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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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583documents trouvés

19016
18/01/2019

Algorithmes génétiques parallèles pour résoudre des problèmes d'ordonnancement de tâches dynamiques de manière efficace en prenant en compte l'énergie. Parallel genetic algorithms for solving energy efficient dynamic shop scheduling problems

J.LUO

CDA

Doctorat : 18 Janvier 2019, 137p., Président: C.ARTIGUES, Rapporteurs: E.ALBA, L.JOURDAN, Examinateurs: D.DEFOUR, Directeurs de thèse: D.EL BAZ , N° 19016

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Résumé

Du fait de nouvelles législations gouvernementales et de la prise de conscience environnementale des consommateurs ainsi que de la hausse du coût de l’énergie, l’efficacité énergétique est devenue un paramètre essentiel des processus industriels ces dernières années. La plupart des avancées en ce qui concerne les économies d’énergie dans les problèmes d’ordonnancement se sont focalisées sur l’ordonnancement statique. Mais en fait, ces problèmes sont dynamiques dans le monde réel. Dans cette thèse, deux problèmes d’ordonnancement dynamique efficace énergiquement sont étudiés. Le Modèle I analyse le retard total et la durée de production avec une limite de puissance tout en tenant compte d’un flux dynamique de nouvelles tâches. Un rééchelonnement complet périodique est adopté. Le Modèle II vise à réduire au minimum le retard total et la consommation d’énergie totale dans le traitement des tâches en tenant compte de nouvelles tâches prioritaires. Une approche basée sur la réparation de la planification des événements est utilisée pour traiter la mise à jour de l’ordonnancement. Comme un nouveau plan d’ordonnancement adéquat doit être obtenu dans un temps de réponse court dans un environnement dynamique, deux Algorithmes Génétiques parallèles (AG) sont proposés pour résoudre ces deux modèles. L’algorithme parallèle AG I est une méthode hybride basée sur CUDA consistant en un modèle AG insulaire au niveau supérieur et un modèle AG fin, au niveau inférieur. Il combine les métriques de deux couches hiérarchiques et tire pleinement parti des capacités de calcul de la plateforme CUDA. L’algorithme AG II est conçu avec une double hétérogénéité qui résulte de l’utilisation d’un AG cellulaire parallèle et d’un pseudo AG parallèle. Avec ces deux structures différentes, les ilots augmentent la diversité de la population et peuvent être simultanément parallélisés sur des GPU et un processeur multi-coeur. Enfin, des solutions numériques sont présentées et analysées ; elles montrent que nos approches peuvent non seulement résoudre les problèmes de manière flexible, mais également obtenir des solutions avantageuses et réduire les temps de calcul.

Abstract

Due to new government legislation, customers’ environmental concerns and continuously rising cost of energy, energy efficiency is becoming an essential parameter of industrial manufacturing processes in recent years. Most efforts considering energy issues in scheduling problems have focused on static scheduling. But in fact, scheduling problems are dynamic in the real world with uncertain new arrival jobs after the execution time. In this thesis, two energy efficient dynamic scheduling problems are studied. Model I analyzes the total tardiness and the makespan with a peak power limitation while considering the flexible flow shop with new arrival jobs. A periodic complete rescheduling approach is adopted to represent the optimization problem. Model II concerns an investigation into minimizing total tardiness and total energy consumption in the job shop with new urgent arrival jobs. An event driven schedule repair approach is utilized to deal with the updated schedule. As an adequate renewed scheduling plan needs to be obtained in a short response time in dynamic environment, two parallel Genetic Algorithms (GAs) are proposed to solve these two models respectively. The parallel GA I is a CUDA-based hybrid model consisting of an island GA at the upper level and a fine-grained GA at the lower level. It combines metrics of two hierarchical layers and takes full advantage of CUDA’s compute capability. The parallel GA II is a dual heterogeneous design composed of a cellular GA and a pseudo GA. The islands with these two different structures increase the population diversity and can be well parallelized on GPUs simultaneously with multi-core CPU. Finally, numerical experiments are conducted and show that our approaches can not only solve the problems flexibly, but also gain competitive results and reduce time requirements.

