Published January 1, 2022
| Version v1
Publication
Open
Edge Computing and Microservices Middleware for Home Energy Management Systems
Creators
- 1. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
- 2. Instituto de Pesca
Description
A middleware software can be seem as an abstraction layer between hardware and user applications, that facilitates the development and deployment of services in various scenarios, such as those found in Home Energy Management Systems (HEMS). There are several middleware proposals for HEMS, with most of them taking the cloud computing approach. This approach is unconcerned about computing resources but raises a dependency on external connections. This paper presents a middleware for energy management systems, based on the concept of edge computing for smart homes. The paper presents a reference model for the proposed architecture, considering specific requirements for this type of application. The proposed architecture employs the concept of microservices for data access and system configuration. The proposed middleware is designed to work with embedded systems under computational constraints, such as processing capability and storage, to reduce costs and allow its application closer to the user. The middleware is open and customizable to meet the developer's needs. The proposed solution was implemented and tested in a university laboratory, as well as at the Eldorado Research Institute to confirm the effectiveness of the middleware. The proposal stands out from others found in the literature as it can be implemented using low cost hardware. In addition to using microservices concepts, the proposed middleware is a valuable option for applications that need an edge computing approach. A performance analysis was carried out, using low cost hardware with limited resources. The results show that the proposal can handle a significant number of devices, offering low latency and low error rate, and consuming few processing resources and memory.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يمكن أن تبدو البرمجيات الوسيطة كطبقة تجريدية بين الأجهزة وتطبيقات المستخدم، والتي تسهل تطوير ونشر الخدمات في سيناريوهات مختلفة، مثل تلك الموجودة في أنظمة إدارة الطاقة المنزلية (HEMS). هناك العديد من مقترحات البرامج الوسيطة لـ HEMS، ومعظمها يتبع نهج الحوسبة السحابية. هذا النهج غير مهتم بموارد الحوسبة ولكنه يثير الاعتماد على الاتصالات الخارجية. تقدم هذه الورقة برنامجًا وسيطًا لأنظمة إدارة الطاقة، استنادًا إلى مفهوم الحوسبة الطرفية للمنازل الذكية. تقدم الورقة نموذجًا مرجعيًا للبنية المقترحة، مع مراعاة المتطلبات المحددة لهذا النوع من التطبيقات. تستخدم البنية المقترحة مفهوم الخدمات المصغرة للوصول إلى البيانات وتكوين النظام. تم تصميم البرامج الوسيطة المقترحة للعمل مع الأنظمة المضمنة في ظل قيود حسابية، مثل قدرة المعالجة والتخزين، لتقليل التكاليف والسماح بتطبيقاتها أقرب إلى المستخدم. البرنامج الوسيط مفتوح وقابل للتخصيص لتلبية احتياجات المطور. تم تنفيذ الحل المقترح واختباره في مختبر جامعي، وكذلك في معهد إلدورادو للأبحاث للتأكد من فعالية البرنامج الوسيط. يبرز الاقتراح عن المقترحات الأخرى الموجودة في الأدبيات حيث يمكن تنفيذه باستخدام أجهزة منخفضة التكلفة. بالإضافة إلى استخدام مفاهيم الخدمات المصغرة، تعد البرامج الوسيطة المقترحة خيارًا قيمًا للتطبيقات التي تحتاج إلى نهج حوسبة الحافة. تم إجراء تحليل للأداء باستخدام أجهزة منخفضة التكلفة بموارد محدودة. تظهر النتائج أن الاقتراح يمكنه التعامل مع عدد كبير من الأجهزة، مما يوفر زمن وصول منخفض ومعدل خطأ منخفض، ويستهلك القليل من موارد المعالجة والذاكرة.Translated Description (French)
Un logiciel middleware peut sembler être une couche d'abstraction entre le matériel et les applications utilisateur, qui facilite le développement et le déploiement de services dans divers scénarios, tels que ceux trouvés dans les systèmes de gestion de l'énergie domestique (HEMS). Il existe plusieurs propositions de middleware pour HEMS, la plupart d'entre elles adoptant l'approche du cloud computing. Cette approche ne se préoccupe pas des ressources informatiques mais soulève une dépendance à l'égard des connexions externes. Cet article présente un intergiciel pour les systèmes de gestion de l'énergie, basé sur le concept de l'informatique de pointe pour les maisons intelligentes. L'article présente un modèle de référence pour l'architecture proposée, en tenant compte des exigences spécifiques pour ce type d'application. L'architecture proposée utilise le concept de microservices pour l'accès aux données et la configuration du système. L'intergiciel proposé est conçu pour fonctionner avec des systèmes embarqués sous des contraintes de calcul, telles que la capacité de traitement et de stockage, afin de réduire les coûts et