Security and Privacy in Dynamic Spectrum Access: Challenges and Solutions

abstract: Dynamic spectrum access (DSA) has great potential to address worldwide spectrum shortage by enhancing spectrum efficiency. It allows unlicensed secondary users to access the under-utilized spectrum when the primary users are not transmitting. On the other hand, the open wireless medium subjects DSA systems to various security and privacy issues, which might hinder the practical deployment. This dissertation consists of two parts to discuss the potential challenges and solutions. The first part consists of three chapters, with a focus on secondary-user authentication. Chapter One gives an overview of the challenges and existing solutions in spectrum-misuse detection. Chapter Two presents SpecGuard, the first crowdsourced spectrum-misuse detection framework for DSA systems. In SpecGuard, three novel schemes are proposed for embedding and detecting a spectrum permit at the physical layer. Chapter Three proposes SafeDSA, a novel PHY-based scheme utilizing temporal features for authenticating secondary users. In SafeDSA, the secondary user embeds his spectrum authorization into the cyclic prefix of each physical-layer symbol, which can be detected and authenticated by a verifier. The second part also consists of three chapters, with a focus on crowdsourced spectrum sensing (CSS) with privacy consideration. CSS allows a spectrum sensing provider (SSP) to outsource the spectrum sensing to distributed mobile users. Without strong incentives and location-privacy protection in place, however, mobile users are reluctant to act as crowdsourcing workers for spectrum-sensing tasks. Chapter Four gives an overview of the challenges and existing solutions. Chapter Five presents PriCSS, where the SSP selects participants based on the exponential mechanism such that the participants' sensing cost, associated with their locations, are privacy-preserved. Chapter Six further proposes DPSense, a framework that allows the honest-but-curious SSP to select mobile users for executing spatiotemporal spectrum-sensing tasks without violating the location privacy of mobile users. By collecting perturbed location traces with differential privacy guarantee from participants, the SSP assigns spectrum-sensing tasks to participants with the consideration of both spatial and temporal factors. Through theoretical analysis and simulations, the efficacy and effectiveness of the proposed schemes are validated.Dissertation/ThesisDoctoral Dissertation Electrical Engineering 201

GruMon: Fast and Accurate Group Monitoring for Heterogeneous Urban Spaces

Singapore National Research Foundation under IDM Futures Funding Initiativ

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Urban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas

Delivering IoT Services in Smart Cities and Environmental Monitoring through Collective Awareness, Mobile Crowdsensing and Open Data

The Internet of Things (IoT) is the paradigm that allows us to interact with the real world by means of networking-enabled devices and convert physical phenomena into valuable digital knowledge. Such a rapidly evolving field leveraged the explosion of a number of technologies, standards and platforms. Consequently, different IoT ecosystems behave as closed islands and do not interoperate with each other, thus the potential of the number of connected objects in the world is far from being totally unleashed. Typically, research efforts in tackling such challenge tend to propose a new IoT platforms or standards, however, such solutions find obstacles in keeping up the pace at which the field is evolving. Our work is different, in that it originates from the following observation: in use cases that depend on common phenomena such as Smart Cities or environmental monitoring a lot of useful data for applications is already in place somewhere or devices capable of collecting such data are already deployed. For such scenarios, we propose and study the use of Collective Awareness Paradigms (CAP), which offload data collection to a crowd of participants. We bring three main contributions: we study the feasibility of using Open Data coming from heterogeneous sources, focusing particularly on crowdsourced and user-contributed data that has the drawback of being incomplete and we then propose a State-of-the-Art algorith that automatically classifies raw crowdsourced sensor data; we design a data collection framework that uses Mobile Crowdsensing (MCS) and puts the participants and the stakeholders in a coordinated interaction together with a distributed data collection algorithm that prevents the users from collecting too much or too less data; (3) we design a Service Oriented Architecture that constitutes a unique interface to the raw data collected through CAPs through their aggregation into ad-hoc services, moreover, we provide a prototype implementation

