Systmes dinformation pervasifs

1
Systèmes dinformation pervasifs

• Unité denseignement de base
• Frédérique Laforest

2
Qui suis-je?

• Frédérique Laforest
• frederique.laforest_at_insa-lyon.fr
• http//liris.cnrs.fr/frederique.laforest
• Maître de conférences INSA de Lyon
• Recherche au LIRIS
• axe systèmes dinformations communicants,
• équipe Systèmes dinformation pervasifs
• Mots-clés
• Systèmes pervasifs
• Adaptation et context-awareness
• Interfaces utilisateurs
• Enseignement au département Télécommunications
• modélisation objet, java, web, bases de données,
  systèmes pervasifs

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Plan

• Introduction
• Architectures des systèmes dinformation
  distribués et pervasifs
• Trois niveaux de recherche en systèmes pervasifs
• matériel et système
• réseau
• système dinformation
• découverte de services
• gestion de données
• context-awareness
• adaptation des données, des interfaces
  utilisateurs et des services
• Exemples de projets pervasifs
• Conclusion

4
Introduction
5
Système dinformation

• Objectif
• Production, collection, traitement,
  enregistrement et diffusion de linformation
• Composantes
• Utilisateurs et administrateurs
• Logiciels
• Machines et matériels
• Réseaux

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Exemple de système dinformation

• Suivi de patients hospitalisés à domicile
• Utilisateurs et administrateurs
• patients, médecins de ville, infirmières,
  praticiens hospitaliers, pharmacien, association
  de suivi
• Logiciels
• dossier patient électronique, workflow,
  rendez-vous, imagerie, mailing, saisie de données
  au domicile, télésurveillance
• Machines et matériels
• matériel médical chez le patient (dialyseur,
  thermomètre électronique), matériel à lhôpital
  (radiologie, chimiothérapie), terminal patient,
  terminaux des acteurs de santé mobiles ou fixes
• Réseaux
• Liaison réseau privé de lhôpital, association de
  suivi, domicile

7
Une nouvelle vision de linformatique

• Environnement informatique
• Avant environnement virtuel dans lequel nous
  entrons pour effectuer une tâche et dont nous
  sortons à la fin de la tâche
• Aujourdhui espace physique amélioré de gestion
  de linformation
• Application
• Avant logiciel pour exploiter un matériel
• Aujourdhui moyen pour lutilisateur
  deffectuer une tâche

8
(No Transcript)
9
Les ordinateurs dhier remplissaient les pièces
10
Ceux de demain aussi!!
11
Motivation

• Aujourdhui, lInternet connecte tous les
  ordinateurs
• Demain, tout objet sera  intelligent  (smart)
• Processeurs embarqués
• Et ils seront tous interconnectés
• Communication sans fil

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Linformatique embarquée pour la coopération

• Tout objet du monde réel sera enrichi de
  capacités de traitement de linformation
• Processeurs embarqués
• Dans chaque objet quotidien
• Petit, bon marché, léger
• Communications sans fil
• Réseaux spontanés
• Capteurs

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Les objets intelligents

• Peuvent se souvenir des événements importants
• Mémoire
• Présentent un comportement dépendant du contexte
• Capteurs
• Ils sont interactifs
• Communiquent avec leur environnement
• En réseau avec les autres objets intelligents

14
Ces objets sont-ils vraiment smart??
15
Systèmes dinformation pervasifs la genèse

•  Calm technology 
• Mark Weiser, 1991
•  A new way of thinking about computers in the
  world, one that takes into account the natural
  human environment and allows the computers
  themselves to vanish in the background 
•  The most profound technologies are those that
  disappear. They weave themselves into the fabric
  of everyday life until they are indistinguishable
  from it 

16
Systèmes dinformation pervasifs la référence

• M. Satyanarayanan, 2001
• Étape suivante, après systèmes distribués et
  systèmes mobiles
• 4 challenges
• Utilisation effective des espaces intelligents
  (smart spaces)
• Invisibilité
• Scalabilité
• Transparence des inégalités denvironnements
• Pervasive computing environment  one saturated
  with computing and communication capability, yet
  so gracefully integrated with users that it
  becomes a technology that disappears 

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Définitions

• Ubiquitaire
• Accessible de nimporte où
• Mobile
• Qui intègre les terminaux mobiles
• Context-aware
• Qui prend en compte le contexte dexécution
• Pervasif
• Qui associe ubiquité, mobilité et
  context-awareness
• Ambiant
• Qui est intégré dans les objets quotidiens

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Vue  système  dun système pervasif

• Adapté de Saha Mukherjee, 2003

Système pervasif
Système mobile
19
Devoirs des SI distribués

• Persistance des données
• Échange de données entre applications hétérogènes
  
• Répartition des données sur des sites distants
• Gestion de la cohérence permanente des données
• Interopérabilité des plates-formes
• Portabilité des applications
• Gestion des accès concurrents
• Intégration des systèmes legacy
• Ouverture
• Sécurité

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Devoir des SI pervasifs

• Ceux des SI distribués
• ET
• Scalabilité
• Invisibilité
• Context-awareness
• Intelligence ( smartness )
• Pro-action  all the time everywhere 

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Scalabilité

• Passage à léchelle
• Gérer des volumes de plus en plus grands de
• utilisateurs
• applications
• appareils connectés
• Développer des applications dont le cur est
  indépendant du volume, des utilisateurs et des
  appareils
• Utiliser des techniques dadaptation pour pouvoir
  répondre à chaque cas

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Invisibilité

• Nécessiter un minimum dintervention humaine
• Sadapter seul aux changements
• Auto-apprentissage
• Par exemple,
• reconfiguration dynamique des caractéristiques
  réseau dun appareil
• Accès aux ressources dun  espace  en fonction
  de lappartenance à la zone géographique de cet
  espace. Sortie de lespace définition des
  limites de lespace!

