AbstractsComputer Science

Scalability, heterogeneity, and device life-cycle are among the key concerns regarding Internet of Things (IoT) system development and deployment. Consequently, they require robust solutions for managing gateway-resident services as the systems evolve while being deployed in a large scale. This thesis studies kernel-level virtualization in the context of designing and implementing a software management system for use in IoT edge gateways. A management system is implemented for a gateway which is deployed to several households, where the gateways act as base stations for smart electricity plugs. The gateway is designed to be used in a private household network, connecting to the Internet using the household's own connection without modifications to router settings and with no configuration required from the homeowner. The implementation runs on the GNU/Linux operating system on the Raspberry Pi 2 single-board computer. It uses Docker as the virtualization system, Ansible for host-level configuration management and MQTT as the primary protocol for communication with cloud-resident management services. The gateway was deployed to a number of households in the pre-pilot phase of the Flex4Grid project. During the pre-pilot, the implemented software management system provided a convenient way of deploying and maintaining middleware packages running inside the gateways, as well as being capable of updating itself as required. Skaalautuvuus, heterogeenisyys ja laitteiden elinkaari kuuluvat Internet of Things (IoT) -järjestelmien kehityksen ja käyttöönoton avainkysymyksiin. Tästä johtuen järjestelmät tarvitsevat toimivarmoja ratkaisuja yhdyskäytävälaitteissa ajettavien palveluiden hallitsemiseen laajasti käyttöönotetujen järjestelmien kehittyessä. Tämä diplomityö tutkii käyttöjärjestelmäydintason virtualisointia IoT-rajayhdyskäytävälaitteiden ohjelmistohallintajärjestelmän suunnitteluun ja toteuttamiseen liittyen. Työssä toteutetaan hallintajärjestelmä yhdyskäytävälaitteelle, jollaisia otetaan käyttöön useissa kotitalouksissa toimimaan tukiasemana älypistokkeille. Yhdyskäytävä toimii kotitalouksien yksityisissä lähiverkoissa, joissa ne käyttävät kunkin kotitalouden omaa Internet-yhteyttä tarvitsematta muutoksia kotireitittimien asetuksiin. Toteutettu järjestelmä toimii GNU/Linux-käytöjärjestelmässä Raspberry Pi 2 -laitteella ja käyttää Docker-virtualisointijärjestelmää, Ansible-konfiguraationhallintatyökalua ja MQTT-kommunikaatioprotokollaa pilvipalveluiden kanssa. Yhdyskäytävälaitetta käytettin lukuisissa kotitalouksissa Flex4Grid-projektin esipilottivaiheen aikana. Toteutettu ohjelmistonhallintajärjestelmä tarjosi esipilotin aikana sujuvan mekanismin yhdyskäytävälaitteissa ajettavien väliohjelmistojen etäasentamiseen ja päivittämiseen ja pystyi päivittämään ajon aikana tarvittaessa myös itsensä.