Internet-wide geo-networking problem statement

This document describes the need of specifying Internet-wide location-aware forwarding protocol solutions that provide packet routing using geographical positions for packet transport

Developing a distributed electronic health-record store for India

The DIGHT project is addressing the problem of building a scalable and highly available information store for the Electronic Health Records (EHRs) of the over one billion citizens of India

Automotive Intelligence Embedded in Electric Connected Autonomous and Shared Vehicles Technology for Sustainable Green Mobility

The automotive sector digitalization accelerates the technology convergence of perception, computing processing, connectivity, propulsion, and data fusion for electric connected autonomous and shared (ECAS) vehicles. This brings cutting-edge computing paradigms with embedded cognitive capabilities into vehicle domains and data infrastructure to provide holistic intrinsic and extrinsic intelligence for new mobility applications. Digital technologies are a significant enabler in achieving the sustainability goals of the green transformation of the mobility and transportation sectors. Innovation occurs predominantly in ECAS vehicles’ architecture, operations, intelligent functions, and automotive digital infrastructure. The traditional ownership model is moving toward multimodal and shared mobility services. The ECAS vehicle’s technology allows for the development of virtual automotive functions that run on shared hardware platforms with data unlocking value, and for introducing new, shared computing-based automotive features. Facilitating vehicle automation, vehicle electrification, vehicle-to-everything (V2X) communication is accomplished by the convergence of artificial intelligence (AI), cellular/wireless connectivity, edge computing, the Internet of things (IoT), the Internet of intelligent things (IoIT), digital twins (DTs), virtual/augmented reality (VR/AR) and distributed ledger technologies (DLTs). Vehicles become more intelligent, connected, functioning as edge micro servers on wheels, powered by sensors/actuators, hardware (HW), software (SW) and smart virtual functions that are integrated into the digital infrastructure. Electrification, automation, connectivity, digitalization, decarbonization, decentralization, and standardization are the main drivers that unlock intelligent vehicles' potential for sustainable green mobility applications. ECAS vehicles act as autonomous agents using swarm intelligence to communicate and exchange information, either directly or indirectly, with each other and the infrastructure, accessing independent services such as energy, high-definition maps, routes, infrastructure information, traffic lights, tolls, parking (micropayments), and finding emergent/intelligent solutions. The article gives an overview of the advances in AI technologies and applications to realize intelligent functions and optimize vehicle performance, control, and decision-making for future ECAS vehicles to support the acceleration of deployment in various mobility scenarios. ECAS vehicles, systems, sub-systems, and components are subjected to stringent regulatory frameworks, which set rigorous requirements for autonomous vehicles. An in-depth assessment of existing standards, regulations, and laws, including a thorough gap analysis, is required. Global guidelines must be provided on how to fulfill the requirements. ECAS vehicle technology trustworthiness, including AI-based HW/SW and algorithms, is necessary for developing ECAS systems across the entire automotive ecosystem. The safety and transparency of AI-based technology and the explainability of the purpose, use, benefits, and limitations of AI systems are critical for fulfilling trustworthiness requirements. The article presents ECAS vehicles’ evolution toward domain controller, zonal vehicle, and federated vehicle/edge/cloud-centric based on distributed intelligence in the vehicle and infrastructure level architectures and the role of AI techniques and methods to implement the different autonomous driving and optimization functions for sustainable green mobility.publishedVersio

Design and Evaluation of a Traffic Safety System based on Vehicular Networks for the Next Generation of Intelligent Vehicles

La integración de las tecnologías de las telecomunicaciones en el sector del automóvil permitirá a los vehículos intercambiar información mediante Redes Vehiculares, ofreciendo numerosas posibilidades. Esta tesis se centra en la mejora de la seguridad vial y la reducción de la siniestralidad mediante Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS). El primer paso consiste en obtener una difusión eficiente de los mensajes de advertencia sobre situaciones potencialmente peligrosas. Hemos desarrollado un marco para simular el intercambio de mensajes entre vehículos, utilizado para proponer esquemas eficientes de difusión. También demostramos que la disposición de las calles tiene gran influencia sobre la eficiencia del proceso. Nuestros algoritmos de difusión son parte de una arquitectura más amplia (e-NOTIFY) capaz de detectar accidentes de tráfico e informar a los servicios de emergencia. El desarrollo y evaluación de un prototipo demostró la viabilidad del sistema y cómo podría ayudar a reducir el número de víctimas en carretera

Secure Control and Operation of Energy Cyber-Physical Systems Through Intelligent Agents