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Context-awareness

• Perception de lenvironnement pour interagir plus
   naturellement  avec lutilisateur
• Capteurs de lenvironnement physique
• Matériels auto-descriptifs
• Description des personnes
• Méta-données sur les applications

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 Smartness 

• Smart intelligent, à lesprit vif, malin,
  débrouillard
• Percevoir le contexte dexécution ne suffit pas
• Il faut utiliser efficacement les informations du
  contexte
• Exemple maison intelligente

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Pro-action

• Suggérer, proposer des actions correctives à
  lutilisateur en fonction du contexte présent ou
  prédit
• Par exemple se déplacer de 100 mètres pour
  atteindre un réseau plus performant et ainsi
  accomplir une tâche dans un temps  correct 
• Attention à balancer avec linvisibilité!
• Sous-entend de savoir
• Prévoir un événement, une situation,
• Évaluer une situation courante ou possible,
• Comparer deux situations et juger de la meilleure
• Que  ça vaut le coup  de transgresser
  linvisibilité

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References bibliographiques Introduction

• M. Weiser  The computer for the twenty-first
  century , Scientific American, sept 199194-104
• M. Satyanarayanan  Pervasive computing Visions
  and challenges , IEEE Personal Communications,
  aug. 200110-17
• D. Saha A. Mukherjee  Pervasive computing a
  paradigm for the 21st century , IEEE Computer
  journal, march 200325-31
• F. Mattern.  Ubiquitous Pervasive Computing A
  Technology-driven Motivation , Summer school on
  ubiquitous and pervasive computing, 2002
• S. Frénot  Cours Middleware , Dpt
  Télécommunications, INSA de Lyon, 2004

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Architecture des systèmes dinformation
distribués et pervasifs

• 1- ancêtres
• 2- middleware
• 3- systèmes mobiles
• 4- grilles de calcul
• 5- peer-to-peer

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Les ancêtres le PC

• A démocratisé linformatique
• A permis une croissance gigantesque en matière de
  composants matériels
• A permis le développement des interfaces
  utilisateurs graphiques
• Na pas fourni le potentiel attendu en matière de
  traitement de linformation

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Les ancêtres le Web

• Pionnier dinfrastructure de communication et
  dinformation ubiquitaire
• A lorigine, na pas été pensé comme une
  infrastructure pour systèmes distribués
• A créé une culture qui a permis dimaginer les
  systèmes pervasifs

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Les ancêtres le Client/Serveur

• C/S de présentation
• Client gestion de la présentation
• Serveur réalisation de l'ensemble des
  traitements
• C/S de traitement
• C Gestion de la présentation traitements
  applicatifs
• S Gestion de l'accès aux BD
• C/S multi-tiers
• C Gestion de la présentation
• Serveur applicatif Connaissance des traitements
  métiers
• Serveur de données gestion des accès aux BD

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Client-serveur de présentation

• Déporter l'affichage sur un réseau
• telnet
• Xwindows
• NTTerminal Serveur
• Le développement est  presque  centralisé
• Architecture dénommée  client léger 
• Avantages
• Déploiement facile
• Maintenance facile
• Client à faibles ressources
• Inconvénients
• Goulot détranglement serveur
• Sous-exploitation du client

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Client-serveur de traitement

• Le poste de travail héberge lensemble de la
  gestion dinterface homme-machine et le
  traitement,
• Le serveur est un serveur de base de données
• Architecture dénommée  client obèse 
• Avantage Mise en uvre efficace pour un nombre
  réduit de clients
• Inconvénients
• Coûts de déploiement ?
• Coûts de MAJ ?
• Accès concurrents ?
• Hétérogénéité sur BD ?

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Client-serveur 3 niveaux (3-tier)

• Le poste de travail héberge la gestion
  de linterface homme-machine et une partie des
  traitements,
• Le serveur dapplications gère lautre partie des
  traitements
• Le serveur de données gère les accès aux données
• Architecture dénommée  traitements coopératifs 

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Client-serveur 4 ou n niveaux (4-tier, n-tier)

• Le poste de travail héberge un navigateur
  standard,
• Le serveur (HTTP) gère la partie présentation de
  linterface homme-machine
• Le serveur dapplications gère les traitements
• Le serveur de données gère les accès aux données
• Architecture de collaboration

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Le Client / Serveur

• Avantages
• Première infrastructure informatique pour un
  travail coopératif
• Centralisation des traitements au niveau du
  serveur
• Pas de duplication des données (état global
  observable, gestion plus simple de la cohérence
  et de l'intégrité des données)
• Maîtrise globale des processus
• Inconvénients
• Relation directe C/S
• Pas de transparence sur la localisation
• Augmentation de l'hétérogénéité
• Modèle rigide !
• Ni portable ni inter-opérable

36
Client-serveur la distribution à "l'ancienne"
37
Client-serveur la distribution à "l'ancienne"

• Elle nécessite des compétences humaines précises
• Systèmes propriétaires
• Gestion de transactions
• Définition de queues de messages
• Réplication et Synchronisation de BD
• Gestion des pannes
• Sécurité des communications
• Développement de clients
• Elle pose des problèmes techniques
• Nécessite de nombreux serveurs pour l'équilibrage
  de charge
• Nécessite une programmation complexe pour pouvoir
  évoluer

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Du C/S au middleware explicite

• C/S
• Le client et le serveur sont développés en
  collaboration
• Objet distant
• Client et serveur sont liés par une interface
• La couche réseau est masquée au client et au
  serveur
• Notion de code applicatif/code non applicatif

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Middleware architectures

• Environnements et plates-formes dexécution pour
  développer des services métiers
• Architecture middleware à objets distribués
• Services dinfrastructure
• Serveur middleware de composants de base
• Services standardisés dinfrastructure
• Serveur middleware de composants intégrés
• Infrastructure de gestion des composants

