Software Components of an IoT Monitoring Platform in Google Cloud Platform: A Descriptive Research and an Architectural Proposal

As software engineers, it is not an easy task to build a software solution that customers consider easy to use, cost-benefit balanced, secured, high available and prepared for high demand. There are many solutions for building a monitoring platform with these previous attributes and we need to consider all the technical factors to achieve this goal. We proposed an agile methodology for the project management approach, acquired the necessary equipment and services and hired the staff to design and develop a monitoring platform in Google Cloud Platform (GCP) with edge frameworks and technologies. We implemented a software working solution composed of five applications (app) or services and configured services in the GCP: IoT data web service, frontend web app, backend web app, IoT app, and mobile app. They were developed using Python, ReactJS, and Java and deployed in Google Cloud Platform for being used in personal computers, laptops, mobile devices, and IoT devices. We defined this architecture with its main basis in a cloud platform that used the publish/subscribe pattern for efficient data ingestion and reporting

Is It Intelligent? A Systematic Review of Intelligence in the Most Cited Papers in IoT

Artificial intelligence is a buzz word and even more when its accomplishments have challenged our intelligence. However, what is intelligence? Is there a consensus in its meaning for researchers and professionals? Is it just a sales word? What does it mean in practical terms? To answer these questions, we followed a systemic review of literature in most cited papers about intelligent systems in the Internet of Things (IoT) and discovered that only 58% were intelligent as we defined: “Intelligent Systems are systems conformed by algorithms that are programmed using some machine learning techniques and that can learn from data and perform tasks with a superior performance”. The rest 42% were just traditional systems with hardware or software enhancements

Semantic Segmentation of Weeds and Crops in Multispectral Images by Using a Convolutional Neural Networks Based on U-Net

A first step in the process of automating weed removal in precision agriculture is the semantic segmentation of crops, weeds and soil. Deep learning techniques based on convolutional neural networks are successfully applied today and one of the most popular network architectures in semantic segmentation problems is U-Net. In this article, the variants in the U-Net architecture were evaluated based on the aggregation of residual and recurring blocks to improve their performance. For training and testing, a set of data available on the Internet was used, consisting of 60 multispectral images with unbalanced pixels, so techniques were applied to increase and balance the data. Experimental results show a slight increase in quality metrics compared to the classic U-Net architecture

Marine Delay and Disruption Tolerant Networks (MaDTN): Application for Artisanal Fisheries

The artisanal fishing activity carried out on the coasts where the production of fish can be exploited is affected by a lack of communication between the vessels in order to provide relevant information related to multiple marine sensor parameters. It is mainly due to the rugged geographic area that causes highly disruptive communication links and in which traditional IP-based communications with transport protocols such as TCP or UDP do not work properly. This paper presents and evaluates a new communications architecture to provide services to marine sensor networks using a disruption tolerant networking (DTN) based solution. We propose a new architecture that takes into account the different vessels densities. We assume a finite sensor population model and a saturated traffic condition where every sensor always has frames to transmit. The performance was evaluated in terms of delivery probabilities, delay and a DTN scenario indicator (DSI) proposed. Through simulations, this paper reveals that Low Density scenery yield greater latency, and more density of nodes has better results. We achieved a successful delivery rate of 74% and a latency of 2 h approximately. Finally indicators shows that high density of nodes is strongly recommended for fishery scenery models