Mots-Clés / Keywords
Shop scheduling; Energy efficiency; Dynamic scheduling; Parallel Genetic Algorithms; GPUs; Multi-core CPU; Ordonnancement des tâches; Efficacité énergétique; Ordonnancement dynamique; Algorithmes génétiques parallèles; GPU; CPU multi-coeur;

146253
18385
01/01/2019

Asymmetric color cryptosystem using chaotic Ushiki map and equal modulus decomposition in fractional Fourier transform domains

H.CHEN, Z.LIU, L.ZHU, C.TANOUGAST, W.BLONDEL

CRAN, Vandoeuvre, Harbin Institute of Technology, CDA, LCOMS

Revue Scientifique : Optics and Lasers in Engineering, Vol.112, pp.7-15, Janvier 2019 , N° 18385

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01931106

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Abstract

A single channel optical asymmetric cryptosystem for color image in fractional Fourier transform (FrFT) domain is presented. Instead of commonly used RGB channels encryption system, the color image is encoded into grayscale format and encrypted in a single optical channel system. For the design of asymmetric approach, the effective trapdoor one-way function is calculated by employing equal modulus decomposition (EMD). To enhance the security of the proposed cryptosystem, the Ushiki chaotic system is performed to generate the random phase mask in FrFT and a random sequence for scrambling the private key. The sensitive initial values and chaotic data can be regarded as the additional keys and public key. Various numerical experiments are given to verify the validity and capability of the proposed color cryptosystem.

145287
18453
07/12/2018

OpenFlow based Topology Discovery Service in Software Defined Vehicular Networks : limitations and future approaches

S.TOUFGA, S.ABDELLATIF, P.OWEZARSKI, T.VILLEMUR

SARA

Manifestation avec acte : IEEE Vehicular Networking Conference ( VNC ) 2018 du 05 décembre au 07 décembre 2018, Taipei (Taiwan), Décembre 2018, 4p. , N° 18453

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01951191

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Abstract

This paper presents our ongoing work towards the definition of an effective topology discovery service for SDN based hybrid vehicular networks. The main contributions of this paper are threefold: (1) an analysis of the main limitations of the "de facto" topology discovery service when applied to vehicular networks; (2) a quantitative assessment of its traffic overhead and the required computing resources at the controller to show the scalability issues that it raises; and (3) an insight into our design principles for an effective topology discovery service for SDN-based hybrid vehicular networks.

145903
18407
05/12/2018

A Distributed Scalable Approach for Rule Processing: Computing in the Fog for the SWoT

N.SEYDOUX, K.DRIRA, N.HERNANDEZ, T.MONTEIL

SARA, IRIT

Rapport LAAS N°18407, Décembre 2018, 8p.

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01871088

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Abstract

The development of the Semantic Web of Things (SWoT) is challenged by the nature of IoT deployment architec-tures, where constrained devices collect data processed remotely by powerful Cloud servers. Such a deployment pattern introduces bottlenecks constituting a hurdle for scalability, and increases response time. This hinders the development of a number of critical and time-sensitive applications. Enabling the deployment of the Semantic Web stack closer to the constrained devices of the IoT may foster the development of time-sensitive interoperable applications, while reducing forwarding the user data to remote third party Cloud servers. The approach we develop in this paper is a contribution towards this direction, and aims to enable rule-based reasoning closer to sensors producing IoT data. For this purpose, we define a distributed scalable semantic processing algorithm by dynamically propagating deduction rules on Fog nodes. Our goal is to shorten the time needed to deliver high level information deduced from the collected data. This approach is evaluated on a smart building use case where both distribution and scalability have been considered.