40
Middleware architecture générale
41
Architectures middleware à objets distribués
42
Architectures middleware à objets distribués

• Services métier
• objets distribués sur différents serveurs
• API des objets conforme à un standard
• Rôle du middleware
• Services dinfrastructure
• Transparence de la localisation, de
  lhétérogénéité (langages, OS, machine), de la
  couche transport réseau

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DCOM (Microsoft)

• Distributed Component Object Model
• Spécifications des interfaces au niveau binaire
• Indépendance / Langage de programmation
  Assembleur, C, C, Pascal, Visual Basic, Visual
  J
• Interfaces et composants ont un identifiant
  unique GUID (Globally Unique Identifier)
• Interface non modifiable, à refaire
• RPC (Remote Procedure Call)
• Multithread
• Appels synchrones, asynchrones, concurrence,
  interblocage
• Sécurisé
• Droits utilisateurs
• Durée de vie des objets
• Références sur un objet

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CORBA (OMG)

• Common Object Request Broker Architecture
• IDL (Interface Definition Language)
• Indépendance / Langage de programmation. Mappé
  sur C, C, Java, COBOL, Smalltalk, Ada, Lisp,
  Python et IDLscript.
• ORB (Object Request Broker)
• Bus de communication
• IIOP (Internet Interoperable Protocol)
• Naming Service, Trader Service, etc.
• http//www2.lifl.fr/merle/corba/cours/

IIOP
Impléms Orbix, Visibroker, JBroker, Voyager
ORB, etc.
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.NET (Microsoft)

• Plateforme de développement, de déploiement,
  dexécution
• API .NET Framework
• Assembly, WebServices
• Indépendance / Langage beaucoup !
• Common Language Infrastructure (CLI)
• Common Intermediate Language (CIL) Microsoft
  Intermediate Language (MSIL)
• Common Language Runtime (CLR)
• SOAP (HTTP, XML/RPC), DCOM
• Active Server Pages (ASP.NET), ActiveX Data
  Objects (ADO)
• Impléms MS .net, Mono, DotGNU

46
Serveur middleware de composants de base
47
Serveur middleware de composants intégré
48
Services du container d'objets métiers

• Services internes
• Gestion de la charge du serveur
• (cycle de vie, accès client, passivation...)
• Service de nommage
• Gestion des accès aux objets métiers
• Services externes
• Gestion du mapping sur BD relationnelle
• Gestion des transactions
• Gestion des échanges de messages

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J2EE (Sun)

• Java 2 Platform, Enterprise Edition
• Multi-tier, multi-architecture plateforme
• API Java
• Composants et conteneurs Enterprise Java Beans
  (EJB) (javax.ejb.), Servlets (javax.servlet),
  WebServices
• Publications JavaServer Pages (JSP)
  (javax.servlet.jsp), Java Naming and Directory
  Interface (JNDI) (javax.naming)
• Base de données et transactions Java Database
  Connectivity (JDBC) (java.sql, javax.sql), Java
  Transaction API (JTA) (java.transaction.), etc.
• RMI (Remote Method Invocation), RPC, CORBA
• Nombreux serveurs dapplications JBoss, JRun,
  JOnAS, Weblogic, Websphere, Java System
  Application Server, etc. http//java.sun.com/j2ee/
  compatibility.html

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OSGi (OSGi Alliance)

• Open Services Gateway Initiative (anciennement)
• Plateforme de développement, de déploiement,
  dexécution
• API Java bundle
• Environnement dexécution (JVM), Modules, Gestion
  du cycle de vie, Service dannuaire
• Différents niveaux dexécution
• Services standardisés
• Niveau système Log Service, Configuration Admin
  Service, Device Access Service, User Admin
  Service, IO Connector Service, etc.
• Niveau protocole HTTP Service, UPnP Service,
  Jini Service, etc.
• Impléms oscar, Knopflerfish, felix

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Conclusion Middleware

• Avantages
• Interopérabilité
• API de développement
• Implantation de services standardisés
• Transparence, extensibilité
• Modifications au niveau middleware sans
  modification de l application
• Inconvénients
• Performance
• Un niveau de redirection en plus
• Difficile à évaluer
• Maintenance
• Sécurité

• Suivi continuel du middleware en plus de lappli

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Systèmes mobiles

• Début des années 90
• Essor des ordinateurs portables et des réseaux
  sans fil
• Assistant personnel (Personal Digital Assistant)
  (Palm, Pocket PC), ordinateur de poche (Handheld
  Computer) (Psion), ordinateur portable (Notebook,
  Laptops)
• Réseau à point daccès (GSM, GPRS, WiFi
  802.11a/b/g/n), réseau non centralisé, ad hoc
  (MANET Mobile Ad-hoc Networks), (IRDa,
  Bluetooth)
• Mobilité ?
• non permanence du terminal portable ou de la
  connexion réseau

Diapos 1 à 10
http//adapt.asr.cnrs.fr/reunions/20061003/slides/
guidec.pdf
53
Systèmes mobiles

• Avantages
•  Everything, every time, everywhere 
• Services, données tout le temps disponibles avec
  soi
• Inconvénients
• Contraintes physiques
• Variations impromptues de la qualité du réseau
• Déconnexions
• Faibles confiance et robustesse des éléments
  mobiles
• Limitations des ressources locales (poids, taille
  écran)
• Autonomie (batterie)
• Contraintes environnementales
• Disponibilité dune connexion réseau

