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Location Intelligence Application in Digital Data Activity Dimensioning in Smart Cities
AbstractCities around the globe are now following the “smart” trend. Smart cities are complex systems of systems that rely on IT to improve their efficiency in terms of economics or sustainability. Many of the activities involved in this context require data to be transferred via communication networks. However, due to the heterogeneity of the applications involved, different nature traffic patterns and number of connected elements (humans or machines), these data traffic flows become extremely complex to model. This work focuses on the application of location intelligence to simplify the modeling of data networks’ activity in such complex systems. It is essential to describe and understand when and where data is generated to effectively design, plan and manage communication networks. We introduce a model based on traffic generation rules and patterns to be applied over Geographic Information Systems data to create “dynamic data activity heat maps”. These heat maps provide a spatial-temporal overview of the behavior of network data in cities as a whole. In addition, we illustrate the model's application to a specific geographic area of relevance
SimulCity: Planning Communications in Smart Cities
[EN] Communication networks have become a critical element in the development of smart cities. The information flows generated by thousands of sensors and systems must be managed to assure the adequate guarantees of quality, availability, and security. This paper introduces the SimulCity tool, which assists in the design of a smart city's communications convergent network. SimulCity allows a flexible simulation of different scenarios where multiple heterogeneous sources of human type communications (HTCs) and machine type communications (MTCs) compete for limited bandwidth resources. SimulCity evaluates the impact of new services on the performance of a municipal communications network and, consequently, assists the modification of network values to optimize bandwidth and reduce costs. Several network characteristics can be easily configured in SimulCity, such as the definition of traffic sources, the parametrization of different network mechanisms, access admission control, quality of service (QoS), and traffic in the multiprotocol label switching (MPLS) network. SimulCity was used to simulate different projects in the smart city of Valencia (Spain). Specifically, SimulCity was used to study the impact on the Valencia City Council's communications network of several new services: the solid waste collection supervision, the street lighting management, the control of regulated parking areas, and the upgrade of voice and video communications systems of the city government buildings. The results obtained have allowed the analysis of the impact that these new services have on the existing network and to perform an adequate dimensioning of the future municipal communications network.This work was supported in part by the Spanish Government under Project TIN2013-47272-C2-1-R and Project TEC2015-71932-REDT, and in part by the ITACA Institute Ayudas 2019Rodríguez-Hernández, MA.; Gomez-Sacristan, Á.; Gomez-Cuadrado, D. (2019). SimulCity: Planning Communications in Smart Cities. IEEE Access. 7:46870-46884. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2909322S4687046884
Distributed Hybrid Simulation of the Internet of Things and Smart Territories
This paper deals with the use of hybrid simulation to build and compose
heterogeneous simulation scenarios that can be proficiently exploited to model
and represent the Internet of Things (IoT). Hybrid simulation is a methodology
that combines multiple modalities of modeling/simulation. Complex scenarios are
decomposed into simpler ones, each one being simulated through a specific
simulation strategy. All these simulation building blocks are then synchronized
and coordinated. This simulation methodology is an ideal one to represent IoT
setups, which are usually very demanding, due to the heterogeneity of possible
scenarios arising from the massive deployment of an enormous amount of sensors
and devices. We present a use case concerned with the distributed simulation of
smart territories, a novel view of decentralized geographical spaces that,
thanks to the use of IoT, builds ICT services to manage resources in a way that
is sustainable and not harmful to the environment. Three different simulation
models are combined together, namely, an adaptive agent-based parallel and
distributed simulator, an OMNeT++ based discrete event simulator and a
script-language simulator based on MATLAB. Results from a performance analysis
confirm the viability of using hybrid simulation to model complex IoT
scenarios.Comment: arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:1605.0487
Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics
La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas
décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones
y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los
servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio
de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una
rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming,
online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios
se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances
tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación
y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y
recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc.
Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de
los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias
nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas
tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por
servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre
los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El
servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores,
así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados
por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador,
por parte de todos los usuarios.
El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en
equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión
como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo
se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos
para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de
comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de
optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías
móviles existentes (OSDP).
El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados
del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican
en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera
(3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles
de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios
de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha
móvil.
La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto
de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es
hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión
en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente
entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda
generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta,
mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión
de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo
de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G.
Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el
desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las
tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así
como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a
partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda
de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes
de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes
de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado
la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos
módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión
de servicios.
Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo
todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo,
prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos
proyectos de regulación
Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics
La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas
décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones
y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los
servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio
de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una
rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming,
online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios
se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances
tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación
y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y
recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc.
Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de
los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias
nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas
tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por
servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre
los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El
servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores,
así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados
por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador,
por parte de todos los usuarios.
El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en
equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión
como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo
se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos
para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de
comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de
optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías
móviles existentes (OSDP).
El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados
del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican
en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera
(3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles
de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios
de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha
móvil.
La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto
de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es
hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión
en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente
entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda
generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta,
mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión
de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo
de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G.
Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el
desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las
tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así
como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a
partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda
de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes
de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes
de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado
la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos
módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión
de servicios.
Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo
todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo,
prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos
proyectos de regulación
CITIES: Energetic Efficiency, Sustainability; Infrastructures, Energy and the Environment; Mobility and IoT; Governance and Citizenship
This book collects important contributions on smart cities. This book was created in collaboration with the ICSC-CITIES2020, held in San José (Costa Rica) in 2020. This book collects articles on: energetic efficiency and sustainability; infrastructures, energy and the environment; mobility and IoT; governance and citizenship
Scalable IoT Architecture for Monitoring IEQ Conditions in Public and Private Buildings
This paper presents a scalable IoT architecture based on the edge–fog–cloud paradigm for monitoring the Indoor Environmental Quality (IEQ) parameters in public buildings. Nowadays, IEQ monitoring systems are becoming important for several reasons: (1) to ensure that temperature and humidity conditions are adequate, improving the comfort and productivity of the occupants; (2) to introduce actions to reduce energy consumption, contributing to achieving the Sustainable Development Goals (SDG); and (3) to guarantee the quality of the air—a key concern due to the COVID-19 worldwide pandemic. Two kinds of nodes compose the proposed architecture; these are the so-called: (1) smart IEQ sensor nodes, responsible for acquiring indoor environmental measures locally, and (2) the IEQ concentrators, responsible for collecting the data from smart sensor nodes distributed along the facilities. The IEQ concentrators are also responsible for configuring the acquisition system locally, logging the acquired local data, analyzing the information, and connecting to cloud applications. The presented architecture has been designed using low-cost open-source hardware and software—specifically, single board computers and microcontrollers such as Raspberry Pis and Arduino boards. WiFi and TCP/IP communication technologies were selected, since they are typically available in corporative buildings, benefiting from already available communication infrastructures. The application layer was implemented with MQTT. A prototype was built and deployed at the Faculty of Engineering of Vitoria-Gasteiz, University of the Basque Country (UPV/EHU), using the existing network infrastructure. This prototype allowed for collecting data within different academic scenarios. Finally, a smart sensor node was designed including low-cost sensors to measure temperature, humidity, eCO2, and VOC.The authors wish to express their gratitude, for supporting this work, to the Fundación Vital through project VITAL21/05 and the University of the Basque Country (UPV/EHU), through the Campus Bizia Lab (CBL) program. Partial support has been also received from the Basque Government, through project EKOHEGAZ (ELKARTEK KK-2021/00092), the Diputación Foral de Álava (DFA) through the project CONAVANTER, and the UPV/EHU through the GIU20/063 grant
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