145464
18425
04/12/2018

Les mécanismes d'incitation à la coopération dans les réseaux tolérants aux délais

T.NGUYEN

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 4 Décembre 2018, 117p., Président: C.BRIAND, Rapporteurs: S.VATON,, Examinateurs: R.EL AZOUZI, Directeurs de thèse: O.BRUN, B.PRABHU , N° 18425

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01975595

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Résumé

Les réseaux tolérants aux retards (DTN) ont été conçus pour fournir un moyen de communication durable entre terminaux mobiles dans les régions dépourvues d’infrastructure cellulaire. Dans de tels réseaux, l’ensemble des voisins de chaque noeud change au fil du temps en raison de la mobilité des noeuds, ce qui entraîne une connectivité intermittente et des routes instables dans le réseau. Nous analysons la performance d’un système d’incitation pour les DTN à deux sauts dans lequel une source en arriéré offre une récompense fixe aux relais pour délivrer un message. Un seul message à la fois est proposé par la source. Pour un message donné, seul le premier relais à le délivrer reçoit la récompense correspondant à ce message, induisant ainsi une compétition entre les relais. Les relais cherchent à maximiser la récompense attendue pour chaque message alors que l’objectif de la source est de satisfaire une contrainte donnée sur la probabilité de livraison du message. Nous considérons deux réglages différents : l’un dans lequel la source indique aux relais pendant combien de temps un message est en circulation, et l’autre dans lequel la source ne donne pas cette information. Dans le premier paramètre, nous montrons que la politique optimale d’un relais est de type seuil : il accepte un message jusqu’à un premier seuil et le conserve jusqu’à ce qu’il atteigne la destination ou le deuxième seuil. Les formules de calcul des seuils ainsi que de la probabilité de livraison des messages sont dérivées pour une source d’arriérés. Nous étudions ensuite la performance asymptotique de ce réglage dans la limite moyenne du champ. Lorsque le deuxième seuil est infini, nous donnons l’ODE du champ moyen et montrons que tous les messages ont la même probabilité de réussite. Lorsque le deuxième seuil est fini, nous ne donnons qu’une approximation ODE car dans ce cas, la dynamique n’est pas markovienne. Pour le second réglage, nous supposons que la source propose chaque message pour une période de temps fixe et qu’un relais décide d’accepter un message selon une politique randomisée lors d’une rencontre avec la source. S’il accepte le message, un relais le garde jusqu’à ce qu’il atteigne la destination. Nous établissons dans quelle condition la probabilité d’acceptation des relais est strictement positive et montrons que, dans cette condition, il existe un équilibre de Nash symétrique unique, dans lequel aucun relais n’a quelque chose à gagner en changeant unilatéralement sa probabilité d’acceptation. Des expressions explicites pour la probabilité de livraison du message et le temps moyen de livraison d’un message à l’équilibre symétrique de Nash sont dérivées, ainsi qu’une expression de la valeur asymptotique de la livraison du message. Enfin, nous présentons de nombreux résultats de simulations pour comparer les performances de la stratégie de type seuil et de la stratégie randomisée, afin de déterminer dans quelle condition il est rentable pour la source de donner l’information sur l’âge d’un message aux relais.

Abstract

Delay-Tolerant Networks (DTNs) were designed to provide a sustainable means of communication between mobile terminals in regions without cellular infrastructure. In such networks, the set of neighbors of every node changes over time due to the mobility of nodes, resulting in intermittent connectivity and unstable routes in the network. We analyze the performance of an incentive scheme for two-hop DTNs in which a backlogged source proposes a fixed reward to the relays to deliver a message. Only one message at a time is proposed by the source. For a given message, only the first relay to deliver it gets the reward corresponding to this message thereby inducing a competition between the relays. The relays seek to maximize the expected reward for each message whereas the objective of the source is to satisfy a given constraint on the probability of message delivery. We consider two different settings: one in which the source tells the relays for how long a message is in circulation, and one in which the source does not give this information. In the first setting, we show that the optimal policy of a relay is of threshold type: it accepts a message until a first threshold and then keeps the message until it either meets the destination or reaches the second threshold. Formulas for computing the thresholds as well as probability of message delivery are derived for a backlogged source. We then investigate the asymptotic performance of this setting in the mean field limit. When the second threshold in infinite, we give the mean-field ODE and show that all the messages have the same probability of successful delivery. When the second threshold is finite we only give an ODE approximation since in this case the dynamics are not Markovian. For the second setting, we assume that the source proposes each message for a fixed period of time and that a relay decides to accept a message according to a randomized policy upon encounter with the source. If it accepts the message, a relay keeps it until it reaches the destination. We establish under which condition the acceptance probability of the relays is strictly positive and show that, under this condition, there exists a unique symmetric Nash equilibrium, in which no relay has anything to gain by unilaterally changing its acceptance probability. Explicit expressions for the probability of message delivery and the mean time to deliver a message at the symmetric Nash equilibrium are derived, as well as an expression of the asymptotic value of message delivery. Finally, we present numerous simulations results to compare performances of the threshold-type strategy and the randomized strategy, in order to determine under which condition it is profitable for the source to give the information on the age of a message to the relays.