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Systèmes mobiles

• Résultats actuels ? Domaine de
  recherche actif ? Systèmes pervasifs
• Techniques déconomie dénergie (gestion de
  mémoire, rapidité processeur en fonction de
  lénergie disponible)
• Accès aux informations (opérations déconnectées,
  contrôle de la cohérence des données)
• Support dapplications adaptatives (proxies,
  gestion adaptative des ressources système)
• Calcul et gestion de la localisation
• Systèmes dinformation
• Wap et imode (C/S et téléchargement)

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Systèmes mobiles précurseurs Coda

• Système de fichier
• Hoarding (fortement connecté)
• Chargement
• Préchargement
• Emulating (déconnecté)
• Travail en local
• Historique
• Write disconnected (faiblement connecté)
• Chargement
• Réintégration

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Systèmes mobiles précurseurs Odyssey

• Accès données depuis mobile
• Politiques de négociation qualité/données selon
  les ressources
• Fidélité / données originales
• Agilité / capacité à changer

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Grilles de calcul

• Système distribué qui permet le partage, la
  sélection et lagrégation de ressources
  géographiquement distribuées pour la résolution
  de problèmes à grande échelle
• Système distribué ensemble de machines (eg.
  Grid5000 en France5000 CPU hétérogènes sur 9
  sites)

58
Grilles de calcul

• Avantages
• Passage à léchelle
• Résolution de problèmes complexes (en terme de
  calcul, comme le décryptage de clef à X-bits,
  etc.)
• Mise à profit de toutes les ressources selon
  disponibilité
• Ordinateurs PC, clusters, (éléments mobiles)
• Logiciels
• Données et bases de données
• Matériels spécifiques
• Tolérance aux fautes

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Grilles de calcul

• Inconvénients
• Logiciels, middlewares, systèmes, standards en
  plein évolution
• Interactions difficiles entre systèmes de grille
  différents
• Applications statiques
• Précompilées pour un système de grille donné
• Non-interactives
• Grille pervasive grille intégrant des terminaux
  mobiles et donc toutes les problématiques des
  systèmes pervasifs.
• Les terminaux mobiles pouvant être vus comme de
  simples clients ou comme des nuds à part entière
  de la grille.
• pour en savoir plus cours de recherche Grilles
  de données

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Seti_at_Home Search for Extraterrestrial
Intelligence

• University of California at Berkeley
• Application de traitement de données
  radiotéléscopiques
• 40G / jour
• Recherche de fluctuations des signaux
• Client
• Économiseur décran pré compilé pour système
  donné
• http//setiathome.ssl.berkeley.edu/
• Voir aussi dautres applications Genome_at_Home,
  distributed.net (cryptage), etc.

61
Globus toolkit

• The Globus Alliance
• Middleware pour la grille
• Basic Grid Services Implementation
• Web Grid Services Core (Java et C/C)
• API de développement
• http//www.globus.org
• Voir aussi dautres middlewares JXTA, Legion,
  etc.
• http//www.gridcomputing.com/

62
Peer-to-peer

• Peer  partenaire 
• an entity with capabilities similar to other
  entities in the system.
• Les applications sont réparties sur lensemble
  des peers
• Pas de machine  maître , pas de serveur central
• Client/serveur vs. Peer-to-peer
• Client / Serveur
• Certains éléments sont fournisseurs de services
  (serveurs)
• Dautres sont consommateurs (clients)
• Peer-to-peer
• Chaque élément est à la fois client et serveur

63
Architecture peer-to-peer

• Les ressources dun peer sont similaires à celles
  des autres participants
• Les peers communiquent directement les uns avec
  les autres et partagent des ressources

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Challenges Peer to Peer

• Découverte de peers et gestion de groupes
• Localisation et positionnement des ressources
• Temps de recherche dune ressource
• Etat de chaque noeud
• Utilisation de la bande passante
• Sécurité, fiabilité
• Tolérance aux fautes

65
P2P Centralisé, pseudo-P2P

• Passage obligé par un point central
• Intérêts
• Recherche efficace
• Bande passante utile faible
• Inconvénients
• point central pro-blématique
• Convient à faible échelle seulement

Judy
66
Flooding P2P

• Une demande est envoyée dans toutes les
  directions
• Intérêts
• Pas de point central
• Inconvénients
• Recherches lentes
• Utilisation intensive de la bande passante

67
Document Routing P2P

• Le peer demandeur prévoit le routage pour
  atteindre le peer cible
• il a donc une connaissance de la topologie du
  réseau
• Intérêts
• Bande passante utile faible
• Inconvénients
• Tolérance aux fautes limitée redondance

68
Taxonomie dapplications P2P
69
BOINC grille ou pseudo-P2P??

• Berkeley Open Infrastructure for Network
  Computing
• plate-forme logicielle pour le calcul distribué
  utilisant les ressources matérielles de
  volontaires
• pour des applications dont la tâche peut être
  décomposée en étapes indépendantes, et dont le
  temps de calcul local reste important par
  rapport au transfert des données locales sur
  Internet
• exemples SETI_at_home, climateprediction.net
• chaque projet a un ou n serveurs
• chaque volontaire installe un client, et sabonne
  à 1 ou n projets. Il définit les ressources
  associées à chaque projet
• de nombreuses problématiques similaires aux
  réseaux mobiles inclusion/exclusion de
  volontaires, déconnexions, faible puissance des
  clients
• http//boinc.berkeley.edu/

70
Gnutella

• Partage de fichiers en P2P
• Installation dun logiciel dit  client  qui
  sert à la fois de serveur et de client.
• Choix de la partie du disque local qui sera
  partagée sur le réseau
• Recherche dune ressource par son nom
• en local
• demandée à un noeud connu
• sil ne la connaît pas, le nud la propage à 4
   alliés 
• etc jusquà 7 hops max.
• le nud qui a la ressource la retourne à
  lappelant et fait désormais partie des nuds
  connus par lappelant
• http//www.gnutella.com/