The operation of the smart grid is expected to be heavily reliant on microprocessor-based control. Thus, there is a strong need for interoperability standards to address the heterogeneous nature of the data in the smart grid. In this research, we analyzed in detail the security threats of the Generic Object Oriented Substation Events (GOOSE) and Sampled Measured Values (SMV) protocol mappings of the IEC 61850 data modeling standard, which is the most widely industry-accepted standard for power system automation and control. We found that there is a strong need for security solutions that are capable of defending the grid against cyber-attacks, minimizing the damage in case a cyber-incident occurs, and restoring services within minimal time. To address these risks, we focused on correlating cyber security algorithms with physical characteristics of the power system by developing intelligent agents that use this knowledge as an important second line of defense in detecting malicious activity. This will complement the cyber security methods, including encryption and authentication. Firstly, we developed a physical-model-checking algorithm, which uses artificial neural networks to identify switching-related attacks on power systems based on load flow characteristics. Secondly, the feasibility of using neural network forecasters to detect spoofed sampled values was investigated. We showed that although such forecasters have high spoofed-data-detection accuracy, they are prone to the accumulation of forecasting error. In this research, we proposed an algorithm to detect the accumulation of the forecasting error based on lightweight statistical indicators. The effectiveness of the proposed algorithms was experimentally verified on the Smart Grid testbed at FIU. The test results showed that the proposed techniques have a minimal detection latency, in the range of microseconds. Also, in this research we developed a network-in-the-loop co-simulation platform that seamlessly integrates the components of the smart grid together, especially since they are governed by different regulations and owned by different entities. Power system simulation software, microcontrollers, and a real communication infrastructure were combined together to provide a cohesive smart grid platform. A data-centric communication scheme was selected to provide an interoperability layer between multi-vendor devices, software packages, and to bridge different protocols together

Improving Vehicular ad hoc Network Protocols to Support Safety Applications in Realistic Scenarios

La convergencia de las telecomunicaciones, la informática, la tecnología inalámbrica y los sistemas de transporte, va a facilitar que nuestras carreteras y autopistas nos sirvan tanto como plataforma de transporte, como de comunicaciones. Estos cambios van a revolucionar completamente cómo y cuándo vamos a acceder a determinados servicios, comunicarnos, viajar, entretenernos, y navegar, en un futuro muy cercano. Las redes vehiculares ad hoc (vehicular ad hoc networks VANETs) son redes de comunicación inalámbricas que no requieren de ningún tipo de infraestructura, y que permiten la comunicación y conducción cooperativa entre los vehículos en la carretera. Los vehículos actúan como nodos de comunicación y transmisores, formando redes dinámicas junto a otros vehículos cercanos en entornos urbanos y autopistas. Las características especiales de las redes vehiculares favorecen el desarrollo de servicios y aplicaciones atractivas y desafiantes. En esta tesis nos centramos en las aplicaciones relacionadas con la seguridad. Específicamente, desarrollamos y evaluamos un novedoso protocol que mejora la seguridad en las carreteras. Nuestra propuesta combina el uso de información de la localización de los vehículos y las características del mapa del escenario, para mejorar la diseminación de los mensajes de alerta. En las aplicaciones de seguridad para redes vehiculares, nuestra propuesta permite reducir el problema de las tormentas de difusión, mientras que se mantiene una alta efectividad en la diseminación de los mensajes hacia los vehículos cercanos. Debido a que desplegar y evaluar redes VANET supone un gran coste y una tarea dura, la metodología basada en la simulación se muestra como una metodología alternativa a la implementación real. A diferencia de otros trabajos previos, con el fin de evaluar nuestra propuesta en un entorno realista, en nuestras simulaciones tenemos muy en cuenta tanto la movilidad de los vehículos, como la transmisión de radio en entornos urbanos, especialmente cuando los edificios interfieren en la propagación de la señal de radio. Con este propósito, desarrollamos herramientas para la simulación de VANETs más precisas y realistas, mejorando tanto la modelización de la propagación de radio, como la movilidad de los vehículos, obteniendo una solución que permite integrar mapas reales en el entorno de simulación. Finalmente, evaluamos las prestaciones de nuestro protocolo propuesto haciendo uso de nuestra plataforma de simulación mejorada, evidenciando la importancia del uso de un entorno de simulación adecuado para conseguir resultados más realistas y poder obtener conclusiones más significativas.Martínez Domínguez, FJ. (2010). Improving Vehicular ad hoc Network Protocols to Support Safety Applications in Realistic Scenarios [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9195Palanci

Development and evaluation of smartphone-based ITS applications for vehicular networks

