Quantifying User Reputation Scores, Data Trustworthiness, and User Incentives in Mobile Crowd-Sensing

Ubiquity of mobile devices with rich sensory capabilities has given rise to the mobile crowd-sensing (MCS) concept, in which a central authority (the platform) and its participants (mobile users) work collaboratively to acquire sensory data over a wide geographic area. Recent research in MCS highlights the following facts: 1) a utility metric can be defined for both the platform and the users, quantifying the value received by either side; 2) incentivizing the users to participate is a non-trivial challenge; 3) correctness and truthfulness of the acquired data must be verified, because the users might provide incorrect or inaccurate data, whether due to malicious intent or malfunctioning devices; and 4) an intricate relationship exists among platform utility, user utility, user reputation, and data trustworthiness, suggesting a co-quantification of these inter-related metrics. In this paper, we study two existing approaches that quantify crowd-sensed data trustworthiness, based on statistical and vote-based user reputation scores. We introduce a new metric - collaborative reputation scores - to expand this definition. Our simulation results show that collaborative reputation scores can provide an effective alternative to the previously proposed metrics and are able to extend crowd sensing to applications that are driven by a centralized as well as decentralized control

Anchor-Assisted and Vote-Based Trustworthiness Assurance in Smart City Crowdsensing

Smart city sensing calls for crowdsensing via mobile devices that are equipped with various built-in sensors. As incentivizing users to participate in distributed sensing is still an open research issue, the trustworthiness of crowdsensed data is expected to be a grand challenge if this cloud-inspired recruitment of sensing services is to be adopted. Recent research proposes reputation-based user recruitment models for crowdsensing; however, there is no standard way of identifying adversaries in smart city crowdsensing. This paper adopts previously proposed vote-based approaches, and presents a thorough performance study of vote-based trustworthiness with trusted entities that are basically a subset of the participating smartphone users. Those entities are called trustworthy anchors of the crowdsensing system. Thus, an anchor user is fully trustworthy and is fully capable of voting for the trustworthiness of other users, who participate in sensing of the same set of phenomena. Besides the anchors, the reputations of regular users are determined based on vote-based (distributed) reputation. We present a detailed performance study of the anchor-based trustworthiness assurance in smart city crowdsensing through simulations, and compare it with the purely vote-based trustworthiness approach without anchors, and a reputation-unaware crowdsensing approach, where user reputations are discarded. Through simulation findings, we aim at providing specifications regarding the impact of anchor and adversary populations on crowdsensing and user utilities under various environmental settings. We show that significant improvement can be achieved in terms of usefulness and trustworthiness of the crowdsensed data if the size of the anchor population is set properl

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

A Survey on Mobile Crowdsensing Systems: Challenges, Solutions, and Opportunities

Mobile crowdsensing (MCS) has gained significant attention in recent years and has become an appealing paradigm for urban sensing. For data collection, MCS systems rely on contribution from mobile devices of a large number of participants or a crowd. Smartphones, tablets, and wearable devices are deployed widely and already equipped with a rich set of sensors, making them an excellent source of information. Mobility and intelligence of humans guarantee higher coverage and better context awareness if compared to traditional sensor networks. At the same time, individuals may be reluctant to share data for privacy concerns. For this reason, MCS frameworks are specifically designed to include incentive mechanisms and address privacy concerns. Despite the growing interest in the research community, MCS solutions need a deeper investigation and categorization on many aspects that span from sensing and communication to system management and data storage. In this paper, we take the research on MCS a step further by presenting a survey on existing works in the domain and propose a detailed taxonomy to shed light on the current landscape and classify applications, methodologies, and architectures. Our objective is not only to analyze and consolidate past research but also to outline potential future research directions and synergies with other research areas

A survey of urban drive-by sensing: An optimization perspective

Pervasive and mobile sensing is an integral part of smart transport and smart city applications. Vehicle-based mobile sensing, or drive-by sensing (DS), is gaining popularity in both academic research and field practice. The DS paradigm has an inherent transport component, as the spatial-temporal distribution of the sensors are closely related to the mobility patterns of their hosts, which may include third-party (e.g. taxis, buses) or for-hire (e.g. unmanned aerial vehicles and dedicated vehicles) vehicles. It is therefore essential to understand, assess and optimize the sensing power of vehicle fleets under a wide range of urban sensing scenarios. To this end, this paper offers an optimization-oriented summary of recent literature by presenting a four-step discussion, namely (1) quantifying the sensing quality (objective); (2) assessing the sensing power of various fleets (strategic); (3) sensor deployment (strategic/tactical); and (4) vehicle maneuvers (tactical/operational). By compiling research findings and practical insights in this way, this review article not only highlights the optimization aspect of drive-by sensing, but also serves as a practical guide for configuring and deploying vehicle-based urban sensing systems.Comment: 24 pages, 3 figures, 4 table

Understanding human-machine networks: A cross-disciplinary survey

© 2017 ACM. In the current hyperconnected era, modern Information and Communication Technology (ICT) systems form sophisticated networks where not only do people interact with other people, but also machines take an increasingly visible and participatory role. Such Human-Machine Networks (HMNs) are embedded in the daily lives of people, both for personal and professional use. They can have a significant impact by producing synergy and innovations. The challenge in designing successful HMNs is that they cannot be developed and implemented in the same manner as networks of machines nodes alone, or following a wholly human-centric view of the network. The problem requires an interdisciplinary approach. Here, we review current research of relevance to HMNs across many disciplines. Extending the previous theoretical concepts of sociotechnical systems, actor-network theory, cyber-physical-social systems, and social machines, we concentrate on the interactions among humans and between humans and machines. We identify eight types of HMNs: public-resource computing, crowdsourcing, web search engines, crowdsensing, online markets, social media, multiplayer online games and virtual worlds, and mass collaboration. We systematically select literature on each of these types and review it with a focus on implications for designing HMNs. Moreover, we discuss risks associated with HMNs and identify emerging design and development trends

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