71
Jabber

• Face émergée de liceberg
• alternative Linux de messagerie instantanée comme
  ICQ
• Face immergée protocoles de streaming fondés
  sur XML
• permet à 2 entités sur Internet déchanger des
  messages et toute sorte dinformation structurée
  en temps presque réel.
• Standard (Internet Engineering Task Force IETF)
• Décentralisé toute machine peut être serveur
  et/ou client
• Sécurisé avec SASL et TLS
• Ouvert, extensible grâce à XML
• Flexible outils de collaboration, syndication
  de contenu, partage de fichiers, gestion de
  systèmes à distance
• http//www.jabber.com

72
JXTA (juxtapose)

• Ensemble de protocoles permettant à tout type de
  terminal de participer à un réseau P2P
• fournit aussi une implantation ouverte
• JXTA standardise la façon dont les peers
• se découvrent les uns les autres
• sorganisent en groupes
• communiquent entre eux de façon sécurisée
• annoncent et découvrent des services
• se supervisent
• http//www.jxta.org

73
Synthèse framework de système pervasif

• 4 clés dispositifs, réseau, middleware,
  applications

Saha Mukherjee 2003  pervasive computing
framework. Middleware mediates interactions with
the networking kernel on the users behalf and
keeps users immersed in the pervasive computing
space 
74
Références bibliographiques architecture

• S. Frénot  Cours Middleware , Dpt
  Télécommunications, INSA de Lyon, 2004
• G. Gardarin et O. Gardarin  le client-serveur ,
  Eyrolles, 1996
• E. Aarts S. Marzano  The new everyday. Views
  on ambiant intelligence . Koninklijke Philips
  Electronics N.V., 010 publishers, Rotterdam
• D. Saha A. Mukherjee.  Pervasive computing a
  paradigm for the 21st century  IEEE Computer
  journal, march 200325-31
• B. Yang H. Garcia-Molina  Comparing Hybrid
  Peer-to-peer systems  27th VLDB Conference,
  Roma, Italy, 2001
• L. B. Mummert, M. Ebling et M. Satyanaranan  
  Exploiting Weak Connectivity for Mobile File
  Access  , Proceedings of the 15th ACM Symposium
  on Operating System Principles (SOSP'95), p.
  143155, Copper Mountain Resort, Colorado, USA,
  décembre 1995
• B. Noble, M. Satyanaranan , J. E. Tilton, J.
  Flinn et K. R. Walker,  Agile Application-Aware
  Adaptation for Mobility  , Proceedings of the
  16th ACM Symposium on Operating Systems
  Principles (SOSP'16), Saint-Malo, France, octobre
  1997

75
Trois niveaux de recherche en systèmes pervasifs

• 1- niveau matériel et système (survol)
• 2- niveau réseau (survol)
• 3- niveau système dinformation
• 4- synthèse relations entre les niveaux

76
Niveau matériel et système (survol)

• Limitations des ressources disponibles sur les
  terminaux légers
• Critères primordiaux poids et taille des
  terminaux
• Contraintes sur tous les composants matériels
• Le plus limitant lénergie (batteries)
• Juste après gestion de la chaleur
• Ces contraintes ont des répercussions sur
• Le système dexploitation
• Les logiciels (voir niveau système dinformation)

77
Évolution des capacités matérielles
78
Recherches au niveau matériel et système

• Exemples pour la gestion de lénergie
• Adaptation dépendante de lénergie
• Ordonnancement du processeur à vitesse variable
• Gestion mémoire dépendante de lénergie
• Energies alternatives

79
Capteurs

• Les technologies de capteurs existent depuis
  longtemps, mais
• Capteurs sans intelligence ni stockage
• Capteurs avec transmission filaire locale des
  données brutes capturées
• Travaux actuels
• Capteurs intelligents processeurs intégrés pour
  le traitement local des données produites
• Capteurs communicants intégration de composants
  de communication RF ou autre
• réseaux de capteurs sans fil (wireless sensor
  networks)

80
Réseaux de capteurs sans fil

• Collaboration dun grand nombre de nuds dans un
  réseau dense
• chaque nud a des capacités de traitement local
  et des capacités de communication
• Exemples de domaines dapplication
• militaire gestion des forces armées,
  surveillance de champs de bataille,
  reconnaissance de terrain, ciblage, évaluation
  des dommages, détection et reconnaissance
  dattaques chimiques, biologiques...
• environnement détection de feux de forêts,
  cartographie de biodiversité, détection de crues,
  impact des pesticides
• santé telemonitoring, localisation...
• autres domotique , musées interactifs, vols de
  voitures...

81
Réseaux de capteurs sans fil (2)

• Caractérisation, différenciation vs réseau ad hoc
• nombre de nuds bien plus grand que dans un
  réseau ad hoc  classique 
• déploiement dense
• capteurs peu fiables
• fréquents changements dans la topologie du réseau
• On parle de capteurs agiles (à déplacements
  discrets)
• communications broadcast (vs. point à point)
• goulot détranglement énergie consommée
  (vs.QoS)

82
The MediaCup project

• Une tasse de café augmentée de capacités de
  capture (température, mouvement), traitement et
  communication, et avec un ID
• réseau IrDA
• exemple dutilisation
• la smartDoorPlate indique les personnes présentes
• la HotClock indique la température et sonne si le
  café est trop chaud
• http//mediacup.teco.edu

mediaCup
smartDoorPlate
hotClock
83
SmartDust

• Micro-machines avec réseau sans fil et capteur
  (température, lumière...) .
• Sorganisent automatiquement en réseau lorsque
  proches les unes des autres
• TinyOS système dexploitation open-source conçu
  pour les réseaux de capteurs sans fil
• Une société commercialise le produit depuis 2002
• http//robotics.eecs.berkeley.edu/pister/SmartDu
  st/

