Contribution to service provision on interoperable mobile devices in Cyber-Physical Systems

Sánchez de Rivera Córdoba, Diego (2019). Contribution to service provision on interoperable mobile devices in Cyber-Physical Systems. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.55683.

Description

Title: Contribution to service provision on interoperable mobile devices in Cyber-Physical Systems
Author/s:
  • Sánchez de Rivera Córdoba, Diego
Contributor/s:
  • Alcarria Garrido, Ramón Pablo
  • Martín de Andrés, Diego
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Freetext Keywords: cyber physical systems; service provision; interoperable devices; unattended systems; system monitoring; auto-provision deployment; communication efficiency
Faculty: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería de Sistemas Telemáticos [hasta 2014]
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Esta tesis doctoral se enmarca dentro del concepto llamado Sistema Ciber-Físico (CPS en inglés) y contribuye a la provisión, el procesado y la optimización de lo relativo a la provisión de servicios en entornos inteligentes. El concepto de entorno inteligente promueve la creación de relaciones fundamentalmente interoperables entre todos los elementos presentes en la red. Dado que, por ejemplo, muchos objetos cotidianos en nuestras vidas incorporan continuamente nuevas capacidades inteligentes, es aquí donde un sistema apropiado puede mejorar la experiencia de los usuarios finales. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es diseñar y validar un entorno de provisión de servicios para CPS con dispositivos inteligentes que mejoren las funcionalidades y las capacidades de interoperabilidad del entorno. Sobre la base de un entorno de servicios para CPS, se proporcionarán varios detalles de los dispositivos y servicios inteligentes adecuados a las condiciones específicas estudiadas. Una de las principales tendencias actuales en el paradigma de entorno inteligentes es la orientación a servicios del sistema, el cual, enmarca la interacción entre la infraestructura física de la plataforma y el servicio ofrecido a los usuarios finales. Sobre esto, las aplicaciones pueden construir capas que administran el sistema inteligente con una experiencia de usuario mejorada. Para lograr este objetivo, estos servicios pueden ser implementados para su utilización por expertos tecnológicos o pueden incluirse en un entorno “prosumer” donde los usuarios no expertos puedan diseñar, construir, e implementar sus propios servicios de una manera dinámica. Además, estas implementaciones a menudo se ubican en ubicaciones distantes y pueden ser adaptadas mediante la adición de nuevas características al entorno inteligente. Este paradigma es tan flexible que ofrece la capacidad de poderse adaptar a cada aplicación, aun así, existen varios problemas que pueden disminuir la confiabilidad y las ventajas de estos sistemas en los despliegues reales. De esta manera, con este trabajo contribuyo a la provisión de servicios definiendo procesos que permiten la configuración y despliegue del sistema de forma automatizada incluyendo un experto del dominio en la primera fase y una infraestructura que soporte estas interacciones y la administración del sistema. Esta provisión automatizada de servicios se descompone en profundidad y se concentra en mejorar varias funcionalidades, donde propongo incluir mecanismos y procedimientos para mejorar la experiencia del usuario en todo el sistema. Todo ello basado en las restricciones que impone un CPS y para tratar de lograr un marco de sistema extensible que pueda adaptarse a las necesidades futuras. Además, propongo añadir varios elementos de soporte a esta arquitectura de manera que se optimice la asignación de recursos, el proceso de monitorización y la eficiencia de las comunicaciones del sistema. Estas contribuciones permiten que el sistema sea consciente de los cambios de la infraestructura que pueden surgir en un entorno inteligente en ejecución y proporcione una adaptación dinámica a los recursos del sistema, una mejor utilización de la energía disponible y mejora en las capacidades del dispositivo. Para validar estas contribuciones, se han realizado medidas experimentales basadas en escenarios tanto simulados como reales. La solución ha sido verificada y se han podido extraer conclusiones relevantes. ----------ABSTRACT---------- This PhD Thesis is framed under the Cyber Physical System (CPS) concept, and contributes to the provision, process and optimization of the service provision in smart environments. The smart environment model promotes the creation of interoperable relationships between all the elements present in the network. As everyday objects in our lives are continuously incorporating smart capabilities, an appropriate system can improve the end-user experience. The overall goal of this PhD Thesis work is to design and validate a service provision environment for CPS with smart devices that improve the functionalities and interoperable capabilities of the service environment. Based on a service environment for CPS, several particularities of smart devices and services adapted to specific conditions will be provided. One of the current top trends in the smart environment paradigm is the service-oriented system, which frameworks the interaction between the physical infrastructure of the platform and the service offered to the final users. Applications can be then built on top of the layers that manage the smart system in seamless user experience. In this manner, these services may be used to work in applications deployed by technological experts, or might be included in a “prosumer” environment where non-expert users can design, build and deploy their own services in a dynamic way. Additionally, these deployments are often located in distant locations and supported by the addition of smart environment features. This flexible paradigm offers the capability of being adaptable to each application, but even so, several problems exist that may decrease the reliability and the advantages of the smart systems in real world deployments. With this work, I contribute to service provision by defining a process that supports the configuration and provision of the system in an automated form, by including a domain expert at the primary phase and a supporting architecture to interact and manage the system. Service provision is then decomposed and focused in several aspects where I propose to include mechanisms and procedures to improve the user experience in the whole system, based on CPS constraints, and trying to achieve an extensible system framework that can be adapted to the future trends needs. Furthermore, I propose the addition of several supporting elements to the basic CPS architecture in order to optimize the resource allocation, monitoring process and communication efficiency of a deployed system. These contributions allow the system to be aware of the changes of the infrastructure and provide a dynamic adaptation of the system resources, battery utilization and device capabilities changes that can emerge in a running smart environment. To validate the contributions, experimental measures based on simulated and real scenarios have been conducted. The solutions have been verified and relevant conclusions have been extracted.

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Item ID: 55683
DC Identifier: http://oa.upm.es/55683/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:55683
DOI: 10.20868/UPM.thesis.55683
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 04 Sep 2019 10:20
Last Modified: 04 Mar 2020 23:30
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