Publish/Subscribe data communication in Cyber-Physical Systems oriented to Unmanned Aerial Vehicle

Corpas Rodríguez, Beatriz (2020). Publish/Subscribe data communication in Cyber-Physical Systems oriented to Unmanned Aerial Vehicle. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Publish/Subscribe data communication in Cyber-Physical Systems oriented to Unmanned Aerial Vehicle
Author/s:
  • Corpas Rodríguez, Beatriz
Contributor/s:
  • Rodríguez Molina, Jesús
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Telemática
Date: July 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Vehículos aéreos no tripulados; Sistemas ciber-fisicos
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Los sistemas ciber-físicos son entidades computacionales que están siempre en contacto con el mundo físico que nos rodea y al mismo tiempo están conectados a internet para proporcionar y procesar datos. Hoy en día, los sistemas ciber-físicos tienen un papel muy importante en nuestra sociedad. Están involucrados en una gran cantidad de proyectos de diferentes sectores, como por ejemplo la computación de datos de tráfico para conseguir el coche autónomo perfecto, el reconocimiento de bosques y otras áreas de difícil acceso para controlar incendios y otro tipo de catástrofes. Los sistemas ciber-físicos también son esenciales en el sector sanitario, en el cual ya existen robots que realizan operaciones que requieren un alto nivel de precisión. Para que este tipo de proyectos sean posibles, y cada vez más comunes, los sistemas ciber-físicos deben tener un alto nivel de computación y las baterías deben ser de larga duración. Estas características no se dan al 100% en este momento, pero se sigue investigando como mejorar estos aspectos. Otra de las características más importantes es la seguridad. Cuando se envían y se reciben datos, es esencial mantenerlos seguros y a salvo ya que pueden ser datos sensibles y ser usados de manera maliciosa. Este proyecto se basa en el control remoto de un determinado tipo de sistema ciber-físico: los Vehículos Aéreos No Tripulados. Para llevarlo a cabo, se ha implementado un sistema de comunicación de datos Publicador/Suscriptor. El principal escenario del proyecto está formado por: dos ordenadores y un dron. El primero de ellos será con el que el usuario estará en contacto, el segundo estará en la localización remota junto con el dron, que ejecutará las órdenes recibidas por el segundo ordenador. Es importante establecer dos comunicaciones. La primera de ellas entre las máquinas virtuales corriendo en los ordenadores, que se establece con el protocolo publicador/suscriptor llamado DDS. Una vez hecho, se establece la comunicación entre el ordenador y el dron, conectándose al WiFi del dron y descargando una aplicación para ejecutarla en Eclipse. Una vez establecidas, se hace una modificación de la API para controlar el dron de manera remota y se crean dos hilos en el primer ordenador para poder enviar comandos y recibir datos de manera simultánea. En un futuro, el proyecto será muy útil si se dan más situaciones como la de la primavera de 2020, en la que salir de casa no estaba permitido. Los sistemas ciber-físicos realizarán las tareas esenciales, evitando así la exposición de los humanos a virus o a otros peligros. Abstract: Cyber-Physical Systems are computational entities that are in contact with the physical world, and at the same time, provide data and processing it on the Internet. Today, and in an increasing way, these systems are used in many aspects of our daily lives, and they can do the most difficult part in different kinds of jobs. Nowadays, they play important roles. They are involved in several projects in different sectors, such as computing traffic data to achieve the perfect autonomous car, reconnaissance of forests and areas of difficult access to control fires and other types of catastrophes. They are also essential in healthcare, for which there are already robots that perform operations with a high level of precision. For this type of projects to become possible, and increasingly common, Cyber-Physical Systems must have a high level of computing and long-lasting batteries. These characteristics are not widespread nowadays, and research is still being performed on how to improve these aspects. Another of the most important characteristics of Cyber-Physical Systems is security. When sending or receiving data it is essential to maintain them secure, since depending on the sector in which these systems are used, there will be very sensitive data that can be badly used. This project is focused on the remote control of a certain type of Cyber-Physical System: the Unmanned Aerial Vehicle. To carry out this project, a Publish/Subscribe communication with data standards has been implemented. This project is made up of three main components: two different computers and one drone. The first host will let the user select one command to send it to the drone and it will receive what mission the drone is performing. The second one will show a graphic interface with drone data and will send the commands to the drone. Finally, the drone will receive the commands and will send the data to the second host. There are two important communications to establish in this project. The first one is the communication between two virtual machines running in two different hosts. This communication is performed using the Publish/Subscribe standard aforementioned, which is named Data Distribution Service. Once this is done, the communication between one host and the drone will be established. To perform it, it is necessary to connect to the drone’s WiFi and to download an application and execute it using Eclipse. When both communications were established, the procedure to follow was the modification of the API, to be able to drive the drone in a remotely fashion, according to the commands that the user chose in the first host. It was also important to implement two threads in the first host to send commands and receive data simultaneously. This project will be very useful if there are more situations like those experienced during Spring 2020, where leaving home was not allowed, since the Cyber-Physical Systems will be responsible for carrying out the essential tasks, thus avoiding human exposure to viruses, or other hazards.

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Item ID: 68244
DC Identifier: https://oa.upm.es/68244/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:68244
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 20 Aug 2021 16:37
Last Modified: 20 Oct 2021 06:28
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