Mots-Clés / Keywords
Stochastic games; Mobile communication networks; Delay tolerant networks; Jeux stochastiques; Réseaux de communication; Réseaux tolérants au retard;

145673
18511
30/11/2018

Approche de gestion orientée service pour l'internet des objets (IoT) considérant la qualité de service (QoS)

G.GARZONE

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 30 Novembre 2018, 155p., Président: J.M.PIERSON, Rapporteurs: F.CHAROY, M.MRISSA, Examinateurs: P.PEREZ, Directeurs de thèse: T.MONTEIL, N.GUERMOUCHE , N° 18511

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02003697

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Abstract

The Internet of Things (IoT) is already everywhere today : home automation, connected buildings or smart city, many initiatives and innovations are ongoing and yet to come. The number of connected objects continues to grow to the point that billions of objects are expected in the near future. The approach of this thesis sets up an autonomic management architecture for systems based on connected objects, combining them with other services such as weather services accessible on the Internet. The proposed models enable an autonomous decision making based on the analysis of events and the planning of actions executed automatically. Parameters such as execution time or consumed energy are also considered in order to optimize the choices of actions to be performed and of services used. A concrete prototype was realized in a smart city scenario with connected buses in the S2C2 project.

Résumé

L’Internet des Objets (IoT) est déjà omniprésent aujourd’hui : domotique, bâtiments connectés ou ville intelligente, beaucoup d’initiatives et d’innovations sont en cours et à venir. Le nombre d’objets connectés ne cesse de croître à tel point que des milliards d’objets sont attendus dans un futur proche. L’approche de cette thèse met en place un système de gestion autonomique pour des systèmes à base d’objets connectés, en les combinant avec d’autres services comme par exemple des services météo accessibles sur internet. Les modèles proposés permettent une prise de décision autonome basée sur l’analyse d’évènements et la planification d’actions exécutées automatiquement. Des paramètres comme le temps d’exécution ou l’énergie consommée sont aussi considérés afin d’optimiser les choix d’actions à effectuer et de services utilisés. Un prototype concret a été réalisé dans un scénario de ville intelligente et de bus connectés dans le projet investissement d’avenir S2C2.

Mots-Clés / Keywords
Internet des objets; Approche orientée service; Informatique autonomique; Web sémantique; Grammaire de graphes; Qualité de service; Internet of things; Service oriented approach; Autonomic computing; Semantic Web; Graph grammars; Quality of service;

146173
18528
28/11/2018

Autonomic Approach based on Semantics and Checkpointing for IoT System Management

F.AISSAOUI

SARA

Doctorat : 28 Novembre 2018, 107p., Président: D.CHIADMI, Rapporteurs: J.C.LAPAYRE, D.DONSEZ, Examinateurs: G.COOPERMAN, Directeurs de thèse: T.MONTEIL, S.TAZI , N° 18528

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Résumé

L’Internet des Objets intègre de plus en plus d’objets connectés, communicants et mobiles. L’infrastructure logicielle qui doit être déployée pour connecter ces objets et traiter leurs données doit répondre à différents critères. La nature dynamique de l’IoT nécessite une adaptation et une reconfiguration de cette infrastructure logicielle en cas de changement. Dans ce travail de thèse, nous proposons l’utilisation du mécanisme de « checkpointing » permettant aussi de conserver l’état des processus lors du déplacement. La problématique abordée dans cette thèse est comment utiliser ce mécanisme de checkpointing de manière efficace et autonome pour conserver les propriétés de l’infrastructure logicielle. Une première contribution concerne l’optimisation du checkpointing pour les équipements de l’Internet des Objets. La deuxième contribution concerne l’utilisation d’une approche autonomique et sémantique pour orchestrer les mécanismes de checkpointing. La troisième contribution concerne l’optimisation de la répartition des précessus par un algorithme de meta-heuristique. L’ensemble de ces contributions est validé dans différents cas d’usage de l’IoT tel que l’optimisation du déploiement des processus sous des contraintes de capacité de calcul des équipements, de mémoire ou de consommation énergétique dans un scénario de logistique.

