Quality assessment technique for ubiquitous software and middleware

The new paradigm of computing or information systems is ubiquitous computing systems. The technology-oriented issues of ubiquitous computing systems have made researchers pay much attention to the feasibility study of the technologies rather than building quality assurance indices or guidelines. In this context, measuring quality is the key to developing high-quality ubiquitous computing products. For this reason, various quality models have been defined, adopted and enhanced over the years, for example, the need for one recognised standard quality model (ISO/IEC 9126) is the result of a consensus for a software quality model on three levels: characteristics, sub-characteristics, and metrics. However, it is very much unlikely that this scheme will be directly applicable to ubiquitous computing environments which are considerably different to conventional software, trailing a big concern which is being given to reformulate existing methods, and especially to elaborate new assessment techniques for ubiquitous computing environments. This paper selects appropriate quality characteristics for the ubiquitous computing environment, which can be used as the quality target for both ubiquitous computing product evaluation processes ad development processes. Further, each of the quality characteristics has been expanded with evaluation questions and metrics, in some cases with measures. In addition, this quality model has been applied to the industrial setting of the ubiquitous computing environment. These have revealed that while the approach was sound, there are some parts to be more developed in the future

Ensuring Cyber-Security in Smart Railway Surveillance with SHIELD

Modern railways feature increasingly complex embedded computing systems for surveillance, that are moving towards fully wireless smart-sensors. Those systems are aimed at monitoring system status from a physical-security viewpoint, in order to detect intrusions and other environmental anomalies. However, the same systems used for physical-security surveillance are vulnerable to cyber-security threats, since they feature distributed hardware and software architectures often interconnected by ‘open networks’, like wireless channels and the Internet. In this paper, we show how the integrated approach to Security, Privacy and Dependability (SPD) in embedded systems provided by the SHIELD framework (developed within the EU funded pSHIELD and nSHIELD research projects) can be applied to railway surveillance systems in order to measure and improve their SPD level. SHIELD implements a layered architecture (node, network, middleware and overlay) and orchestrates SPD mechanisms based on ontology models, appropriate metrics and composability. The results of prototypical application to a real-world demonstrator show the effectiveness of SHIELD and justify its practical applicability in industrial settings

Transport Layer solution for bulk data transfers over Heterogeneous Long Fat Networks in Next Generation Networks

