An architectural design based on fog computing and distributed ledger technologies to liberalize smart home appliances by enabling social and coginitive upskilling via their digital twins

Nesnelerin İnterneti (IoT) ekosisteminin belki de insan hayatının en içindeki uygulama alanı olan Akıllı Ev ve akıllı ev tipi cihazları, tüketiciler nezdinde, tüketicilerin bütün iyimser beklentilerine rağmen hayatlarına uyarlamakta tereddüt ettikleri teknolojiler olarak bulundukları emekleme dönemi içinde bocalamasını sürdürmektedir. Bu bocalamanın nedenlerini anlamak üzere derlenen araştırmalar, özel hayatın gizliliğine dair duyulan kaygıları, insan-merkezli yaklaşımın yoksunluğunu, Bilgi'nin özgürlüğünün kısıtlanması ile gerçek değerinin altında kullanılmasını, siber güvenlik ile ilgili endişeleri ve de IoT ve beraber çalıştığı teknolojilerin henüz gerçek potansiyeline ulaşamamış olmasını, tüketicilerin evlerinde IoT çözümlerini kullanmakta yaşadıkları tereddütlerin altında yatan temel sebepler olarak ortaya koymaktadır. Bunların yanında, IoT'nin hali hazırda başa çıkmaya çalıştığı kaynak fakirliği, ölçeklenebilirlik, servis kalitesi, mobilite, heterojenlik, beraber-çalışabilirlik, siber güvenlik, gizlilik ve yenilikçilik gibi zorluklar da hem bu tereddütleri körüklemekte hem de bu tereddütlerin giderilmesini daha mücadeleci bir noktaya taşımaktadır. Akıllı Ev teknolojilerini tüketiciler için çekici hâle getirmek, bahsi geçen zorlukların belirli bir seviyede de olsa hafifletilmesi ve bahsi geçen tereddütlerin giderilmesi yanında, Akıllı Cihazların, insanların İnternet'e olan yaklaşımında ve ilişkilerinde çığır açan Sosyal Medya uygulamalarındaki ilişkilerine benzer sosyal ilişkiler kurarak ve de öğrenme, kavrama, gerektiğinde karar verme gibi bilişsel yeteneklerle donatılarak, insanların ev ortamındaki konforlarını ve yaşam kalitelerini yükseltmek üzere hayatlarına ve karar süreçlerine sezgisel ve pürüzsüz bir biçimde dahil olup, gerçek anlamda katma değer katabilen uygulamaları desteklemeleri ile mümkün görünmektedir. İşte bu tez çalışması, son dönemde stratejik önem arz eden Dijital İkiz (DT), Dağıtık Hesap Defteri Teknolojileri (DLT) ve Sis Bilişim paradigmalarının IoT'nin zorluklarına getirdikleri çözüm potansiyelini kullanmak adına, Akıllı Ev ortamındaki akıllı ev tipi cihazlarının dijital ikizlerini, Sis Bilişim'in bir elemanı olan Akıllı Ev ağ geçidine yerleştiren ve bu Dijital İkizlerin Dağıtık Hesap Defteri Teknolojilerine katılımıyla Sosyal ve Bilişsel Nesnelerin İnterneti uygulamalarına imkân veren özgün bir model önermektedir. Önerilen model, kendisi için belirlenen çift yönlü ve güvenli Akıllı Cihaz – Dijital İkiz bağlaşımı, Dijital Kuklaların engellenmesi, Akıllı Cihaz sahibinin mutlak mülkiyet haklarını kullanması ve Dijital İkizlerin liberalleşmesi gereksinimlerini karşılamanın yanında oluşturduğu teknoloji sentezi ile IoT'nin zorluklarını hafifletmiş ve böylece tüketicilerin tereddütlerini giderebilecek Bilgi'nin serbestliğini ve ekonomik özgürlüğünü destekleyen ve bunu yaparken de güvenlik ve gizlilikten ödün vermeyen, açık bir ekosistemin mümkün ve de faydalı olabileceğini göstermiştir. Son olarak, referans model üzerinde öngörücü bakım, Akıllı Cihaz verisi satışı, kullanım eniyilemesi, Hizmet-olarak-Akıllı-Cihaz ve kullanım/kalite bazlı ücretlendirme gibi dağıtık uygulamaların kullanım senaryolarının incelenmesi ile, Akıllı Cihazların bağlantılı olma, sosyal ve bilişsel yeteneklerinin sadece akıllı olarak addedilmek için değil de tüketicilerin beklentilerini gözeterek, onların yararına çalışmak için akıllı olması durumunda tüketiciler için kullanılabilirlik ve benimsenebilirlik potansiyeline sahip oldukları ortaya konmuştur.Since the beginning of this century, the Internet of Things (IoT) has been paving the way for a variety of smart home applications based mostly on human-to-things interactions and increasingly on things-to-things interactions. Despite the benefits and initiatives brought by such applications, consumers still show hesitation in adopting IoT-enabled home appliances, mainly due to privacy concerns, lack of support for people-centric approach, IoT ecosystems undervaluing the information by restricting its freedom of circulation, cyber security considerations and the technical immaturity of IoT and its coexisting technologies. As people's attitude toward the Internet has taken on a new dimension with the penetration of social media applications, it is also crucial to give a social structure to IoT in order to bring out the true value of IoT for appliance owners. Therefore, equipping Smart Homes with cognitive tasks, that can benefit from things-to-things social collaboration, will enable further business cases which have the potential to bring a breakthrough in customer perception in IoT-enabled consumer electronics. IoT designs has been facing several challenges, such as resource constraints of the edge nodes, scalability, quality of service, mobility, heterogeneity, interoperability, cyber security, privacy, and innovativeness. Moreover, Smart Homes with social and cognitive capabilities will face even more complexity due to extra requirements, such as ease of use, customer satisfaction management, incentive mechanisms, extensive interoperability, and ownership management. Today's IoT applications on consumer electronics seem to bring more value to their manufacturers than they do to their customers, making them more corporate-centric than human-centric. To break the ice between consumers and IoT, business models arising from the integration of social and cognitive capabilities shall be in consumers' favor. To address the aforementioned issues in IoT applications on consumer electronics, the following three strategic enablers are proposed as solution building blocks: Digital twins (DTs), Fog computing and Distributed Ledger Technologies (DLTs). The main contribution of this thesis work is the creation of a reference model that places the DTs of consumer electronics on a Smart Home gateway as the member of fog; assigns absolute ownership of these DTs to the appliance owners; liberalizes their usage on fog systems via DLTs and DLT-enabled clouds; and enables secure and privacy-aware Social and Cognitive IoT applications. Finally, the study has been completed by analyzing the applicability and operation of use case scenarios such as predictive maintenance, selling appliance data, usage optimization, Appliance-as-a-Service, and usage-based or quality-based pricing

