et localise la présence d’intrus

• Approche zone dangereuse : Caméra + logiciel capture vidéo� affiche la vidéo et suit l’intrus

• Anticipation du mouvement pour activer les caméras d’une zone

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Introduction

• Emergence des capteurs sans-fil ces dernières années

• Nombreux défis dans les domaines des réseaux et des architectures logicielles

• Optimisation des ressources :– Matérielles : énergie (batterie), capacité de

calcul, etc.– Réseaux : congestion, agrégation de données,

etc.

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Introduction

• Utilisation des capteurs principalement pour leurs fonctions propres de mesures de l’environnement

• Peu de travaux sur l’intégration des capteurs dans des environnements hétérogènes

� Collaboration directe entre capteurs et composants logiciels

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Problématique

• Capteurs : dispositifs effectuant des mesures de l’environnement et transmettant de l’information, dotés d’une capacité de calcul et de mémoire

� Peuvent héberger des composants logiciels en relation ou non avec leur fonction

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Nouvelles possibilités

�Proposition de nouvelles configurations�Accroissement de l’offre de QdS

Transmission coûteuse en énergie

Cas des Kamikaze

Logiciel de compression

Pré-traitement : Réduction des données àtransmettre

Mesure 1

Mesure 2

Variation Interprétation des données

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Proposition

• Utiliser les capteurs comme support de composants logiciels�Possibilité de minimiser les informations transmises

(traitement local)�Possibilité de gestion de ressources (délocaliser un

composant sur un périphérique moins limité)�Possibilité de prise en compte de la mobilité (fonction

relais avec traitement sur le chemin)

Tout cela est vu comme de la gestion de QdS

�gestion par reconfiguration dynamique : PF de supervision (travaux antérieurs)

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Objectif

• Proposer une architecture logicielle pour la reconfiguration dynamique d’applications constituées de composants hétérogènes (capteurs et composants logiciels)

• Comment :Paradigme service : outils et caractéristiques adaptés à de telles applications

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Paradigme service

Objectifs :�Favoriser la réutilisation et la maintenance

d’applications évolutives�Offrir des mécanismes de description, publication et

découverte des servicesDéfinition :�Un service est une entité autonome indépendante

de la plateforme d’exécutionIntérêt :�Dialogue (connexion) entre les services sans

connaissance a priori

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Composants

• Application basée sur le modèle de composant unifié Osagaia

�Modèle permettant de faire abstraction de la nature logicielle ou matérielle des composants

• Trois entités– Composant Métier (CM)– Processeur Élémentaire (PE)– Conduit

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Composant Métier

• Implémente un traitement particulier de données (implémentation fonctionnelle)

• Encapsulé dans un Conteneur (PE)• Capteur :

– fonctionnalités particulières de mesure de l’environnement : température, luminosité, déplacement, etc

– fonctionnalités hébergées selon besoins

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Conteneur pour le Composant Métier (partie non-fonctionnelle)

Processeur Élémentaire

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Processeur Élémentaire

Fonctions :�Échanges de données avec les autres

composants grâce aux unités d’échange– Unité d’Entrée (UE)

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Processeur Élémentaire

Fonctions :�Échanges de données avec les autres

composants grâce aux unités d’échange– Unité d’Entrée (UE)– Unité de Sortie (US)

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Processeur Élémentaire

�Contrôle du fonctionnement du CM (cycle de vie, états, etc.) grâce à l’Unité de Contrôle (UC) (lien avec la plateforme)

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Conduit

Fonctions :�Transport de l’information

– Gestion du transport par réseau– Proposition de politiques de communication

• Ex : synchronisation inter-flux

�Connexion/Déconnexion entre les PE– ports d’entrée/sortie

• Port de sortie d’un conduit se connecte à des ports d’entrée de Conteneurs et inversement

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Conduit

Composition :– Unités d’échange (UE et US)

– UC pour superviser le transport (lien avec la PF)

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Plateforme

Composition :– Supervision– Usine à Conteneur– Usine à Conduit– Routage

Distribution de la PF sur les différents hôtes de l’application

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Service Supervision

Service principal : • Évaluation QdS de l’application• Reconfiguration : Transmission requêtes :

�Déploiement des CM (Usine à Conteneur)

�Politique de communication (déploiement, connexion /déconnexion) des Conduits (Usine àConduit)

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Service Usine à Conteneur

• Création de PE adaptés :– Au CM– À l’hôte

• Actions :�Réception requête service Supervision�Téléchargement du CM�Encapsulation�Déploiement selon l’hôte�Lancement

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Service Usine à Conduit

• Création des Conduits�Implémentation de la politique de communication

choisie

• Actions :�Réception requêtes service Supervision�Déploiement selon l’hôte�Connexion/Déconnexion PE (service

Routage)�Suppression

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Service Routage

• Création et mise à jour d’une table des routes disponibles pour atteindre les composants de l’application

• Détection des changements de topologie – Disparition de capteurs :

• Panne• Déplacement hors zone de couverture

� Information au service Supervision

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Scénarii de déploiement

• Déploiement différent selon l’hôte– Hôte fixe : contraintes négligeables. Ex : PC

alimenté.– Hôte léger : contraintes de ressources :

• CDC : téléphone portable, PDA, etc.• CLDC : capteurs, etc.