Aquesta tesi per compendi centra les seves contribucions en l'aprenentatge i innovació de les Xarxes de Nova Generació. És per això que es proposen diferents contribucions en diferents àmbits (Smart Cities, Smart Grids, Smart Campus, Smart Learning, Mitjana, eHealth, Indústria 4.0 entre d'altres) mitjançant l'aplicació i combinació de diferents disciplines (Internet of Things, Building Information Modeling, Cloud Storage, Ciberseguretat, Big Data, Internet de el Futur, Transformació Digital). Concretament, es detalla el monitoratge sostenible del confort a l'Smart Campus, la que potser es la meva aportació més representativa dins de la conceptualització de Xarxes de Nova Generació. Dins d'aquest innovador concepte de monitorització s'integren diferents disciplines, per poder oferir informació sobre el nivell de confort de les persones. Aquesta investigació demostra el llarg recorregut que hi ha en la transformació digital dels sectors tradicionals i les NGNs. Durant aquest llarg aprenentatge sobre les NGN a través de les diferents investigacions, es va poder observar una problemàtica que afectava de manera transversal als diferents camps d'aplicació de les NGNs i que aquesta podia tenir una afectació en aquests sectors. Aquesta problemàtica consisteix en el baix rendiment durant l'intercanvi de grans volums de dades sobre xarxes amb gran capacitat d'ample de banda i remotament separades geogràficament, conegudes com a xarxes elefant. Concretament, això afecta al cas d'ús d'intercanvi massiu de dades entre regions Cloud (Cloud Data Sharing use case). És per això que es va estudiar aquest cas d'ús i les diferents alternatives a nivell de protocols de transport,. S'estudien les diferents problemàtiques que pateixen els protocols i s'observa per què aquests no són capaços d'arribar a rendiments òptims. Deguda a aquesta situació, s'hipotetiza que la introducció de mecanismes que analitzen les mètriques de la xarxa i que exploten eficientment la capacitat de la mateixa milloren el rendiment dels protocols de transport sobre xarxes elefant heterogènies durant l'enviament massiu de dades. Primerament, es dissenya l’Adaptative and Aggressive Transport Protocol (AATP), un protocol de transport adaptatiu i eficient amb l'objectiu de millorar el rendiment sobre aquest tipus de xarxes elefant. El protocol AATP s'implementa i es prova en un simulador de xarxes i un testbed sota diferents situacions i condicions per la seva validació. Implementat i provat amb èxit el protocol AATP, es decideix millorar el propi protocol, Enhanced-AATP, sobre xarxes elefant heterogènies. Per això, es dissenya un mecanisme basat en el Jitter Ràtio que permet fer aquesta diferenciació. A més, per tal de millorar el comportament del protocol, s’adapta el seu sistema de fairness per al repartiment just dels recursos amb altres fluxos Enhanced-AATP. Aquesta evolució s'implementa en el simulador de xarxes i es realitzen una sèrie de proves. A l'acabar aquesta tesi, es conclou que les Xarxes de Nova Generació tenen molt recorregut i moltes coses a millorar causa de la transformació digital de la societat i de l'aparició de nova tecnologia disruptiva. A més, es confirma que la introducció de mecanismes específics en la concepció i operació dels protocols de transport millora el rendiment d'aquests sobre xarxes elefant heterogènies.Esta tesis por compendio centra sus contribuciones en el aprendizaje e innovación de las Redes de Nueva Generación. Es por ello que se proponen distintas contribuciones en diferentes ámbitos (Smart Cities, Smart Grids, Smart Campus, Smart Learning, Media, eHealth, Industria 4.0 entre otros) mediante la aplicación y combinación de diferentes disciplinas (Internet of Things, Building Information Modeling, Cloud Storage, Ciberseguridad, Big Data, Internet del Futuro, Transformación Digital). Concretamente, se detalla la monitorización sostenible del confort en el Smart Campus, la que se podría considerar mi aportación más representativa dentro de la conceptualización de Redes de Nueva Generación. Dentro de este innovador concepto de monitorización se integran diferentes disciplinas, para poder ofrecer información sobre el nivel de confort de las personas. Esta investigación demuestra el recorrido que existe en la transformación digital de los sectores tradicionales y las NGNs. Durante este largo aprendizaje sobre las NGN a través de las diferentes investigaciones, se pudo observar una problemática que afectaba de manera transversal a los diferentes campos de aplicación de las NGNs y que ésta podía tener una afectación en estos sectores. Esta problemática consiste en el bajo rendimiento durante el intercambio de grandes volúmenes de datos sobre redes con gran capacidad de ancho de banda y remotamente separadas geográficamente, conocidas como redes elefante, o Long Fat Networks (LFNs). Concretamente, esto afecta al caso de uso de intercambio de datos entre regiones Cloud (Cloud Data Data use case). Es por ello que se estudió este caso de uso