The Internet of Things (IoT) has started to shape our perception of the digitalised world. Networked devices are being connected ubiquitously, and they are expected to provide information about our environment for a new type of low-latency and context-aware synthesis of knowledge in data-oriented systems and applications. Cloud computing is seen to facilitate the change in large scale, yet distance and reliability of networking infrastructures from the end devices to the cloud data centers are prohibitive to truly reactive use cases, where software actuates physical operations. The cloud must be extended to the network edges, and to this end, the paradigm of fog computing has been introduced. Unlike in the cloud, however, the devices in the fog computing paradigm are characterised by heterogenousness, various modes of communication, mobility, and often scarcity of resources. The sheer expected volumes of Things and their potential uses nevertheless pushes towards solutions where data and its utilisation co-locate.
To elaborate on some of the challenges in such a domain, we introduce a system architecture to realise live tracking of an artist on a performance stage, using low-cost components and cloud software. The ultimate goal of the system is to automate some control of moving spot lights so that their light beams follow the movements of the performer. To make the task possible, this case study presents a selection of suitable technologies, their integration, communication, and orchestration. Our proposal employs sensor data and devices, sensor networking, stream processing frameworks, and web technologies - all of which are of key importance in IoT applications. Bluetooth Low Energy (BLE) and Apache Kafka are in the core of our solution. Focusing on software development, we discuss the complexity of building nearly real-time reactive, reliable systems with the selected techonologies. We finally suggest which techniques could be appropriate to overcome these issues. On the side, we also conduct a feasibility analysis of the use case in real-life environments.Esineiden Internet (IoT) on mullistamassa kuvaamme digitaalisesta maailmasta. Verkottuneita laitteita yhdistetään toisiinsa yhä kattavammin, ja niiden odotetaan mahdollistavan uudentyyppisen sovellus- ja ympäristösidonnaisen tiedon yhdistämisen. Pilvilaskennan nähdään helpottavan tätä muutosta suuressa mittakaavassa, mutta etäisyys ja tietoverkkojen luotettavuus päätelaitteiden ja suurten palvelinkeskusten välillä estää aidosti vuorovaikutuksellisten, fyysisesti läsnä olevien sovellusten kehityksen. Tähän haasteeseen vastaa usvalaskenta (engl. fog computing), jonka pyrkimyksenä on laajentaa laskennallinen pilvi tietoverkkojen reunoille. Toisin kuin pilvessä, usvaan osallistuvat laitteet ovat kuitenkin epäyhtenäisiä, eri tavoin kommunikoivia ja usein vajavaisia suorituskyvyltään. Joka tapauksessa valtavat sähköisten esineiden massat ja niiden mahdolliset käyttökohteet ohjaavat kohti datan ja sen soveltamisen välisen etäisyyden optimointia.
Tämä työ tarkastelee joitakin IoT:n ja usvalaskennan haasteita järjestelmäarkkitehtuurin kautta, joka sallii esiintyjän reaaliaikaisen seurannan esiintymislavalla käyttäen edullisia laiteratkaisuja ja pilviohjelmistoja. Järjestelmän varsinaisena tarkoituksena on motorisoitujen kohdevalojen automaattinen ohjaaminen esiintyjän pitämiseksi valokeilassa. Tämän mahdollistamiseksi esitän työssä kokoonpanon sopivia teknologioita, niiden välisen integraation, kommunikaation ja yhteistoiminnan järjestämisen. Ratkaisuni hyödyntää sensoridataa ja -laitteita, sensorilaitteiden välistä tiedonsiirtoa, tietovirtoihin yhdistettyä ohjelmointia, ja web-teknologioita - kaikki oleellisia IoT-järjestelmän osia. Erityisenä kiinnostuksen kohteena on Bluetooth Low Energyn (BLE) ja Apache Kafkan käyttö osana järjestelmää. Pohdin näennäisen reaaliaikaisen, reaktiivisen ja luotettavan järjestelmän kehitystyötä valittuja teknologioita käyttäen. Ohessa tutkin, voiko esitetty järjestelmä toimia todellisilla esiintymislavoilla.
