Implementation of microservices and network management for Cyber-Physical Systems

Abstract

The Internet of Things (IoT) ecosystem is made up of a large number of devices and sensors that capture and collect massive amounts of data before sending it to the cloud for analysis. Traditionally, server-side software development has taken a monolithic approach, in which the application is a single executable. However, the microservices architecture provides an alternative that can be applied to the IoT environment. This dissertation aims to continue the development of the microservices-based cloud architecture developed as part of the Link4S project, which seeks to create a new generation of connected devices and their platforms. The development involved the integration of the cloud with a Connectivity Management Platform (CMP) and the creation of a fully integrated platform for device management and data analysis. In the context of this dissertation, new microservices were created to integrate with CMP architecture components and provide application support, as well as a data visualization and device management platform in the form of a Dashboard built with the Dash framework. Furthermore, the development of REST APIs for retrieving and manipulating device data opens the door for other applications to be developed for a variety of purposes. Before being successfully deployed to a production server, the architecture was also tested and validated. This dissertation concludes with a cloud architecture that is more autonomous, secure, and reconfig urable during runtime via CLI commands. It also highlights the importance of microservices architecture in the IoT ecosystem and shows how the CMP architecture can serve as the foundation for future IoT cloud architectures.

O ecossistema da Internet das Coisas (IoT em inglês) consiste num vasto número de dispositivos e sensores que captam e recolhem enormes quantidades de dados, que são depois enviados para a cloud para análise. Tradicionalmente, o desenvolvimento de software do lado do servidor tem adotado uma abordagem monolítica, na qual a aplicação é um único executável. No entanto, a arquitetura dos microserviços fornece uma alternativa que pode ser aplicada ao ecossistema IoT. Esta dissertação visa continuar o desenvolvimento da arquitetura de cloud baseada em microsserviços criada no âmbito do projeto Link4S, que procura criar uma nova geração de dispositivos ligados e as suas plataformas. O desenvolvimento envolveu a integração da cloud com uma Plataforma de Gestão da Conectividade (CMP em inglês) e a criação de uma plataforma totalmente integrada para a gestão de dispositivos e análise de dados. No contexto desta dissertação, foram criados novos microsserviços para se integrarem os componen tes da arquitetura CMP e fornecerem suporte às aplicações, bem como uma plataforma de visualização de dados e gestão de dispositivos sob a forma de um dashboard utilizando a framework Dash. Além disso, o desenvolvimento de REST API para a aquisição e manipulação de dados de dispositivos abre a porta para outras aplicações serem desenvolvidas para uma variedade de fins. Antes de ser implementada com sucesso num servidor de produção, a arquitetura foi também testada e validada. Esta dissertação conclui com uma arquitetura da cloud que é mais autónoma, segura e reconfigurá vel através de uma interface de linha de comandos em tempo real. Também destaca a importância da arquitetura de microsserviços no ecossistema IoT e demonstra como a arquitetura CMP pode servir de referência para futuras arquiteturas IoT na cloud.