Abstract

The Internet of Things (IoT) has to handle more and more connected, communicating and moving devices. The software infrastructure needs to insure a set of parameters to keep the system in a correct state. This infrastructure comprises a set of software processes executed on complex hardware platforms such as servers, gateways or things. The dynamic property of the IoT requires a perpetual adaptation and reconfiguration of the software infrastructure. In this thesis, we propose the usage of another migration mechanism: the “checkpointing” mechanism on both the servers and the gateways. This mechanism is light and able to store the software process state during the migration. The problem addressed by the thesis is to use this checkpointing mechanism in an efficient and autonomous way to preserve the properties expected from an IoT software infrastructure. A first contribution discusses the optimization of the checkpointing mechanism on an IoT gateway. A second contribution provides an autonomic and semantic approach to orchestrate the checkpointing mechanism. A third contribution discusses the optimization performed by a meta-heuristic algorithm on the software distribution. The contributions presented have been validated on several use cases for the IoT including optimization of software processes placement depending on the computing and energy capacity of IoT equipment in a logistic scenario.

Mots-Clés / Keywords
Internet of things; Semantics; Ontology; Software process migration; Checkpointing mechanism; Genetic algorithms; Autonomic management; Internet des objets; Sémantique; Ontologies; Migration de processus; Mécanisme de Checkpointing; Algorithme génétique; Gestion autonomique;

146313
18382
26/11/2018

Green energy efficient scheduling management

I.DE COURCHELLE, T.GUEROUT, G.DA COSTA, T.MONTEIL, Y.LABIT

IRIT, SARA, IRIT-UPS

Revue Scientifique : Simulation Modelling Practice and Theory, Novembre 2018, doi 10.1016/j.simpat.2018.09.011 , N° 18382

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01930363

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Abstract

The analysis of the energy efficiency in Cloud Computing infrastructures has become an important research domain as the utilization rate of the various on-demand services is daily higher and higher and its management is now considered as a main objective. Today, to tackle this challenging issue, Cloud providers integrate renewable energy sources to feed their infrastructure. Energy saving is part often an integral many companies goal. Unlike the classic supply of grid energy, the production of green energy is unstable and depends on nature of the weather or wind. It introduces new challenges as pervasive jobs to reduce a server consumption. In this article, studies based on the use and the storage of photovoltaic energy are exposed. We detail our design of a scheduler which uses solar energy production to make an off-line decision. This enables us to schedule virtual machines into a datacenter via different algorithms which consumes the least amount of brown energy as possible. We based our analysis through an existing workload from Google. We describe and study this workload to create one corresponding to our need. We also proposed to evaluate the storage size of a smartgrid related to the solar panel size. It is an analysis of the reliance between both storage (battery) and renewable energy production (solar panel) components sizing.

145281
18354
19/11/2018

New fluid approaches for studying the performance of elastic traffic under class based weighed fair queuing system

M.EL HEDI BOUSSADA, J.M.GARCIA, M.FRIKHA

SUP’COM, MEDIATRON, SARA

Revue Scientifique : International Journal of Network Management, Vol.28, N°6, e2037p., Novembre 2018 , N° 18354