[ES] Una de las áreas de investigación que está recibiendo más atención recientemente es la de vehículos autónomos. Los investigadores están en este momento centrados en el tercer de los cinco niveles de autonomía, los cuales son: asistencia en la conducción, automatización parcial, automatización condicional, alta automatización y automatización completa. A pesar de los rápidos progresos que están habiendo en este campo, la adopción de estas soluciones llevará tiempo no sólo debido a cuestiones legales, sino también por el hecho de que los avances tecnológicos se enfrentan a un lento respaldo por parte de los fabricantes. Además, la baja tasa de renovación de vehículos de carretera, dificulta el despliegue de tecnologías innovadoras, como es el caso de la red vehicular. Ocho años después de la introducción de la norma 802.11p para la comunicación vehicular del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IIEE), los vehículos que se usan a diario todavía carecen de la capacidad de comunicarse entre sí. Este hecho impide el uso de las muchas aplicaciones de seguridad del Sistema de Inteligencia de Transporte (SIT) que aprovecha la red vehicular para el intercambio de datos. La forma obvia de manejar este problema es poner las tecnologías disponibles a la disposición de los usuarios comunes para desarrollar soluciones que se puedan implementar fácilmente y, además, económicas. Por esta razón, trasladamos nuestra atención a los dispositivos inteligentes, especialmente a los teléfonos inteligentes, los cuales han recorrido un largo camino desde la primera introducción de teléfonos móviles a finales del siglo XX. Hoy en día casi todos llevan uno en su bolsillo a donde sea que vayan, permitiéndoles no sólo hacer llamadas, sino también medir y controlar diferentes parámetros con la ayuda de los muchos sensores integrados que están disponibles para estos dispositivos compactos pero potentes. Nuestro objetivo es estudiar los efectos de la integración de los teléfonos inteligentes a la red vehicular para desarrollar aplicaciones de seguridad del SIT. La elección de los teléfonos inteligentes aquí no solo está justificada por su amplia disponibilidad y uso, sino también porque están evolucionando hacia terminales de alto rendimiento con microprocesadores de múltiples núcleos cargados dotados de un grupo suficientemente diverso de sensores. En esta tesis proponemos tres diferentes aplicaciones de seguridad SIT para teléfonos inteligentes, diseñados para aprovechar el entorno de red vehicular: una aplicación de generación de advertencia llamada Messiah que alerta a los conductores de la presencia de vehículos de emergencia en las cercanías; una aplicación de Advertencia de Colisión Frontal (ACF) que advierte a los conductores si no se mantiene la distancia de seguridad mínima entre el vehículo que va delante y el que lo sigue; y, por último, una aplicación que tiene como objetivo ayudar a los conductores con asistencia visual durante el adelantamiento, llamada EYES. Todas estas aplicaciones han sido desarrolladas para la plataforma Android, y dependen de la transmisión de datos entre vehículos. Dado que los vehículos que utilizamos día a día no admiten la posibilidad de comunicarse entre sí, también diseñamos GRCBox, que es una unidad integrada de bajo coste que permite la comunicación del Vehículo a Todo (V2X). A partir de nuestro estudio de aplicaciones para dispositivos móviles diseñados para redes vehiculares, descubrimos que el uso de teléfonos inteligentes proporciona una nueva dirección para la investigación relacionada con SIT y redes vehiculares al permitir la adopción rápida de las soluciones existentes, donde los usuarios pueden descargar y usar las aplicaciones con sólo un clic a un botón. Al mismo tiempo, la portabilidad y compacidad de los dispositivos los hace limitados en términos de velocidad, potencia de procesamiento y precisi[CA] Una de les àrees d'investigació que està rebent més atenció recentment és la de vehicles autònoms. Els investigadores estan en este moment centrats en el tercer dels cinc nivells d'autonomia, els quals són: assistència en la conducció, automatització parcial, automatització condicional, alta automatització i automatització completa. Malgrat els ràpids progressos que s'estan donant en este camp, l'adopció d'estes solucions portarà temps no sols degut a qüestions legals, sinó també pel fet que els avanços tecnològics s'enfronten a un lent recolzament per part dels fabricants. A més a més, la baixa taxa de renovació de vehicles de carretera, dificulta el desplegament de tecnologies innovadores com és el cas de la xarxa vehicular. Huit anys després de la introducció de la norma 802.11p per a la comunicació vehicular de l'Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE), els vehicles que s'utilitzen a diari encara manquen de la capacitat de comunicar-se entre sí. Este fet impedeix l'ús de les moltes aplicacions de seguretat del Sistema d'Intel·ligència de Transport (SIT) que aprofita la xarxa vehicular per a l'intercanvi de dades. La forma òbvia de tractar aquest problema és posar les tecnologies disponibles a la disposició dels usuaris comuns per a desenvolupar solucions que es puguen implementar fàcilment, còmodes d'adoptar i, a més a més, econòmiques. Per aquesta raó, traslladem la nostra atenció als dispositius intel·ligents, especialment als telèfons intel·ligents, els quals han recorregut un llarg camí des de la primera introducció de telèfons mòbils a finals del segle XX. Hui en dia quasi tots porten un en la butxaca on siga que vagen, permetent-los no sols fer cridades, sinó també mesurar i controlar diferents paràmetres amb l'ajuda dels molts sensors integrats que estan disponibles per a estos dispositius compactes però potents. El nostre