• Cas des hôtes légers : certains services et certaines parties de composants seront déportés sur un hôte plus performant.

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Scénario Hôte fixeHôte fixe

ConduitPE + CM

Supervision

Plateforme

Usine àConteneur

Routage

Usine àConduit

état

état

dem

ande

état

requête requête

crée/

dét

ruit

crée/détruit

Dépôt de

CM

Déploiement total de la plateforme et des composants (PE + CM, Conduit)

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Scénario Hôte légerHôte fixe

Supervision

Plateforme

Usine àConteneur

RoutageUsine àConduit

Dépôt de CM

US

UE

CapteurA (CLDC)

UC de

PE1éta

tConduit 2

Conduit 3

Conduit 1

UC de

Conduit3

CMétat

PE1

Sup

état

• Déploiement partiel de la plateforme

• Déploiement partiel des PE et Conduits

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Travaux Apparentés

Russo and al.

• Combinaison de deux architectures (matérielle et logicielle) pour l’échange d’information entre capteurs et applications

+ Ajout/suppression de services pour gérer la mobilitéphysique et fonctionnelle des capteurs� Utilisation d’un framework OSGi sur serveur

- Centralisation des informations de mesures sur un serveur

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Travaux Apparentés

Grace and al.• Intergiciel évolutif selon l’environnement• Deux niveaux de reconfiguration : capteur

(structure) et réseau (calibrage)+ Architecture distribuée- Pas d’ajout, suppression ou modification des

fonctionnalités d’un capteur spécifique (tout ou rien)

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Travaux Apparentés

Kogekar and al.• Architecture réactive au contexte (environnemental et

applicatif)�Modification des fonctionnalités des nœuds

• Entrepôt de configurations possibles a priori• Collaboration de composants dédiés

�Mesure de la QdS�Reconfiguration

+ Distribution sur tous les noeuds+ Semblable à la collaboration de services de notre PF- Evaluation QdS du fonctionnement des nœuds

+ PF : évaluation QdS échanges d’information (UC Conduit)- Composition des applications : capteurs uniquement- Dynamicité réduite par les configurations a priori

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Conclusion

• Intégration des périphériques contraints dans les applications

• Gestion et reconfiguration des applications hétérogènes• Capteur : nouveau support pour les fonctionnalités � traiter

les informations et minimiser les transferts• PF : Collaboration de services� Évaluation QdS et changement de contexte

– Assurer le service– Améliorer la QdS– Anticiper des dégradations

� Ajout/suppression de composants/connexions� Déploiement selon contraintes (CDC/CLDC) et contexte

fonctionnel

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Perspectives

• Développement et déploiement de la PF sur capteurs, téléphones mobiles et PDA.– Prototypage avec différents périphériques : capteurs,

PDA, téléphones mobiles (différents modes de communication)

– Valider la PF– Tester les scénarii de déploiements– Mesures de performance

• Étude de nouvelles politiques de communication : temps-réel, tolérance aux pertes, etc.

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Références• Dalmau, M., Roose, P. , Bouix, E. , Luthon, F. A Multimedia Oriented Component Model,

The IEEE 19th International Conference on Advanced Information Networkgin et Applications, AINA 2005, 2005.

• Elfatatry, A. Dealing with change: components versus services, Communications of the ACM, August 2007, Volume 50, No. 8.

• Grace, P., Coulson, G., Blair, G., Porter, B., and Hughues, D. Dynamic recongifuration in sensor middleware, MidSens’06, (Melbourne, Australia, November 27-December 1), 2006.

• Kogekar, S., Neema, S., and Koutsoukos, X. Dynamic software reconfiguration in sensor networks, Systems Communications 2005 (ICW / ICHSN / ICMCS / SENET 2005), IEEE Computer Society, (14-17 August 2005, Montreal, Canada), 2005.

• Laplace, S. , Dalmau, M. , Roose, P. Kalinahia: Considering quality of service to design and execute distributed multimedia applications, IEEE/IFIP Int'l Conference on Network Management and Management Symposium, NOMS 2008, (Salvador de Bahia, Brésil, Avril, 2008), 2008.

• Louberry, C., Roose, P., and Dalmau, M. Heterogeneous component interactions: Sensors integration into multimedia applications, Journal of Networks, Academy Publisher, 2007, Volume 3, No. 2.

• Russo, J., Helal, A., King, J., and Bose, R. Self-describing sensor networks using a surrogate architecture, Internal Report, Mobile&Pervasive computing research, University of Florida, June, 2005.

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Questions