Alternative architecture approaches for distributed control of smart buildings

Abstract

With the increasing distribution and density of devices in smart communities or buildings, factors like reliability and integrity are put to the test in the resource and management processes of automation platforms, when delegation of device control is intended. For this reason, there is a need for an architecture that can address such challenges. This work aims to study different approaches for distributed control in IoT (Internet of Things) environments and their architectures, and it also intends to analyze how these approaches can be installed and performed in the context of distributed control in smart building management platforms. The main goal of this dissertation is to design and compare alternative architectures for the integration of building automation platforms envisaging the distributed management of resources. To achieve the aim of this dissertation, four integration alternatives have been proposed combining two approaches for communication, MQTT and Rest API, with two placements of communications services, in edge and cloud servers. According to tests, all alternatives achieve the desired integration, and the best response time result was 33.49ms when communicating via Rest API edge services. However, the integration via Rest API left exposed items that could be undesirably controlled and, as such, it is less secure. However, this is not the case when communication via MQTT, which presents an acceptable response time of slightly over 100ms, whether using edge or cloud servers.

Com a crescente distribuição e densidade de dispositivos em comunidade ou edifício inteligente, fatores como fiabilidade e a integridade são postos à prova nos processos de gestão de recursos e de plataformas de automação, quando se pretende delegar o controlo de dispositivos. Por esta razão, existe a necessidade de uma arquitetura que possa responder a tais desafios. Este trabalho tem como objetivo estudar diferentes abordagens para controlo distribuído em ambientes IoT (internet das coisas) e as respetivas arquiteturas, e pretende ainda analisar como estas abordagens podem ser instaladas e executadas no contexto do controlo distribuído em plataformas de gestão de edifícios inteligentes. O principal objetivo desta dissertação é conceber e comparar arquiteturas alternativas para integração de plataformas de automação de edifícios que prevejam a gestão distribuída de recursos. Para atingir o objetivo desta dissertação, foram propostas quatro alternativas de integração que combinam duas abordagens de comunicação, MQTT e Rest API, com duas colocações de serviços de comunicação, em servidores de borda e nuvem. De acordo com os testes, todas as alternativas alcançam a integração desejada, sendo que o melhor resultado de tempo de resposta foi de 33,49ms na comunicação via Rest API dos serviços de borda. No entanto, a integração via Rest API deixa expostos itens que poderiam ser controlados de forma indesejada e, como tal, é menos segura. Este não é o caso quando a comunicação via MQTT apresenta um tempo de resposta aceitável de pouco mais de 100ms, quer utilizando servidores de borda ou de nuvem.