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01888319

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Abstract

Although TCP is typically designed to carry data (transfer of documents such as files or web pages), it is also suitable, today, for transporting most commercial video-streaming traffic such as YouTube or Netflix traffic. The class-based weighted fair queuing is still an important router discipline that allows different classes of elastic flows (generally, TCP flows) to be transported together in a truly converged network. Such system has been extensively studied in packet level by evaluating several criteria of effectiveness such as the mean queue length and the average queue waiting time, without proposing a general model that captures the flow-level dynamics and the real coupling aspect between different queues. Moreover, most studies limited their works to a simple two-queue system where performance evaluation is very much easier. Even the few works focusing on providing extended results did not give accurate results for very loaded systems. Proposed packet-level models seem, then, to be not convenient to predict the performance of large-scale operator networks with millions of users, millions of flows, and unexpected user behaviors. This paper aims to overcome these limitations by presenting new analytical explicit mathematical expressions evaluating the flow-level performance metrics of elastic traffic under a general class-based weighted fair queuing system. The core of our analysis is based on some approximations proven for balanced fairness allocation, which provides a reasonable framework for estimating bandwidth sharing among elastic traffic for best-effort allocations. Detailed packet level simulations are used to verify the accuracy and the effectiveness of the proposed approaches.

145100
18398
16/11/2018

Towards interoperable IOT systems with a constraint-aware semantic web of things

N.SEYDOUX

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 16 Novembre 2018, 216p., Président: N.AGOULMINE, Rapporteurs: M.D'AQUIN, Examinateurs: R.GARCIA-CASTRO, C.ROUSSEY, T.MONTEIL, N.HERNANDEZ, M MALESHKOVA, Directeurs de thèse: K.DRIRA , N° 18398

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Résumé

Cette thèse porte sur le Web Sémantique des Objets (WSdO), un domaine de recherche à l'interface de l'Internet des Objets (IdO) et du Web Sémantique (WS). L’intégration des approche du WS à l'IdO permettent de traiter l'importante hétérogénéité des ressources, des technologies et des applications de l'IdO, laquelle est une source de problèmes d'interopérabilité freinant le déploiement de systèmes IdO. Un premier verrou scientifique est lié à la consommation en ressource des technologies du WS, là où l'IdO s’appuie sur des objets aux capacités de calcul et de communication limitées. De plus, les réseaux IdO sont déployés à grande échelle, quand la montée en charge est difficile pour les technologies du WS. Cette thèse a pour objectif de traiter ce double défi, et comporte deux contributions. La première porte sur l'identification de critères de qualité pour les ontologies de l'IdO, et l’élaboration de IoT-O, une ontologie! modulaire pour l'IdO. IoT-O a été implantée pour enrichir les données d'un bâtiment instrumenté, et pour être moteur de semIoTics, notre application de gestion autonomique. La seconde contribution est EDR (Emergent Distributed Reasoning), une approche générique pour distribuer dynamiquement le raisonnement à base de règles. Les règles sont propagées de proche en proche en s'appuyant sur les descriptions échangées entre noeuds. EDR est évaluée dans deux scénario concrets, s'appuyant sur un serveur et des noeuds contraints pour simuler le déploiement.

Abstract

This thesis is situated in the Semantic Web of things (SWoT) domain, at the interface between the Internet of Things (IoT) and the Semantic Web (SW). The integration of SW approaches into the IoT aim at tackling the important heterogeneity of resources, technologies and applications in the IoT, which creates interoperability issues impeding the deployment of IoT systems. A first scientific challenge is risen by the resource consumption of the SW technologies, inadequated to the limites computation and communication capabilities of IoT devices. Moreover, IoT networks are deployed at a large scale, when SW technologies have scalability issues. This thesis addresses this double challenge by two contributions. The first one is the identification of quality criteria for IoT ontologies, leading to the proposition of IoT-O, a modular IoT ontology. IoT-O is deployed to enrich data from a smart building, and drive semIoTics, our autonomic computing application. The second co! ntribution is EDR (Emergent Distributed Reasoning), a generic approach to dynamically distributed rule-based reasoning. Rules are propagated peer-to-peer, guided by descriptions exchanged among nodes. EDR is evaluated in two use-cases, using both a server and some constrained nodes to simulate the deployment.

Mots-Clés / Keywords
Semantic web of things; Semantic fog computing; IoT interoperability; Distributed rule-based reasoning; Web sémantique; Interopérabilité; Internet des objets;

145433
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