Fault tolerant service integration

Abstract

Service Oriented Architectures (SOA) are a mainstay of enterprise computing and there is now a growing interest in services for systems of connected devices in a variety of environments, ranging from industrial manufacturing equipment to home automation, and other highly heterogeneous environments. In fact, the current trend in connected devices is expected to accelerate as the vision for the Internet-of-Things (IoT) becomes a reality. The IoT embodies the seamless discovery, configuration, and interoperability of networked devices in various settings, and in a sense, it has extended the application range of Enterprise Application Integration (EAI) to non enterprise environments. For instance, EAI in manufacturing environments with highly demanding dependability and timeliness requirements, must leverage closed proprietary middleware solutions that incorporate some fault tolerance techniques to fulfill such requirements, since transactional processing does not satisfy those requirements completely. But as non enterprise applications become increasingly critical, the middleware coping with Machine-to-Machine (M2M) communication and coordination, such as the Devices Profile for Web Services (DPWS), has to deal with fault tolerance and increasing complexity, while still abiding to resource constraints of target devices. Fault tolerant service integration in such scenarios can then be broken down into reliable communication and service correctness. These two features can be provided by gossip protocols, to ensure reliable message exchanges in different communication patterns, and consensus protocols, to ensure the normal behavior of intervening services. In this dissertation, we address these challenges by proposing a DPWSbased framework containing a gossip service and a consensus service, and evaluate its effectiveness on providing fault tolerance capabilities to existing services.

As Arquiteturas Orientadas a Serviços (SOA) são um dos pilares da computação empresarial e há atualmente um interesse crescente na utilização de serviços para sistemas com dispositivos ligados numa variedade de ambientes, que vão desde a produção industrial à domótica, ate outros ambientes altamente heterogéneos. De facto, a atual tendência em dispositivos ligados deverá acelerar à medida que a visão da Internet das Coisas se torne uma realidade. A Internet das Coisas incorpora descoberta automática, configuração e interoperabilidade dos dispositivos ligados em rede em vários ambientes, e em certo sentido, ampliou o alcance de aplicação de Enterprise Application Integration (EAI) ate ambientes não empresariais. Por exemplo, EAI em ambientes de produção com exigências de fiabilidade e pontualidade altamente exigentes, deve alavancar soluções de middleware proprietário que incorporem algumas técnicas de tolerância a faltas para cumprir esses requisitos, uma vez que o processamento com recurso a transações não os preenche completamente. À medida que aplicações não empresariais se tornam cada vez mais críticas, o middleware que lida com a comunicação e coordenação Maquina-a-Maquina, como Devices Profile for Web Services (DPWS), tem de lidar com a tolerância a faltas e o aumento da complexidade, respeitando simultaneamente as limitações de recursos dos dispositivos alvo. A integração de serviços com tolerância a faltas em tais situações pode, então, ser dividida em comunicação confiável e correção dos serviços. Estas duas características podem ser fornecidas por protocolos epidémicos, de forma a garantir a troca fiável de mensagens utilizando diferentes padrões de comunicação, e por protocolos de consenso, para garantir o normal funcionamento dos serviços intervenientes. Nesta dissertação, estes desafios foram abordados com uma infraestrutura baseada em DPWS que inclui um serviço epidémico e um serviço de consenso, tendo sido avaliada a sua eficácia a assegurar tolerância a faltas nos serviços existentes.