y las diferentes alternativas a nivel de protocolos de transporte. Se estudian las diferentes problemáticas que sufren los protocolos y se observa por qué no son capaces de alcanzar rendimientos óptimos. Debida a esta situación, se hipotetiza que la introducción de mecanismos que analizan las métricas de la red y que explotan eficientemente la capacidad de la misma mejoran el rendimiento de los protocolos de transporte sobre redes elefante heterogéneas durante el envío masivo de datos. Primeramente, se diseña el Adaptative and Aggressive Transport Protocol (AATP), un protocolo de transporte adaptativo y eficiente con el objetivo maximizar el rendimiento sobre este tipo de redes elefante. El protocolo AATP se implementa y se prueba en un simulador de redes y un testbed bajo diferentes situaciones y condiciones para su validación. Implementado y probado con éxito el protocolo AATP, se decide mejorar el propio protocolo, Enhanced-AATP, sobre redes elefante heterogéneas. Además, con tal de mejorar el comportamiento del protocolo, se mejora su sistema de fairness para el reparto justo de los recursos con otros flujos Enhanced-AATP. Esta evolución se implementa en el simulador de redes y se realizan una serie de pruebas. Al finalizar esta tesis, se concluye que las Redes de Nueva Generación tienen mucho recorrido y muchas cosas a mejorar debido a la transformación digital de la sociedad y a la aparición de nueva tecnología disruptiva. Se confirma que la introducción de mecanismos específicos en la concepción y operación de los protocolos de transporte mejora el rendimiento de estos sobre redes elefante heterogéneas.This compendium thesis focuses its contributions on the learning and innovation of the New Generation Networks. That is why different contributions are proposed in different areas (Smart Cities, Smart Grids, Smart Campus, Smart Learning, Media, eHealth, Industry 4.0, among others) through the application and combination of different disciplines (Internet of Things, Building Information Modeling, Cloud Storage, Cybersecurity, Big Data, Future Internet, Digital Transformation). Specifically, the sustainable comfort monitoring in the Smart Campus is detailed, which can be considered my most representative contribution within the conceptualization of New Generation Networks. Within this innovative monitoring concept, different disciplines are integrated in order to offer information on people's comfort levels. . This research demonstrates the long journey that exists in the digital transformation of traditional sectors and New Generation Networks. During this long learning about the NGNs through the different investigations, it was possible to observe a problematic that affected the different application fields of the NGNs in a transversal way and that, depending on the service and its requirements, it could have a critical impact on any of these sectors. This issue consists of a low performance operation during the exchange of large volumes of data on networks with high bandwidth capacity and remotely geographically separated, also known as Elephant networks, or Long Fat Networks (LFNs). Specifically, this critically affects the Cloud Data Sharing use case. That is why this use case and the different alternatives at the transport protocol level were studied. For this reason, the performance and operation problems suffered by layer 4 protocols are studied and it is observed why these traditional protocols are not capable of achieving optimal performance. Due to this situation, it is hypothesized that the introduction of mechanisms that analyze network metrics and efficiently exploit network’s capacity meliorates the performance of Transport Layer protocols over Heterogeneous Long Fat Networks during bulk data transfers. First, the Adaptive and Aggressive Transport Protocol (AATP) is designed. An adaptive and efficient transport protocol with the aim of maximizing its performance over this type of elephant network.. The AATP protocol is implemented and tested in a network simulator and a testbed under different situations and conditions for its validation. Once the AATP protocol was designed, implemented and tested successfully, it was decided to improve the protocol itself, Enhanced-AATP, to improve its performance over heterogeneous elephant networks. In addition, in order to upgrade the behavior of the protocol, its fairness system is improved for the fair distribution of resources among other Enhanced-AATP flows. Finally, this evolution is implemented in the network simulator and a set of tests are carried out. At the end of this thesis, it is concluded that the New Generation Networks have a long way to go and many things to improve due to the digital transformation of society and the appearance of brand-new disruptive technology. Furthermore, it is confirmed that the introduction of specific mechanisms in the conception and operation of transport protocols improves their performance on Heterogeneous Long Fat Networks