Leveraging Resources on Anonymous Mobile Edge Nodes

Smart devices have become an essential component in the life of mankind. The quick rise of smartphones, IoTs, and wearable devices enabled applications that were not possible few years ago, e.g., health monitoring and online banking. Meanwhile, smart sensing laid the infrastructure for smart homes and smart cities. The intrusive nature of smart devices granted access to huge amounts of raw data. Researchers seized the moment with complex algorithms and data models to process the data over the cloud and extract as much information as possible. However, the pace and amount of data generation, in addition to, networking protocols transmitting data to cloud servers failed short in touching more than 20% of what was generated on the edge of the network. On the other hand, smart devices carry a large set of resources, e.g., CPU, memory, and camera, that sit idle most of the time. Studies showed that for plenty of the time resources are either idle, e.g., sleeping and eating, or underutilized, e.g. inertial sensors during phone calls. These findings articulate a problem in processing large data sets, while having idle resources in the close proximity. In this dissertation, we propose harvesting underutilized edge resources then use them in processing the huge data generated, and currently wasted, through applications running at the edge of the network. We propose flipping the concept of cloud computing, instead of sending massive amounts of data for processing over the cloud, we distribute lightweight applications to process data on users\u27 smart devices. We envision this approach to enhance the network\u27s bandwidth, grant access to larger datasets, provide low latency responses, and more importantly involve up-to-date user\u27s contextual information in processing. However, such benefits come with a set of challenges: How to locate suitable resources? How to match resources with data providers? How to inform resources what to do? and When? How to orchestrate applications\u27 execution on multiple devices? and How to communicate between devices on the edge? Communication between devices at the edge has different parameters in terms of device mobility, topology, and data rate. Standard protocols, e.g., Wi-Fi or Bluetooth, were not designed for edge computing, hence, does not offer a perfect match. Edge computing requires a lightweight protocol that provides quick device discovery, decent data rate, and multicasting to devices in the proximity. Bluetooth features wide acceptance within the IoT community, however, the low data rate and unicast communication limits its use on the edge. Despite being the most suitable communication protocol for edge computing and unlike other protocols, Bluetooth has a closed source code that blocks lower layer in front of all forms of research study, enhancement, and customization. Hence, we offer an open source version of Bluetooth and then customize it for edge computing applications. In this dissertation, we propose Leveraging Resources on Anonymous Mobile Edge Nodes (LAMEN), a three-tier framework where edge devices are clustered by proximities. On having an application to execute, LAMEN clusters discover and allocate resources, share application\u27s executable with resources, and estimate incentives for each participating resource. In a cluster, a single head node, i.e., mediator, is responsible for resource discovery and allocation. Mediators orchestrate cluster resources and present them as a virtually large homogeneous resource. For example, two devices each offering either a camera or a speaker are presented outside the cluster as a single device with both camera and speaker, this can be extended to any combination of resources. Then, mediator handles applications\u27 distribution within a cluster as needed. Also, we provide a communication protocol that is customizable to the edge environment and application\u27s need. Pushing lightweight applications that end devices can execute over their locally generated data have the following benefits: First, avoid sharing user data with cloud server, which is a privacy concern for many of them; Second, introduce mediators as a local cloud controller closer to the edge; Third, hide the user\u27s identity behind mediators; and Finally, enhance bandwidth utilization by keeping raw data at the edge and transmitting processed information. Our evaluation shows an optimized resource lookup and application assignment schemes. In addition to, scalability in handling networks with large number of devices. In order to overcome the communication challenges, we provide an open source communication protocol that we customize for edge computing applications, however, it can be used beyond the scope of LAMEN. Finally, we present three applications to show how LAMEN enables various application domains on the edge of the network. In summary, we propose a framework to orchestrate underutilized resources at the edge of the network towards processing data that are generated in their proximity. Using the approaches explained later in the dissertation, we show how LAMEN enhances the performance of applications and enables a new set of applications that were not feasible

