Towards a distributed autonomous avatars-based approach for the discovery and selection of IoT services
Vers une approche de découverte et de sélection distribuées des services IoT basées sur des avatars autonomes
Résumé
The Internet of Things (IoT) is defined as a complex infrastructure made up of a large number of heterogeneous devices. It relies on information and communication technologies to interconnect these devices and allow them to exchange their data to provide a variety of value-added services. The Web of Things (WoT) makes it possible to implement this vision by leveraging the Web to virtualize and interconnect IoT objects in a transparent way. IoT systems often operate in dynamic, unpredictable and mobile environments with limited resources. Therefore, virtualized IoT objects on the web need autonomous reasoning and decision-making skills to adapt their behaviors to their context. For this, we propose to extend passive virtual objects with reasoning mechanisms based on semantic models. This extension is called an autonomous avatar.An avatar can provide multiple services which can be discovered, retrieved, and composed to create new IoT applications through service discovery and selection techniques. However, with the proliferation and exceptional growth in the number of connected objects, these methods are becoming problematic. To overcome these challenges, we offer the integration of social media concepts for IoT. They allow the collective intelligence to emerge from a group of avatars who can provide much more interesting and rich answers to complex problems than a single avatar. In addition, they accelerate and facilitate navigability in a large-scale dynamic IoT network. To integrate this concept, we propose an approach based on the notion of social distance. To reduce discovery search space and better target the transmission of requests to appropriate avatars, a clustering method based on the Fuzzy C-means algorithm is proposed to classify social avatars according to their functionality.The discovered IoT services have different non-functional characteristics, particularly in terms of quality of service (QoS). In this context, we propose a new approach of distributed selection which takes into account QoS parameters as well as their fluctuation. A first approach based on a Multi-Objective Evolutionary Algorithm (MOEA) has been proposed in order to decompose the global QoS constraints into a set of local constraints thus making it possible to carry out a local selection. This approach was then extended by supervised machine learning mechanisms to predict local constraints. To do this, we have proposed an approach based on SVM (Support Vector Machine).The proposed approaches are evaluated in the context of connected vehicles and through a series of experiments. The experimental results show the effectiveness of our approaches for the discovery and selection of services and the advantages they provide, in particular compared to traditional centralized approaches.
L’Internet des Objets (Internet of Things, IoT) est défini comme une infrastructure complexe composée d’un grand nombre de dispositifs hétérogènes. Il s’appuie sur les technologies de l’information et de la communication pour interconnecter ces appareils et pour leur permettre d’échanger leurs données pour fournir une variété de services à valeur ajoutée. Le Web des Objets (Web of Things, WoT) permet de mettre en œuvre cette vision en s’appuyant sur le Web pour virtualiser et interconnecter les objets IoT de manière transparente. Les systèmes IoT fonctionnent souvent dans des environnements dynamiques, imprévisibles et mobiles avec des ressources limitées. Par conséquent, les objets IoT virtualisés sur le Web ont besoin de capacités de raisonnement et de prise de décision autonomes pour adapter leurs comportements à leur contexte. Pour cela, nous proposons d’étendre les objets virtuels passifs avec des mécanismes de raisonnement basés sur des modèles sémantiques. Cette extension est appelée avatar autonome.Un avatar peut fournir plusieurs services qui peuvent être découverts, récupérés et composés pour créer de nouvelles applications IoT grâce à des techniques de découverte et de sélection de services. Cependant, avec la prolifération et l’évolution exceptionnelle du nombre d’objets connectés, ces méthodes deviennent problématiques. Pour surmonter ces défis, nous proposons l’intégration des concepts des réseaux sociaux pour l’IoT. Ils permettent de faire émerger l’intelligence collective d’un groupe d’avatars qui peuvent fournir des réponses beaucoup plus intéressantes et riches à des problèmes complexes qu'un seul avatar. De plus, ils accélèrent et facilitent la navigabilité dans un réseau IoT dynamique à large échelle. Pour intégrer ce concept, nous proposons une approche s’appuyant sur la notion de distance sociale. Pour réduire l’espace de recherche de découverte et mieux cibler la transmission des requêtes aux avatars appropriés, une méthode de clustering basée sur l’algorithme fuzzy c-means est proposée pour classer les avatars sociaux selon leurs fonctionnalités.Les services IoT découverts possèdent des caractéristiques non-fonctionnelles différentes notamment en termes de qualité de service (QoS). Dans ce contexte, nous proposons une nouvelle approche de sélection distribuée qui tient compte des paramètres de QoS ainsi que de leur fluctuation. Une première approche basée sur un algorithme génétique évolutionnaire multi-objectifs (MOEA, Multi- Objective Evolutionary Algorithm) est proposée afin de décomposer les contraintes de QoS globales en un ensemble de contraintes locales permettant ainsi d’effectuer une sélection locale qui garantit le respect des contraintes globales. Cette approche a été ensuite étendue par des mécanismes d’apprentissage automatique supervisé pour prédire les contraintes locales. Pour ce faire, nous avons proposé une approche basée sur SVM (Support Vector Machine).Les approches proposées sont évaluées dans le contexte des véhicules connectés et via une série d’expérimentations. Les résultats expérimentaux montrent l’efficacité de nos approches pour la découverte et la sélection de services et les avantages qu'elles fournissent notamment par rapport aux approches traditionnelles centralisées.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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