Immersive interconnected virtual and augmented reality : a 5G and IoT perspective

Despite remarkable advances, current augmented and virtual reality (AR/VR) applications are a largely individual and local experience. Interconnected AR/VR, where participants can virtually interact across vast distances, remains a distant dream. The great barrier that stands between current technology and such applications is the stringent end-to-end latency requirement, which should not exceed 20 ms in order to avoid motion sickness and other discomforts. Bringing AR/VR to the next level to enable immersive interconnected AR/VR will require significant advances towards 5G ultra-reliable low-latency communication (URLLC) and a Tactile Internet of Things (IoT). In this article, we articulate the technical challenges to enable a future AR/VR end-to-end architecture, that combines 5G URLLC and Tactile IoT technology to support this next generation of interconnected AR/VR applications. Through the use of IoT sensors and actuators, AR/VR applications will be aware of the environmental and user context, supporting human-centric adaptations of the application logic, and lifelike interactions with the virtual environment. We present potential use cases and the required technological building blocks. For each of them, we delve into the current state of the art and challenges that need to be addressed before the dream of remote AR/VR interaction can become reality

Internet of robotic things : converging sensing/actuating, hypoconnectivity, artificial intelligence and IoT Platforms

The Internet of Things (IoT) concept is evolving rapidly and influencing newdevelopments in various application domains, such as the Internet of MobileThings (IoMT), Autonomous Internet of Things (A-IoT), Autonomous Systemof Things (ASoT), Internet of Autonomous Things (IoAT), Internetof Things Clouds (IoT-C) and the Internet of Robotic Things (IoRT) etc.that are progressing/advancing by using IoT technology. The IoT influencerepresents new development and deployment challenges in different areassuch as seamless platform integration, context based cognitive network integration,new mobile sensor/actuator network paradigms, things identification(addressing, naming in IoT) and dynamic things discoverability and manyothers. The IoRT represents new convergence challenges and their need to be addressed, in one side the programmability and the communication ofmultiple heterogeneous mobile/autonomous/robotic things for cooperating,their coordination, configuration, exchange of information, security, safetyand protection. Developments in IoT heterogeneous parallel processing/communication and dynamic systems based on parallelism and concurrencyrequire new ideas for integrating the intelligent “devices”, collaborativerobots (COBOTS), into IoT applications. Dynamic maintainability, selfhealing,self-repair of resources, changing resource state, (re-) configurationand context based IoT systems for service implementation and integrationwith IoT network service composition are of paramount importance whennew “cognitive devices” are becoming active participants in IoT applications.This chapter aims to be an overview of the IoRT concept, technologies,architectures and applications and to provide a comprehensive coverage offuture challenges, developments and applications