Prototype de 2001
84
References bibliographiques matériel et système

• G.J. Pottie. Wireless Sensor Networks ITW 1998,
  Killamey, Ireland, june 98. p 139-140
• S. Meyer A. Rakotonirainy. A survey of research
  on context-aware homes. Workshop on Wearable,
  inisible, context-aware, ambiant, pervasive and
  ubiquitous computing. Feb 2003, Adelaide,
  Australia. 10 p.
• D. Estrin, L. Girod, G. Pottie, M. Srivastava.
  Instrumenting the world with wireless sensor
  networks. Int. Conf. Acoustics, speech and signal
  processing. May 2001.
• Autonomous Networks Research Group. A Wireless
  Sensor Networks Bibliography http//ceng.usc.edu/
  anrg/SensorNetBib.html
• T. Starner  Power and heat in ubiquitous
  computing , Summer school on ubiquitous and
  pervasive computing, 2002
• I.F. Akyildiz et al. Wireless sensor networks a
  survey. Computer networks 38 (2002) 393-422
• http//nanotechn-now.com/smartdust.htm

85
Niveau réseau (survol)

• Organisation des nuds du réseau
• Réseaux ad hoc mobiles
• Routage
• Routage proactif
• Routage réactif
• Multicast dans des réseaux mobiles

86
Réseaux ad hoc mobiles

• Pour former rapidement et simplement des liaisons
  entre appareils mobiles sans lintermédiaire de
  structures fixes
• Gestion du réseau répartie
• Réseaux dynamiques (un nud peut le rejoindre ou
  le quitter à tout moment) sans erreurs ou
  dysfonctionnements
• Nud entrant broadcast sur son rayon daction
• Communication avec un autre nud
• Si dans le rayon daction, comm directe
  (single-hop)
• Sinon, routage (multi-hop)

87
Exemples illustratifs
88
Routage

• Routage proactif
• Apprend continuellement la cartographie du réseau
  en échangeant des informations sur la topologie
• Gourmand en bande passante
• Routage réactif
• Route calculée sur besoin par inondation de
  requêtes de chemins choix de la route optimale
  parmi les réponses obtenues
• Cache contenant les routes les plus récentes
• Pb si réseau chargé
• Routage hybride
• proactif en local et réactif à distance

89
Cas du multicast

• Pour atteindre plusieurs cibles en même temps
• Exemple téléconférence à plus de 2
• Pb pas de routeurs les nuds sont routeurs

90
TMTP (tree-based multicast transport protocol)

• Découpage topologique du réseau en domaines
• Un nud par domaine se déclare gestionnaire de
  domaine (il crée le domaine et le détruit
  lorsquil quitte le réseau)
• Les nuds les plus proches intègrent son domaine
  (par broadcast)
• Léchange de données inter-domaines se fait via
  les gestionnaires de domaine
• Dissémination dun message dans un arbre dont
  la racine est lémetteur, les nuds internes sont
  des gestionnaires de domaine, les feuilles sont
  des membres des domaines.

91
Exemple DoDWAN (plate-forme de communication pour
réseaux ad hoc dynamiques)
Diapos 11 à 20
92
Niveau système dinformation

• De très nombreuses recherches en cours
• Sur des domaines très divers
• Synthèse difficile
• survol de certains points
• approfondissement dautres
• Plan de cette partie
• découverte de services
• gestion de données
• context-awareness
• adaptation des données, des interfaces
  utilisateurs et des services

93
Découverte de services

• Un échange de données sous-entend de connaître la
  localisation des services fournissant les données
• Les questions
• Comment faire connaître les services que lon
  propose?
• Comment trouver un service dont on a besoin?
• Doit-on répartir ou centraliser la connaissances
  sur les services?
• Approches
• Annuaires de services
• Inondation
• Routage sémantique

94
Découverte par annuaires de services

• Ensemble organisé de descriptions de services
  disponibles
• Certaines machines du réseau fournissent un
  service dannuaire
• Exemples
• SLP
• Jini
• Salutation
• Bluetooth SDP

95
Annuaire de services SLP (Service Location
Protocol)

• Service Agent
• Représentant dun service
• Directory Agent
• Enregistre les SA dans un annuaire LDAP
• Publicité multicast pour se faire connaître des
  UA et des SA
• Intermédiaire entre SA et UA pour la découverte
• User Agent
• Représentant du client pour la découverte dun
  service
• Émet une requête multicast avec URI du service
  recherché

96
Annuaire de services Jini

• Jini
• Promu par Sun, technologie Java
• Arrivée dun nud fournisseur de services
• Le nud broadcast son identité et son groupe
• Lannuaire Jini lui répond avec une interface RMI
• Le nud envoie sur cette interface la déclaration
  de ses services
• Lannuaire enregistre les services du nud avec
  une durée de vie, ainsi quun proxy daccès pour
  chaque service
• Le nud doit renouveler la déclaration de ses
  services avant la fin de durée de vie

97
Annuaire de services Jini

• Accéder à un service
• Le nud demandeur envoie une demande en multicast
• Les annuaires recevant la demande répondent le
  cas échéant en fournissant la localisation et le
  proxy daccès
• Le nud demandeur accède au service par
  lintermédiaire du proxy
• Les informations sur le service peuvent être
  mises en cache dans le nud demandeur pour un
  accès ultérieur
• Technique de recherche par lookup
• Les nuds possédant linformation sont connus

98
Annuaire de services Salutation

• Annuaire plus réparti que Jini
• Chaque nud contient un agent annuaire qui
  enregistre un sous-ensemble des services
  disponibles
• Ajout dun service
• inscription dans lagent annuaire local
• Et inscription dans les agents annuaires des
  nuds voisins
• Recherche dun service
• Recherche dabord auprès de lagent local
• Puis recherche par broadcast le cas échéant
• Technique de recherche par découverte
• Les nuds possédant linformation ne sont pas
  connus