Crowdsensing solutions for urban pollution monitoring using smartphones

La contaminación ambiental es uno de los principales problemas que afecta a nuestro planeta. El crecimiento industrial y los aglomerados urbanos, entre otros, están contribuyendo a que dicho problema se diversifique y se cronifique. La presencia de contaminantes ambientales en niveles elevados afecta la salud humana, siendo la calidad del aire y los niveles de ruido ejemplos de factores que pueden causar efectos negativos en las personas tanto psicológicamente como fisiológicamente. Sin embargo, la ubiquidad de los microcomputadores, y el aumento de los sensores incorporados en nuestros smartphones, han hecho posible la aparición de nuevas estrategias para medir dicha contaminación. Así, el Mobile Crowdsensing se ha convertido en un nuevo paradigma mediante el cual los teléfonos inteligentes emergen como tecnología habilitadora, y cuya adopción generalizada proporciona un enorme potencial para su crecimiento, permitiendo operar a gran escala, y con unos costes asumibles para la sociedad. A través del crowdsensing, los teléfonos inteligentes pueden convertirse en unidades de detección flexibles y multiuso que, a través de los sensores integrados en dichos dispositivos, o combinados con nuevos sensores, permiten monitorizar regiones de interés con una buena granularidad tanto espacial como temporal. En esta tesis nos centramos en el diseño de soluciones de crowdsensing usando smartphones donde abordamos problemas de contaminación ambiental, específicamente del ruido y de la contaminación del aire. Con este objetivo, se estudian, en primer lugar, las propuestas de crowdsensing que han surgido en los últimos años. Los resultados de nuestro estudio demuestran que todavía hay mucha heterogeneidad en términos de tecnologías utilizadas y métodos de implementación, aunque los diseños modulares en el cliente y en el servidor parecen ser dominantes. Con respecto a la contaminación del aire, proponemos una arquitectura que permita medir la contaminación del aire, concretamente del ozono, dentro de entornos urbanos. Nuestra propuesta utiliza smartphones como centro de la arquitectura, siendo estos dispositivos los encargados de leer los datos de un sensor móvil externo, y de luego enviar dichos datos a un servidor central para su procesamiento y tratamiento. Los resultados obtenidos demuestran que la orientación del sensor y el período de muestreo, dentro de ciertos límites, tienen muy poca influencia en los datos capturados. Con respecto a la contaminación acústica, proponemos una arquitectura para medir los niveles de ruido en entornos urbanos basada en crowdsensing, y cuya característica principal es que no requiere intervención del usuario. En esta tesis detallamos aspectos tales como la calibración de los smartphones, la calidad de las medidas obtenidas, el instante de muestreo, el diseño del servidor, y la interacción cliente-servidor. Además, hemos validado nuestra solución en escenarios reales para demostrar el potencial de la solución alcanzada. Los resultados experimentales muestran que, con nuestra propuesta, es posible medir niveles de ruido en diferentes zonas urbanas o rurales con un grado de precisión comparable al de los dispositivos profesionales, todo ello sin requerir intervención del usuario, y con un consumo reducido en cuanto a recursos del sistema. En general, las diferentes contribuciones de esta tesis doctoral ofrecen un punto de partida para nuevos desarrollos, ofreciendo estrategias de calibración y algoritmos eficientes de cara a realizar medidas representativas. Además, una importante ventaja de nuestra propuesta es que puede ser implementada de forma directa tanto en instituciones públicas como no gubernamentales en poco tiempo, ya que utiliza tecnología accesible y soluciones basadas en código abierto.La contaminació ambiental és un dels principals problemes que afecten el nostre planeta. El creixement industrial i els aglomerats urbans, entre altres, estan contribuint al fet que aquest problema es diversifique i es cronifique. La presència de contaminants ambientals en nivells elevats afecta la salut humana, sent la qualitat de l'aire i els nivells de soroll exemples de factors que poden causar efectes negatius en les persones, tant psicològicament com fisiològicament. No obstant això, la ubiqüitat de les microcomputadores i l'augment dels sensors incorporats als nostres telèfons intel·ligents han fet possible l'aparició de noves estratègies per a mesurar aquesta contaminació. Així, el mobile crowdsensing s'ha convertit en un nou paradigma mitjançant el qual els telèfons intel·ligents emergeixen com a tecnologia habilitadora, i l'adopció generalitzada d'aquest proporciona un enorme potencial per al seu creixement, ja que permet operar a gran escala i amb uns costos assumibles per a la societat. A través del crowdsensing, els telèfons intel·ligents poden convertir-se en unitats de detecció flexibles i multiús que, a través dels sensors integrats en els esmentats dispositius, o combinats amb nous sensors, permeten monitoritzar regions d'interès amb una bona granularitat, tant espacial com temporal. En aquesta tesi ens centrem en el disseny de solucions de crowdsensing usant telèfons intel·ligents, on abordem problemes de contaminació ambiental, específicament del soroll i de la contaminació de l'aire. Amb aquest objectiu, s'estudien, en primer lloc, les propostes de crowdsensing que han sorgit en els últims anys. Els resultats del nostre estudi demostren que encara hi ha molta heterogeneïtat en termes de tecnologies utilitzades i mètodes d'implementació, encara que els dissenys modulars en el client i en el servidor semblen ser dominants. Pel que fa a la contaminació de l'aire, proposem una arquitectura que permeta mesurar la contaminació d'aquest, concretament de l'ozó, dins d'entorns urbans. La nostra proposta utilitza telèfons intel·ligents com a centre de l'arquitectura, sent aquests dispositius els encarregats de llegir les dades d'un sensor mòbil extern, i d'enviar després aquestes dades a un servidor central per al seu processament i tractament. Els resultats obtinguts demostren que l'orientació del sensor i el període de mostratge, dins de certs límits, tenen molt poca influència en les dades capturades. Pel que fa a la contaminació acústica, proposem una arquitectura per a mesurar els nivells de soroll en entorns urbans basada en crowdsensing, i la característica principal de la qual és que no requereix intervenció de la persona usuària. En aquesta tesi detallem aspectes com ara el calibratge dels telèfons intel·ligents, la qualitat de les mesures obtingudes, l'instant de mostratge, el disseny del servidor i la