A Survey on Sensor Networks from a Multiagent Perspective

Sensor networks (SNs) have arisen as one of the most promising technologies for the next decades. The recent emergence of small and inexpensive sensors based upon microelectromechanical systems ease the development and proliferation of this kind of networks in a wide range of actual-world applications. Multiagent systems (MAS) have been identified as one of the most suitable technologies to contribute to the deployment of SNs that exhibit flexibility, robustness and autonomy. The purpose of this survey is 2-fold. On the one hand, we review the most relevant contributions of agent technologies to this emerging application domain. On the other hand, we identify the challenges that researchers must address to establish MAS as the key enabling technology for SNs.This work has been funded by projects IEA(TIN2006-15662-C02-01), Agreement Technologies (CONSOLIDER CSD2007-0022, INGENIO 2010), EVE (TIN2009-14702-C02-01,TIN2009-14702-C02-02) and Generalitat de Catalunya under the gran t2009-SGR-1434. Meritxell Vinyals is supported by the Spanish Ministry of Education (FPU grant AP2006-04636)Peer Reviewe

New Challenges on Web Architectures for the Homogenization of the Heterogeneity of Smart Objects in the Internet of Things

Aquesta tesi tracta de dues de les noves tecnologies relacionades amb la Internet of Things (IoT) i la seva integració amb el camp de les Smart Grids (SGs); aquestes tecnologies son la Web of Things (WoT) i la Social Internet of Things (SIoT). La WoT és una tecnologia que s’espera que proveeixi d’un entorn escalable i interoperable a la IoT usant la infraestructura web existent, els protocols web y la web semàntica. També s’espera que la SIoT contribueixi a solucionar els reptes d’escalabilitat i capacitat de descobriment creant una xarxa social d’agents (objectes i humans). Per explorar la sinergia entre aquestes tecnologies, l’objectiu és el de proporcionar evidència pràctica i empírica, generalment en forma de prototips d’implementació i experimentació empírica. En relació amb la WoT i les SGs, s’ha creat un prototip per al Web of Energy (WoE) que té com a objectiu abordar els desafiaments presents en el domini les SGs. El prototip és capaç de proporcionar interoperabilitat i homogeneïtat entre diversos protocols. El disseny d’implementació es basa en el Model d’Actors, que també proporciona escalabilitat del prototip. L’experimentació mostra que el prototip pot gestionar la transmissió de missatges per a aplicacions de les SGs que requereixen que la comunicació es realitzi sota llindars de temps crítics. També es pren una altra direcció d’investigació similar, menys centrada en les SGs, però per a una gamma més àmplia de dominis d’aplicació. S’integra la descripció dels fluxos d’execució com a màquines d’estats finits utilitzant ontologies web (Resource Description Framework (RDF)) i metodologies de la WoT (les accions es realitzen basant-se en peticions Hyper-Text Transfer Protocol/Secure (HTTP/S) a Uniform Resource Locators (URLs)). Aquest flux d’execució, que també pot ser un plantilla per a permetre una configuració flexible en temps d’execució, s’implementa i interpreta com si fos (i mitjançant) un Virtual Object (VO). L’objectiu de la plantilla és ser reutilitzable i poder-se compartir entre múltiples desplegaments de la IoT dins el mateix domini d’aplicació. A causa de les tecnologies utilitzades, la solució no és adequada per a aplicacions de temps crític (llindar de temps relativament baix i rígid). No obstant això, és adequat per a aplicacions que no demanden resposta en un temps crític i que requereixen el desplegament de VOs similars en el que fa referència al flux d’execució. Finalment, el treball s’enfoca en una altra tecnologia destinada a millorar l’escalabilitat i la capacitat de descobriment en la IoT. La SIoT està sorgint com una nova estructura de la IoT que uneix els nodes a través de relacions significatives. Aquestes relacions tenen com a objectiu millorar la capacitat de descobriment; en conseqüència, millora la escalabilitat d’una xarxa de la IoT. En aquest treball s’aplica aquest nou paradigma per optimitzar la gestió de l’energia en el costat de la demanda a les SGs. L’objectiu és aprofitar les característiques de la SIoT per ajudar a la creació de Prosumer Community Groups (PCGs) (grups d’usuaris que consumeixen o produeixen energia) amb el mateix objectiu d’optimització en l’ús de l’energia. La sinergia entre la SIoT i les SGs s’ha anomenat Social Internet of Energy (SIoE). Per tant, amb la SIoE i amb el focus en un desafiament específic, s’estableix la base conceptual per a la integració entre la SIoT i les SGs. Els experiments inicials mostren resultats prometedors i aplanen el camí per a futures investigacions i avaluacions de la proposta. Es conclou que el WoT i la SIoT són dos paradigmes complementaris que nodreixen l’evolució de la propera generació de la IoT. S’espera que la propera generació de la IoT sigui un Multi-Agent System (MAS) generalitzat. Alguns investigadors ja estan apuntant a la Web i les seves tecnologies (per exemple, Web Semàntica, HTTP/S)—i més concretamente a la WoT — com a l’entorn que nodreixi a aquests agents. La SIoT pot millorar tant l’entorn com les relacions entre els agents en aquesta fusió. Les SGs també poden beneficiar-se dels avenços de la IoT, ja que es poden considerar com una aplicació específica d’aquesta última.  Esta tesis trata de dos de las novedosas tecnologías relacionadas con la Internet of Things (IoT) y su integración con el campo de las Smart Grids (SGs); estas tecnologías son laWeb of Things (WoT) y la Social Internet of Things (SIoT). La WoT es una tecnología que se espera que provea de un entorno escalable e interoperable a la IoT usando la infraestructura web existente, los protocolos web y la web semántica. También se espera que la SIoT contribuya a solucionar los retos de escalabilidad y capacidad de descubrimiento creando una red social de agentes (objetos y humanos). Para explorar la sinergia entre estas tecnologías, el objetivo es el de proporcionar evidencia práctica y empírica, generalmente en forma de prototipos de implementación y experimentación empírica. En relación con la WoT y las SGs, se ha creado un prototipo para la Web of Energy (WoE) que tiene como objetivo abordar los desafíos presentes en el dominio las SGs. El prototipo es capaz de proporcionar interoperabilidad y homogeneidad entre diversos protocolos. El diseño de implementación se basa en el Modelo de Actores, que también proporciona escalabilidad del prototipo. La