99
Bluetooth service discovery protocol

• Permet à un système Bluetooth de découvrir les
  services de son environnement
• fournisseur de service sdp server
• chaque service est décrit par un service record
  (liste de description des attributs du service)
• les services sont regroupés en classes, une
  classe a un attribut identifiant universel (UUID)
• 2 modes
• recherche dun service par UUID
• navigation dans lensemble des services dun
  serveur via la liste des UUID offerts

100
Découverte par inondation

• Chaque noeud enregistre sa liste de services
  disponibles
• Exemple uPnP (consortium industriel)
• ajout de noeuds avec zero configuration,
  communication, découverte automatique de services
• Arrivée dun nouveau nud
• Il demande une adresse IP (DHCP par exemple)
• Il envoie par multicast un message XML
  fournissant la déclaration de son arrivée
  (ANNOUNCE) et la description des services quil
  fournit (OPTIONS).
• Les réceptionnaires répondent au nouveau nud
  pour quil ait connaissance de leur existence
• http//www.upnp.org

101
Découverte par routage sémantique

• Choisir  intelligemment  les nuds qui
  permettent d atteindre le service requis.
• Encore du domaine de la recherche
• Deux exemples
• Allia
• Clusters multi-couche

102
Allia Alliance-based service discovery

• Chaque peer
• fournit un annuaire des services locaux
• annonce les services quil fournit à ses voisins
  (multicast)
• sélectionne parmi les annonces reçues celles
  quil gère dans son cache (avec une politique
  personnelle)
• les peers dont des services sont mis en cache
  font partie de lalliance du peer gérant le cache
• un peer retire de son alliance tout peer qui
   disparaît 
• Recherche dun service
• dans son annuaire local, puis dans son cache
• puis demande à ses voisins (le voisin cherche en
  local ou transmet la demande si sa politique
  personnelle ly autorise)

103
Clusters multi-couche

• Regroupement des peers en fonction de la
  proximité
• géographique en liaison directe (single hop)
• sémantique fournissent des services similaires
• fondée sur une ontologie arborescente de termes

104
Clusters multi-couche

• deux peers sont dans le même cluster feuille
  (niveau 1) sils appartiennent au même terme et
  sils sont en liaison directe
• cluster niveau 2 même terme de niveau 2 et
  géographiquement  atteignables 
• atteignables 2 nuds des 2 clusters sont en
  relation directe
• 3 hop max entre 2 nuds du même cluster de niveau
  2

105
Objets mobiles

• Les objets se déplacent durant le fonctionnement
  
• e.g. équilibrage de charge serveur ou réseau
• Comment les atteindre? 3 façons
• serveur de localisation
• poste restante
• répéteurs

106
Serveur de localisation dobjets mobiles

• Un serveur stocke les couples objet/localisation
• Chaque objet informe lui-même le serveur de sa
  migration
• Un client ayant besoin dun accès à un objet
  mobile
• demande la localisation au serveur
• accède ensuite directement à lobjet

107
Poste restante pour objets mobiles

• Un intermédiaire fixe sert de poste restante
• Lobjet mobile interroge régulièrement
  lintermédiaire pour prendre les messages
• Un client qui veut accéder à lobjet envoie un
  message à lintermédiaire fixe
• communication asynchrone

108
Répéteurs pour objets mobiles

• Un objet quittant un site laisse derrière lui un
  répéteur connaissant la localisation suivante
• Le répéteur fait suivre les messages jusquà la
  position suivante
• Un client envoie sa demande à la dernière
  localisation connue, le répéteur transmet le cas
  échéant.
• Plusieurs migrations une chaîne de répéteurs

109
Références bibliographiques Découverte

• O. Ratsimor, et al. Allia Alliance-based
  Service Discovery for Ad-Hoc Environments, ACM
  Mobile Commerce Workshop, Sept 2002
• M. Klein, B. König-Ries Multi-Layer Clusters in
  Ad-hoc Networks - An Approach to Service
  Discovery. In Proc. International Workshop on
  Peer-to-Peer Computing, Pisa, Italy, 2002.
• R. Yavatkar, J. Griffioen reliable
  dissemination for large-scale wide area
  information systems. Department of computer
  science University of Kentucky, 2001
• E. Beau et al. Synthèse bibliographique gestion
  de données en milieu pervasif, Dept Informatique
  INSA Lyon, octobre 2003
• Upnp, Jini and Salutation - a look at some
  popular coordination frameworks for future
  networked devices California Software Labs, 2002
• B. Siverajan et al. a service discovery model
  for wireless and mobile terminals in IPv6
  Tempere University of technology (Finland), 2003
• C. Lee, S. Helal, Protocols for Service
  Discovery in Dynamic and Mobile Networks
  International Journal of Computer Research, v.11,
  n.1, 2002

110
Gestion de données en environnement pervasif

• Franklin 2001 Challenges pervasifs et besoins
  induits
• Adaptabilité et interaction utilisateur
• Interaction temps-réel avec les données distantes
• Flexibilité
• Mobilité
• Délivrer et recevoir des données pendant le
  déplacement
• Tolérer les déconnexions sans interrompre le
  service
• Préparation des données qui seront utiles
  prédiction des besoins
• Location-awareness
• Sélectionner les données en fonction de la
  localisation
• Structures de données spécifiques à la
  localisation

111
Gestion de données en environnement pervasif

• Context-awareness
• Analyser des flux de données provenant de
  capteurs temps réel
• Passer dune information brute denvironnement à
  une donnée de contexte qui a du sens pour
  lapplication interpréter les analyses
• Collaboration
• Gestion de groupes de personnes dynamiques / ad
  hoc
• Gestion de synchronisation et cohérence
• Actions collaboratives de création, accès,
  modification de données partagées par le groupe