Social Internet of Digital Twins via Distributed Ledger Technologies: Application of Predictive Maintenance

27th Telecommunications Forum, TELFOR (2019 ; Belgrade, Serbia)Predictive Maintenance in the era of Internet-of-Things is envisioned to be an important functionality of consumer electronics along with many other application areas. Challenges for Predictive Maintenance within Internet-of-Things ecosystem include heterogeneity, scalability, identification, constrained resources, mobility, security, and privacy. In this paper, we propose a reference model for Predictive Maintenance of commercial appliances, the digital twins of which interact socially via Distributed Ledger Technologies. © 2019 IEEE.TUBITA

Liberalization of Digital Twins of IoT-Enabled Home Appliances via Blockchains and Absolute Ownership Rights

IoT-enabled home appliances are still in their infancy, especially from the perspective of customers, which hinders widespread market penetration. To relieve this skeptical attitude of customers toward IoT appliances, it is important to design human-centric business models rather than corporate-centric ones. IoT ecosystems that make use of cognitive outputs from the social network of things can assist in the establishment of such business models. The contributions of this article are twofold. First, we propose a reference model that grants the absolute ownership of the fog-located digital twin (DT) of a home appliance to its owner and promotes human-centric services and applications on this twin by utilizing blockchains (BCs) and BC-enabled clouds. Second, by enabling customers to have absolute ownership rights over the fog-located DTs, the model paves the way for the liberalization of DTs as well as the appliances coupled to them, which is an important step in revealing the true value that underlies human-centricity and things-to-things collaboration

Power Scheduling in Privacy Enhanced Microgrid Networks with Renewables and Storage

13th IEEE Annual Consumer Communications and Networking Conference (CCNC) (2016 : Las Vegas, NV)As many countries embark on a major transitioning to the Smart Grid (SG), realizing the benefits of the new paradigm depends on generation, collection, and usage of unprecedented amount of data. With such proliferated data processing, there are legitimate concerns that call for sound privacy measures to ensure proper safekeeping. A significant portion of the potential benefits of the SG initiative, thus, relies on devising convincing mechanisms to strengthen the privacy. As a new distribution subsystem, microgrids are expected to play a crucial role in the SG. In this paper, we develop a privacy-aware microgrid power scheduling formulation with renewable sources and energy storage where five different classes of appliances are prioritized by smart meters. Our analysis shows that there is a tradeoff between maximizing the power usage and privacy levels. Hence, it is not possible to find a solution that maximizes both objectives simultaneously. However, it is possible to achieve significantly higher levels of privacy preservation with moderate sacrifice from the power usage, especially when the number of users is high