experimentación muestra que el prototipo puede manejar la transmisión de mensajes para aplicaciones de las SGs que requieran que la comunicación se realice bajo umbrales de tiempo críticos. También se toma otra dirección de investigación similar, menos centrada en las SGs, pero para una gama más amplia de dominios de aplicación. Se integra la descripción de los flujos de ejecución como máquinas de estados finitos utilizando ontologías web (Resource Description Framework (RDF)) y metodologías de la WoT (las acciones se realizan basándose en peticiones Hyper-Text Transfer Protocol/Secure (HTTP/S) a Uniform Resource Locators (URLs)). Este flujo de ejecución, que también puede ser una plantilla para permitir una configuración flexible en tiempo de ejecución, se implementa e interpreta como si fuera (y a través de) un Virtual Object (VO). El objetivo de la plantilla es que sea reutilizable y se pueda compartir entre múltiples despliegues de la IoT dentro del mismo dominio de aplicación. Debido a las tecnologías utilizadas, la solución no es adecuada para aplicaciones de tiempo crítico (umbral de tiempo relativamente bajo y rígido). Sin embargo, es adecuado para aplicaciones que no demandan respuesta en un tiempo crítico y que requieren el despliegue de VOs similares en cuanto al flujo de ejecución. Finalmente, el trabajo se enfoca en otra tecnología destinada a mejorar la escalabilidad y la capacidad de descubrimiento en la IoT. La SIoT está emergiendo como una nueva estructura de la IoT que une los nodos a través de relaciones significativas. Estas relaciones tienen como objetivo mejorar la capacidad de descubrimiento; en consecuencia, mejora la escalabilidad de una red de la IoT. En este trabajo se aplica este nuevo paradigma para optimizar la gestión de la energía en el lado de la demanda en las SGs. El objetivo es aprovechar las características de la SIoT para ayudar en la creación de Prosumer Community Groups (PCGs) (grupos de usuarios que consumen o producen energía) con el mismo objetivo de optimización en el uso de la energía. La sinergia entre la SIoT y las SGs ha sido denominada Social Internet of Energy (SIoE). Por lo tanto, con la SIoE y con el foco en un desafío específico, se establece la base conceptual para la integración entre la SIoT y las SG. Los experimentos iniciales muestran resultados prometedores y allanan el camino para futuras investigaciones y evaluaciones de la propuesta. Se concluye que la WoT y la SIoT son dos paradigmas complementarios que nutren la evolución de la próxima generación de la IoT. Se espera que la próxima generación de la IoT sea un Multi-Agent System (MAS) generalizado. Algunos investigadores ya están apuntando a la Web y sus tecnologías (por ejemplo,Web Semántica, HTTP/S)—y más concretamente a la WoT — como el entorno que nutra a estos agentes. La SIoT puede mejorar tanto el entorno como las relaciones entre los agentes en esta fusión. Como un campo específico de la IoT, las SGs también pueden beneficiarse de los avances de la IoT.This thesis deals with two novel Internet of Things (IoT) technologies and their integration to the field of the Smart Grid (SG); these technologies are the Web of Things (WoT) and the Social Internet of Things (SIoT). The WoT is an enabling technology expected to provide a scalable and interoperable environment to the IoT using the existing web infrastructure, web protocols and the semantic web. The SIoT is expected to expand further and contribute to scalability and discoverability challenges by creating a social network of agents (objects and humans). When exploring the synergy between those technologies, we aim at providing practical and empirical evidence, usually in the form of prototype implementations and empirical experimentation. In relation to the WoT and SG, we create a prototype for the Web of Energy (WoE), that aims at addressing challenges present in the SG domain. The prototype is capable of providing interoperability and homogeneity among diverse protocols. The implementation design is based on the Actor Model, which also provides scalability in regards to the prototype. Experimentation shows that the prototype can handle the transmission of messages for time-critical SG applications. We also take another similar research direction less focused on the SG, but for a broader range of application domains. We integrate the description of flows of execution as Finite-State Machines (FSMs) using web ontologies (Resource Description Framework (RDF)) and WoT methodologies (actions are performed on the basis of calls Hyper Text Transfer Protocol/ Secure (HTTP/S) to a Uniform Resource Locator (URL)). This execution flow, which can also be a template to allow flexible configuration at runtime, is deployed and interpreted as (and through) a Virtual Object (VO). The template aims to be reusable and shareable among multiple IoT deployments within the same application domain. Due to the technologies used, the solution is not suitable for time-critical applications. Nevertheless, it is suitable for non-time-critical applications that require the deployment of similar VOs. Finally, we focus on another technology aimed at improving scalability and discoverability in IoT. The SIoT is emerging as a new IoT structure that links nodes through meaningful relationships. These relationships aim at improving discoverability; consequently, improving the scalability of an IoT network. We apply this new paradigm to optimize energy management at the demand side in a SG. Our objective is to harness the features of the SIoT to aid in the creation of Prosumer Community Group (PCG) (groups of energy users that consume or produce energy) with the same Demand Side Management (DSM) goal. We refer to the synergy between SIoT and SG as Social Internet of Energy (SIoE). Therefore, with the SIoE and focusing on a specific challenge, we set the conceptual basis for the integration between SIoT and SG. Initial experiments show promising results and pave the way for further research and evaluation of the proposal. We conclude that the WoT and the SIoT are two complementary paradigms that nourish the evolution of the next generation IoT. The next generation IoT is expected to be a pervasive Multi-Agent System (MAS). Some researchers are already pointing at the Web and its technologies (e.g. Semantic Web, HTTP/S) — and more concretely at the WoT — as the environment nourishing the agents. The SIoT can enhance both the environment and the relationships between agents in this fusion. As a specific field of the IoT, the SG can also benefit from IoT advancements