objectiu és estudiar els efectes de la integració dels telèfons intel·ligents a la xarxa vehicular per a desenvolupar aplicacions de seguretat del SIT. L'elecció dels telèfons intel·ligents ací no està sols justificada per la seua àmplia disponibilitat i ús, sinó també perquè estan evolucionant cap a terminals d'alt rendiment amb microprocessadors de múltiples nuclis dotats amb un grup suficientment divers de sensors. En esta tesi proposem tres diferents aplicacions de seguretat SIT per a telèfons intel·ligents, dissenyats per a aprofitar l'entorn de xarxa vehicular: una aplicació de generació d'advertència anomenada Messiah que alerta els conductors de la presència de vehicles d'emergència en les proximitats; una aplicació Advertència de Col·lisió Frontal (ACF) que adverteix els conductors si no mantenen la distància de seguretat mínima entre el vehicle que va davant i el que el segueix; i, per últim, una aplicació que té com objectiu ajudar els conductors amb assistència visual durant l'avançament, anomenat EYES. Totes aquestes aplicacions han sigut desenvolupades per a la plataforma Android, i depenen de la transmissió de dades entre vehicles. Donat que els vehicles que utilitzem a diari no admeten la possibilitat de comunicar-se entre sí, també dissenyem GRCBox, que és una unitat integrada de baix cost que permet la comunicació de Vechicle a Tot (V2X). A partir del nostre estudi d'aplicacions per a dispositius mòbils dissenyats per a xarxes vehiculars, descobrim que l'ús de telèfons intel·ligents proporciona una nova direcció per a la investigació relacionada amb SIT i xarxes vehiculars al permetre l'adopció ràpida de les solucions existents, on els usuaris poden descarregar i utilitzar les aplicacions amb un sol clic a un botó. Però al mateix temps, la portabilitat i la compacitat dels dispositius els fa limitats en termes de velocitat, potència de processament i precisió del sensor integrat, cosa que afecta al rendiment de les aplicacions.[EN] One of the research areas that is receiving a lot of attention recently is autonomous vehicles. Researchers are currently focused on the third level of autonomy out of the five levels, which are: drive assistance, partial automation, conditional automation, high automation, and full automation. Even though rapid progress is being made in this field, the adoption of these solutions will take time not only due to legal issues, but also due to the fact that technological improvements face slow endorsement by manufacturers. Also, the slow renewal rate of vehicles on road hinders the deployment of novel technologies, as is the case of Vehicular Networks (VNs). Eight years after the introduction of the IEEE 802.11p standard for vehicular communication, vehicles used on a daily basis still lack the capability of communicating with one other. This fact impedes the use of the many ITS safety applications that take advantage of VNs for data exchange. The obvious way to handle this problem is to use the available technologies at the disposal of common users to develop solutions that are easily deployable, effortless to adopt, and moreover, cost effective. For this reason we shift our attention to smart devices, specially smartphones, which have come a long way since the first introduction of mobile phones in the late 20th century. Nowadays, nearly everyone carries one in their pocket anywhere they go, allowing them to not only make calls, but also to measure and monitor different parameters with the help of the many on-board sensors that are available to these compact yet powerful devices. Our objective is to study the effects of integrating smartphones to vehicular networks, to develop ITS safety applications. The choice of smartphones here is not only justified by their wide availability and use, but also because they are evolving towards high performance terminals with multi-core microprocessors packed with a sufficiently diverse group of sensors. In this thesis we propose three different ITS safety applications for smartphones, designed to take advantage of the vehicular network environment: a warning generation application called Messiah that alerts drivers of the presence of emergency vehicles in close proximity; a FCW application which warns drivers if a minimum safe distance is not maintained between the vehicle ahead and the one following it; and lastly an application that aims to aid drivers with visual assistance while overtaking, named EYES. All these applications have been developed for the Android platform, and are dependent on the data transmission among vehicles. Since vehicles we use on a day to day basis still do not accommodate the possibility to communicate with one another, we also designed the GRCBox, which is a low cost on-board unit that supports V2X communication. From our study of applications for mobile devices designed for VNs, we found that the use of smartphones provides a new direction to research related to ITS and VNs by allowing a quick adoption of the existing solutions, where users are able to download and use applications just by one click of a button. But at the same time, the portability and compactness of the devices makes them limited in terms of speed, processing power, and accuracy of the on-board sensor, thus affecting the performance of the applications. In our case, the simpler Messiah application performed very well, while the EYES application that is dependent on GPS data, and the FCW application which required heavy processing and use of the camera due to its dependence on plate recognition, were affected by the hardware limitations of the smartphones.Patra, S. (2019). Development and evaluation of smartphone-based ITS applications for vehicular networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124058TESI