interacció client-servidor. A més, hem validat la nostra solució en escenaris reals per a demostrar el potencial de la solució assolida. Els resultats experimentals mostren que, amb la nostra proposta, és possible mesurar nivells de soroll en diferents zones urbanes o rurals amb un grau de precisió comparable al dels dispositius professionals, tot això sense requerir intervenció de l'usuari o usuària, i amb un consum reduït quant a recursos del sistema. En general, les diferents contribucions d'aquesta tesi doctoral ofereixen un punt de partida per a nous desenvolupaments, i ofereixen estratègies de calibratge i algorismes eficients amb vista a realitzar mesures representatives. A més, un important avantatge de la nostra proposta és que pot ser implementada de forma directa tant en institucions públiques com no governamentals en poc de temps, ja que utilitza tecnologia accessible i solucions basades en el codi obert.Environmental pollution is one of the main problems that affect our planet. Industrial growth and urban agglomerations, among others, are contributing to the diversification and chronification of this problem. The presence of environmental pollutants at high levels affect human health, with air quality and noise levels being examples of factors that can cause negative effects on people both psychologically and physiologically. Traditionally, environmental pollution is measured through monitoring centers, which are usually fixed and have a high cost. However, the ubiquity of microcomputers and the increase in the number of sensors embedded in our smartphones, have paved the way for the appearance of new strategies to measure such pollution. Thus, Mobile Crowdsensing has become a new paradigm through which smartphones emerge as an enabling technology, and whose widespread adoption provides enormous potential for growth, allowing large-scale operations, and with costs acceptable to our society. Through crowdsensing, smartphones can become flexible and multipurpose detection units that, through the sensors integrated into these devices, or combined with new sensors, allow monitoring regions of interest with good spatial and temporal granularity. In this thesis, we focus on the design of crowdsensing solutions using smartphones. We deal with environmental pollution problems, specifically noise and air pollution. With this objective, the crowdsensing proposals that have emerged in recent years are studied in the first place. The results of our study show that there is still a lot of heterogeneity in terms of technologies used and implementation methods, although modular designs at both client and server seem to be dominant. Concerning air pollution, we propose an architecture that allows measuring air pollution, specifically ozone, in urban environments. Our proposal uses smartphones as the center of the architecture, being these devices responsible for reading the data obtained by an external mobile sensor, and then sending such data to a central server for processing and analysis. In this proposal, several problems have been analyzed with regard to the orientation of the external sensor and the sampling time, and the proposed solution has been validated in real scenarios. The results obtained show that the orientation of the sensor and the sampling period, within certain limits, have very little influence on the captured data. Also, by comparing the heat maps generated by our solution with the data from the existing monitoring stations in the city of Valencia, we demonstrate that our approach is capable of providing greater data granularity. Concerning noise pollution, we propose an architecture to measure noise levels in urban environments based on crowdsensing, and whose main characteristic is that it does not require user intervention. In this thesis, we detail aspects such as the calibration of smartphones, the quality of the measurements obtained, the sampling instant, the server design, and the client-server interaction. Besides, we have validated our solution in real scenarios to demonstrate the potential of the proposed solution. Experimental results show that, with our proposal, it is possible to measure noise levels in different urban or rural areas with a degree of precision comparable to that of professional devices, all without requiring the intervention of the user, and with reduced consumption of system resources. In general, the different contributions of this doctoral thesis provide a starting point for new developments, offering efficient calibration strategies and algorithms to make representative measurements. Besides, a significant advantage of our proposal is that it can be implemented straightforwardly by both public and non-governmental institutions in a short time, as it relies on accessible technology and open source softwareZamora Mero, WJ. (2018). Crowdsensing solutions for urban pollution monitoring using smartphones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115483TESI

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyUrban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas.Postprint (published version

Edge Intelligence : Empowering Intelligence to the Edge of Network

Edge intelligence refers to a set of connected systems and devices for data collection, caching, processing, and analysis proximity to where data are captured based on artificial intelligence. Edge intelligence aims at enhancing data processing and protects the privacy and security of the data and users. Although recently emerged, spanning the period from 2011 to now, this field of research has shown explosive growth over the past five years. In this article, we present a thorough and comprehensive survey of the literature surrounding edge intelligence. We first identify four fundamental components of edge intelligence, i.e., edge caching, edge training, edge inference, and edge offloading based on theoretical and practical results pertaining to proposed and deployed systems. We then aim for a systematic classification of the state of the solutions by examining research results and observations for each of the four components and present a taxonomy that includes practical problems, adopted techniques, and application goals. For each category, we elaborate, compare, and analyze the literature from the perspectives of adopted techniques, objectives, performance, advantages and drawbacks, and so on. This article provides a comprehensive survey of edge intelligence and its application areas. In addition, we summarize the development of the emerging research fields and the current state of the art and discuss the important open issues and possible theoretical and technical directions.Peer reviewe