New Challenges on Web Architectures for the Homogenization of the Heterogeneity of Smart Objects in the Internet of Things

Aquesta tesi tracta de dues de les noves tecnologies relacionades amb la Internet of Things (IoT) i la seva integració amb el camp de les Smart Grids (SGs); aquestes tecnologies son la Web of Things (WoT) i la Social Internet of Things (SIoT). La WoT és una tecnologia que s’espera que proveeixi d’un entorn escalable i interoperable a la IoT usant la infraestructura web existent, els protocols web y la web semàntica. També s’espera que la SIoT contribueixi a solucionar els reptes d’escalabilitat i capacitat de descobriment creant una xarxa social d’agents (objectes i humans). Per explorar la sinergia entre aquestes tecnologies, l’objectiu és el de proporcionar evidència pràctica i empírica, generalment en forma de prototips d’implementació i experimentació empírica. En relació amb la WoT i les SGs, s’ha creat un prototip per al Web of Energy (WoE) que té com a objectiu abordar els desafiaments presents en el domini les SGs. El prototip és capaç de proporcionar interoperabilitat i homogeneïtat entre diversos protocols. El disseny d’implementació es basa en el Model d’Actors, que també proporciona escalabilitat del prototip. L’experimentació mostra que el prototip pot gestionar la transmissió de missatges per a aplicacions de les SGs que requereixen que la comunicació es realitzi sota llindars de temps crítics. També es pren una altra direcció d’investigació similar, menys centrada en les SGs, però per a una gamma més àmplia de dominis d’aplicació. S’integra la descripció dels fluxos d’execució com a màquines d’estats finits utilitzant ontologies web (Resource Description Framework (RDF)) i metodologies de la WoT (les accions es realitzen basant-se en peticions Hyper-Text Transfer Protocol/Secure (HTTP/S) a Uniform Resource Locators (URLs)). Aquest flux d’execució, que també pot ser un plantilla per a permetre una configuració flexible en temps d’execució, s’implementa i interpreta com si fos (i mitjançant) un Virtual Object (VO). L’objectiu de la plantilla és ser reutilitzable i poder-se compartir entre múltiples desplegaments de la IoT dins el mateix domini d’aplicació. A causa de les tecnologies utilitzades, la solució no és adequada per a aplicacions de temps crític (llindar de temps relativament baix i rígid). No obstant això, és adequat per a aplicacions que no demanden resposta en un temps crític i que requereixen el desplegament de VOs similars en el que fa referència al flux d’execució. Finalment, el treball s’enfoca en una altra tecnologia destinada a millorar l’escalabilitat i la capacitat de descobriment en la IoT. La SIoT està sorgint com una nova estructura de la IoT que uneix els nodes a través de relacions significatives. Aquestes relacions tenen com a objectiu millorar la capacitat de descobriment; en conseqüència, millora la escalabilitat d’una xarxa de la IoT. En aquest treball s’aplica aquest nou paradigma per optimitzar la gestió de l’energia en el costat de la demanda a les SGs. L’objectiu és aprofitar les característiques de la SIoT per ajudar a la creació de Prosumer Community Groups (PCGs) (grups d’usuaris que consumeixen o produeixen energia) amb el mateix objectiu d’optimització en l’ús de l’energia. La sinergia entre la SIoT i les SGs s’ha anomenat Social Internet of Energy (SIoE). Per tant, amb la SIoE i amb el focus en un desafiament específic, s’estableix la base conceptual per a la integració entre la SIoT i les SGs. Els experiments inicials mostren resultats prometedors i aplanen el camí per a futures investigacions i avaluacions de la proposta. Es conclou que el WoT i la SIoT són dos paradigmes complementaris que nodreixen l’evolució de la propera generació de la IoT. S’espera que la propera generació de la IoT sigui un Multi-Agent System (MAS) generalitzat. Alguns investigadors ja estan apuntant a la Web i les seves tecnologies (per exemple, Web Semàntica, HTTP/S)—i més concretamente a la WoT — com a l’entorn que nodreixi a aquests agents. La SIoT pot millorar tant l’entorn com les relacions entre els agents en aquesta fusió. Les SGs també poden beneficiar-se dels avenços de la IoT, ja que es poden considerar com una aplicació específica d’aquesta última.  Esta tesis trata de dos de las novedosas tecnologías relacionadas con la Internet of Things (IoT) y su integración con el campo de las Smart Grids (SGs); estas tecnologías son laWeb of Things (WoT) y la Social Internet of Things (SIoT). La WoT es una tecnología que se espera que provea de un entorno escalable e interoperable a la IoT usando la infraestructura web existente, los protocolos web y la web semántica. También se espera que la SIoT contribuya a solucionar los retos de escalabilidad y capacidad de descubrimiento creando una red social de agentes (objetos y humanos). Para explorar la sinergia entre estas tecnologías, el objetivo es el de proporcionar evidencia práctica y empírica, generalmente en forma de prototipos de implementación y experimentación empírica. En relación con la WoT y las SGs, se ha creado un prototipo para la Web of Energy (WoE) que tiene como objetivo abordar los desafíos presentes en el dominio las SGs. El prototipo es capaz de proporcionar interoperabilidad y homogeneidad entre diversos protocolos. El diseño de implementación se basa en el Modelo de Actores, que también proporciona escalabilidad del prototipo. La experimentación muestra que el prototipo puede manejar la transmisión de mensajes para aplicaciones de las SGs que requieran que la comunicación se realice bajo umbrales de tiempo críticos. También se toma otra dirección de investigación similar, menos centrada en las SGs, pero para una gama más amplia de dominios de aplicación. Se integra la descripción de los flujos de ejecución como máquinas de estados finitos utilizando ontologías web (Resource Description Framework (RDF)) y metodologías de la WoT (las acciones se realizan basándose en peticiones Hyper-Text Transfer Protocol/Secure (HTTP/S) a Uniform Resource Locators (URLs)). Este flujo de ejecución, que también puede ser una plantilla para permitir una configuración flexible en tiempo de ejecución, se implementa e interpreta como si fuera (y a través de) un Virtual Object (VO). El objetivo de la plantilla es que sea reutilizable y se pueda compartir entre múltiples despliegues de la IoT dentro del mismo dominio de aplicación. Debido a las tecnologías utilizadas, la solución no es adecuada para aplicaciones de tiempo crítico (umbral de tiempo relativamente bajo y rígido). Sin embargo, es adecuado para aplicaciones que no demandan respuesta en un tiempo crítico y que requieren el despliegue de VOs similares en cuanto al flujo de ejecución. Finalmente, el trabajo se enfoca en otra tecnología destinada a mejorar la escalabilidad y la capacidad de descubrimiento en la IoT. La SIoT está emergiendo como una nueva estructura de la IoT que une los nodos a través de relaciones significativas. Estas relaciones tienen como objetivo mejorar la capacidad de descubrimiento; en consecuencia, mejora la escalabilidad de una red de la IoT. En este trabajo se aplica este nuevo paradigma para optimizar la gestión de la energía en el lado de la demanda en las SGs. El objetivo es aprovechar las características de la SIoT para ayudar en la creación de Prosumer Community Groups (PCGs) (grupos de usuarios que consumen o producen energía) con el mismo objetivo de optimización en el uso de la energía. La sinergia entre la SIoT y las SGs ha sido denominada Social Internet of Energy (SIoE). Por lo tanto, con la SIoE y con el foco en un desafío específico, se establece la base conceptual para la integración entre la SIoT y las SG. Los experimentos iniciales muestran resultados prometedores y allanan el camino para futuras investigaciones y evaluaciones de la propuesta. Se concluye que la WoT y la SIoT son dos paradigmas complementarios que nutren la evolución de la próxima generación de la IoT. Se espera que la próxima generación de la IoT sea un Multi-Agent System (MAS) generalizado. Algunos investigadores ya están apuntando a la Web y sus tecnologías (por ejemplo,Web Semántica, HTTP/S)—y más concretamente a la WoT — como el entorno que nutra a estos agentes. La SIoT puede mejorar tanto el entorno como las relaciones entre los agentes en esta fusión. Como un campo específico de la IoT, las SGs también pueden beneficiarse de los avances de la IoT.This thesis deals with two novel Internet of Things (IoT) technologies and their integration to the field of the Smart Grid (SG); these technologies are the Web of Things (WoT) and the Social Internet of Things (SIoT). The WoT is an enabling technology expected to provide a scalable and interoperable environment to the IoT using the existing web infrastructure, web protocols and the semantic web. The SIoT is expected to expand further and contribute to scalability and discoverability challenges by creating a social network of agents (objects and humans). When exploring the synergy between those technologies, we aim at providing practical and empirical evidence, usually in the form of prototype implementations and empirical experimentation. In relation to the WoT and SG, we create a prototype for the Web of Energy (WoE), that aims at addressing challenges present in the SG domain. The prototype is capable of providing interoperability and homogeneity among diverse protocols. The implementation design is based on the Actor Model, which also provides scalability in regards to the prototype. Experimentation shows that the prototype can handle the transmission of messages for time-critical SG applications. We also take another similar research direction less focused on the SG, but for a broader range of application domains. We integrate the description of flows of execution as Finite-State Machines (FSMs) using web ontologies (Resource Description Framework (RDF)) and WoT methodologies (actions are performed on the basis of calls Hyper Text Transfer Protocol/ Secure (HTTP/S) to a Uniform Resource Locator (URL)). This execution flow, which can also be a template to allow flexible configuration at runtime, is deployed and interpreted as (and through) a Virtual Object (VO). The template aims to be reusable and shareable among multiple IoT deployments within the same application domain. Due to the technologies used, the solution is not suitable for time-critical applications. Nevertheless, it is suitable for non-time-critical applications that require the deployment of similar VOs. Finally, we focus on another technology aimed at improving scalability and discoverability in IoT. The SIoT is emerging as a new IoT structure that links nodes through meaningful relationships. These relationships aim at improving discoverability; consequently, improving the scalability of an IoT network. We apply this new paradigm to optimize energy management at the demand side in a SG. Our objective is to harness the features of the SIoT to aid in the creation of Prosumer Community Group (PCG) (groups of energy users that consume or produce energy) with the same Demand Side Management (DSM) goal. We refer to the synergy between SIoT and SG as Social Internet of Energy (SIoE). Therefore, with the SIoE and focusing on a specific challenge, we set the conceptual basis for the integration between SIoT and SG. Initial experiments show promising results and pave the way for further research and evaluation of the proposal. We conclude that the WoT and the SIoT are two complementary paradigms that nourish the evolution of the next generation IoT. The next generation IoT is expected to be a pervasive Multi-Agent System (MAS). Some researchers are already pointing at the Web and its technologies (e.g. Semantic Web, HTTP/S) — and more concretely at the WoT — as the environment nourishing the agents. The SIoT can enhance both the environment and the relationships between agents in this fusion. As a specific field of the IoT, the SG can also benefit from IoT advancements