112
Gestion de données en environnement pervasif

• Exemples de projets
• Projet Data Recharging Franklin 2001
• Data charge (plug on the net) ? battery charge
• Plus on est connecté, plus on reçoit de données
• Exploiter le profil de lutilisateur pour
  délivrer automatiquement des mises à jour de
  données et nouvelles données pertinentes
• Profil utilisateur description des données
  pertinentes priorités
• Projet Telegraph Shah 2001
• Architecture adaptative de traitement de flux de
  données dans des environnements très dynamiques
• Le plan de traitement du flux est dynamique
  (adaptation aux fluctuations telles que énergie
  et bande passante)

113
Gestion de données en environnement pervasif

• Exemples détaillés ci-après
• JavAne
• Gestion de réplicas
• MoGATU

114
JavAne

• Agents mobiles pour le partage et la recherche de
  documents en environnement peer-to-peer
• Rôle serveur
• Publier, gérer et partager des documents
• Rôle client
• Rechercher et récupérer des documents
• Stocker des informations sur les serveurs quil
  connaît
• Naviguer de site en site
• Des agents mobiles qui interrogent la base de
  chaque site
• Basé sur JavAct plate-forme de gestion dagents
  mobiles adaptables

115
JavAne code simplifié dun agent chercheur

• public class SearchBehavior extends
  JavAneBehavior implements Searcher,
  javact.util.StandAlone
• public SearchBehavior(client, clientInfo, energy,
  queryStamp, Params)
• ...
• public void run()
• if (energy
• // Has the current place been already visited ?
• if (! markedPlace(myPlace(), queryStamp,
  client)) energy - E_VISITED
• else // Database interrogation and sending of
  results to the client
• localResults LocalDB.fileSelect(Params)
• if (localResults ! null
  localResults.length 0)
• send(new JAMprocessResults(place,
  localResults), client)
• energy - E_FOUND
• else energy - E_NOT_FOUND
• ../

116
JavAne code simplifié dun agent chercheur

• if (energy 0) // Random moving (if it remains
  energy)
• String places getPlaces(myPlace())
• String nextPlace placesrandom.nextInt(place
  s.length)
• go(nextPlace)
• else suicide()
• // Collection of meta-information
• String placesInfos getPlacesInfos(myPlace())
  
• send(new JAMaddPlacesInfos(placesInfos),
  clientInfo)

117
Gestion de caches sur le web

• Proxy-caches collaboratifs
• une donnée est dupliquée sur le proxy qui la
  demande
• gourmand et non  optimisé 
• Content Delivery Network
• gestion de données avec distribution à très
  grande échelle
• architecture fixe tentaculaire très coûteuse
• Push-caching
• les serveurs  poussent  les réplicas vers les
  proxy de leur choix en fonction dune politique
  qui leur est propre
• le client sadresse au fournisseur qui redirige
  vers le cache le plus adéquat

118
(Dé)placement de réplicas en environnement
pervasif

• basé sur la théorie des small worlds (groupes
  dintérêt)
• un réplica doit se rapprocher des small worlds
  qui s intéressent à lui
• A chaque demande dune donnée, les réplicas se
  déplacent vers le foyer de demande

R
R
SW1
SW2
119
(Dé)placement de réplicas en environnement
pervasif

• Apparition dun nouveau groupe dintérêt
• si autorisé, duplication du réplica et
  déplacement du nouveau réplica vers le nouveau
  groupe
• sinon, déplacement des réplicas existants jusquà
  équilibre entre les 2 groupes dintérêt
• Disparition du groupe dintérêt
• déplacement ou suppression du réplica

R
R
R
R
SW1
SW2
SW1
SW2
SW3
SW3
Duplication interdite
Duplication autorisée
R
120
(Dé)placement de réplicas en environnement
pervasif

• Le (dé)placement ne se fait quavec une
  connaissance partielle du réseau
• chaque peer ne connaît que les nuds les plus
  proches!
• Notion de vecteur dattraction dun réplica sur
  chaque lien sortant du cache sur lequel il est
  hébergé
• augmenté à chaque demande provenant de ce lien
• Diminué avec le temps
• Déplacement effectif ou duplication
• lorsque le vecteur dattraction dépasse la
  distance entre le proxy hébergeant le réplica et
  le nud contenant le proxy destination
• Destruction du réplica quand le vecteur
  dattraction reste nul pendant une durée seuil

121
MoGATU

• Plate-forme de gestion de données en P2P pur
• une couche de gestion des données
• une couche de communication
• Sur chaque peer, 3 types dentités
• Information provider source de données
• Information consumer entités qui interrogent et
  mettent à jour les données
• Information manager informations sur les peers
  voisins, intermédiaire entre provider et
  consumer, gestion de cache en fonction dun profil

122
MoGATU information provider

• Gère et fournit une interface daccès à une
  sous-partie locale des données
• Décrit son service à laide dune ontologie
• Communique uniquement avec linformation manager
  local, qui  route  les messages entre ce
  provider et les autres peers
• Se déclare régulièrement auprès de linformation
  manager local, qui lui-même transmet la
  déclaration aux peers de lentourage

123
MoGATU information consumer

• Utilisateurs finaux ou autres agents
• Senregistrent auprès de linformation manager
  local (pas dannonce aux peers de lentourage)
• Envoie ses requêtes à linformation manager local
  
• Linformation manager transmet la demande aux
  information providers locaux ou distants
  correspondants, et récupère les réponses

124
MoGATU information manager

• Communication réseau
• Analyse des messages
• Découverte et routage des messages en multi-hop
• Requêtes proactives sur les autres peers
• Broadcast
• des annonces des providers (locaux et/ou voisins)
  
• des requêtes des consumers locaux
• Maintenance dinformations
• Informations sur providers et consumers locaux