de permettre son application plus proche de l'utilisateur. Le middleware est ouvert et personnalisable pour répondre aux besoins du développeur. La solution proposée a été mise en œuvre et testée dans un laboratoire universitaire, ainsi qu'à l'Institut de recherche Eldorado pour confirmer l'efficacité du middleware. La proposition se distingue des autres trouvées dans la littérature car elle peut être mise en œuvre en utilisant du matériel à faible coût. En plus d'utiliser des concepts de microservices, le middleware proposé est une option précieuse pour les applications qui nécessitent une approche informatique de pointe. Une analyse de performance a été réalisée, en utilisant du matériel à faible coût avec des ressources limitées. Les résultats montrent que la proposition peut gérer un nombre important d'appareils, offrant une faible latence et un faible taux d'erreur, et consommant peu de ressources de traitement et de mémoire.Translated Description (Spanish)
Un software middleware puede parecer una capa de abstracción entre el hardware y las aplicaciones de usuario, que facilita el desarrollo y despliegue de servicios en diversos escenarios, como los que se encuentran en Home Energy Management Systems (HEMS). Hay varias propuestas de middleware para HEMS, y la mayoría de ellas adoptan el enfoque de la computación en la nube. Este enfoque no se preocupa por los recursos informáticos, pero plantea una dependencia de las conexiones externas. Este trabajo presenta un middleware para sistemas de gestión energética, basado en el concepto de edge computing para hogares inteligentes. El documento presenta un modelo de referencia para la arquitectura propuesta, considerando requisitos específicos para este tipo de aplicación. La arquitectura propuesta emplea el concepto de microservicios para el acceso a los datos y la configuración del sistema. El middleware propuesto está diseñado para trabajar con sistemas embebidos bajo restricciones computacionales, como la capacidad de procesamiento y almacenamiento, para reducir costos y permitir su aplicación más cerca del usuario. El middleware es abierto y personalizable para satisfacer las necesidades del desarrollador. La solución propuesta fue implementada y probada en un laboratorio universitario, así como en el Instituto de Investigación Eldorado para confirmar la efectividad del middleware. La propuesta se destaca de otras que se encuentran en la literatura ya que se puede implementar utilizando hardware de bajo coste. Además de utilizar conceptos de microservicios, el middleware propuesto es una opción valiosa para aplicaciones que necesitan un enfoque de computación de borde. Se llevó a cabo un análisis de rendimiento, utilizando hardware de bajo coste con recursos limitados. Los resultados muestran que la propuesta puede manejar un número significativo de dispositivos, ofreciendo baja latencia y baja tasa de error, y consumiendo pocos recursos de procesamiento y memoria.Files
09917529.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:db846d8ccd3bb54491a36165507ef9db
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إيدج للحوسبة والخدمات المصغرة الوسيطة لأنظمة إدارة الطاقة المنزلية
- Translated title (French)
- Middleware Edge Computing et Microservices pour les systèmes de gestion de l'énergie domestique
- Translated title (Spanish)
- Edge Computing y Microservicios Middleware para Sistemas de Gestión de Energía en el Hogar
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4312365983
- DOI
- 10.1109/access.2022.3214229
References
- https://openalex.org/W2025885425
- https://openalex.org/W2087567743
- https://openalex.org/W2108946723
- https://openalex.org/W2120743933
- https://openalex.org/W2326749396
- https://openalex.org/W2404525183
- https://openalex.org/W2512604976
- https://openalex.org/W2529113503
- https://openalex.org/W2531197751
- https://openalex.org/W2555470345
- https://openalex.org/W2607583390
- https://openalex.org/W2734495035
- https://openalex.org/W2752779131
- https://openalex.org/W2765554376
- https://openalex.org/W2783596173
- https://openalex.org/W2784792583
- https://openalex.org/W2793288935
- https://openalex.org/W2808030803
- https://openalex.org/W2890344874
- https://openalex.org/W2948769222
- https://openalex.org/W2982643061
- https://openalex.org/W2990478129
- https://openalex.org/W3010061561
- https://openalex.org/W3040261465
- https://openalex.org/W3042667087
- https://openalex.org/W3120799912
- https://openalex.org/W3121776079
- https://openalex.org/W3153283239
- https://openalex.org/W3160498726
- https://openalex.org/W3168611921
- https://openalex.org/W4205114769