Prototipo de búsqueda en Internet basado en algoritmos genéticos

La actual cantidad de información disponible en Internet es muy grande y diversa, esta es la razón por lo que se hace necesario hoy en día investigar sobre herramientas de software que permitan encontrar información relevante en forma personalizada. Esta tesis presenta el diseño e implementación de un prototipo de agente inteligente para extracción de información sobre una plataforma Linux, basado en el método de algoritmos genéticos que optimiza el proceso de búsqueda sobre tópicos específicos de una manera personalizada basándose en un perfil que provee el usuario. Con el fin de lograr estos objetivos se ha diseñado e implementado un motor de meta búsqueda que ofrece una interfase de consulta a múltiples motores de búsqueda tales como: Google, Altavista y Yahoo y un extractor de texto que permite, haciendo uso del modelo de espacio vectorial para procesamiento de texto, extraer texto relevante de documentos HTML para posteriormente evaluar su similitud con el perfil provisto por el usuario. Un incremento de la similitud con el incremento del número de generaciones se ha observado, no dependiendo del contexto de búsqueda a ser analizado. Esto sugiere una mejora en la información recuperada con el incremento del número de generaciones. Bajo un esquema de realimentación por el usuario se ha podido observar que el sistema se ajusta mejor al contexto del usuario.The present amount of information available in Internet is huge and diverse, that is the reason why, nowadays, it is necessary to make a research about software tools that will allow to find relevant information in a customized form. This thesis presents the design and implementation of a prototype of an intelligent agent for extraction of information over a Linux platform, based on the genetic algorithm's methods which optimizes the searching process about speciíic topics in a customized way based on a profile provided by the user. With these goals in mind it has been designed and implemented a metasearch engine that oífers a querying inteiface to múltiple websearching machines such as: Google, Altavista and Yahoo, and a text extractor that allows, by the use of a model of vectorial space for word processing, to extract relevant text of documents in HTML to further evalúate its similarity with the profile provided by the user. An increase of the similarity with the increase of the number of generations has been observed, not depending on the context search to being analyzed. This suggests an improvement in the information recovered with the increase of the number of generations. Under a scheme of refeeding by the user it has been possible to observe that the system adjusts better to the context of the user.Tesi

Contribution to the improvement of communication services in nanosatellite constellations using delay and disruption tolerant networking based architectures

Esta tesis se desarrolla dentro del marco de las comunicaciones satelitales en el innovador campo de los pequeños satélites también llamados nanosatélites o cubesats, llamados así por su forma cubica. Estos nanosatélites se caracterizan por su bajo costo debido a que usan componentes comerciales llamados COTS (commercial off-the-shelf) y su pequeño tamaño como los Cubesats 1U (10cm*10 cm*10 cm) con masa aproximada a 1 kg. Este trabajo de tesis tiene como base una iniciativa propuesta por el autor de la tesis para poner en órbita el primer satélite peruano en mi país llamado chasqui I, actualmente puesto en órbita desde la Estación Espacial Internacional. La experiencia de este trabajo de investigación me llevo a proponer una constelación de pequeños satélites llamada Waposat para dar servicio de monitoreo de sensores de calidad de agua a nivel global, escenario que es usado en esta tesis. Es ente entorno y dadas las características limitadas de los pequeños satélites, tanto en potencia como en velocidad de datos, es que propongo investigar una nueva arquitectura de comunicaciones que permita resolver en forma óptima la problemática planteada por los nanosatélites en órbita LEO debido a su carácter disruptivo en sus comunicaciones poniendo énfasis en las capas de enlace y aplicación. Esta tesis presenta y evalúa una nueva arquitectura de comunicaciones para proveer servicio a una red de sensores terrestres usando una solución basada en DTN (Delay/Disruption Tolerant Networking) para comunicaciones espaciales. Adicionalmente, propongo un nuevo protocolo de acceso múltiple que usa una extensión del protocolo ALOHA no ranurado, el cual toma en cuenta la prioridad del trafico del Gateway (ALOHAGP) con un mecanismo de contienda adaptativo. Utiliza la realimentación del satélite para implementar el control de la congestión y adapta dinámicamente el rendimiento efectivo del canal de una manera óptima. Asumimos un modelo de población de sensores finito y una condición de tráfico saturado en el que cada sensor tiene siempre tramas que transmitir. El desempeño de la red se evaluó en términos de rendimiento efectivo, retardo y la equidad del sistema. Además, se ha definido una capa de convergencia DTN (ALOHAGP-CL) como un subconjunto del estándar TCP-CL (Transmission Control Protocol-Convergency Layer). Esta tesis muestra que ALOHAGP/CL soporta adecuadamente el escenario DTN propuesto, sobre todo cuando se utiliza la fragmentación reactiva. Finalmente, esta tesis investiga una transferencia óptima de mensajes DTN (Bundles) utilizando estrategias de fragmentación proactivas para dar servicio a una red de sensores terrestres utilizando un enlace de comunicaciones satelitales que utiliza el mecanismo de acceso múltiple con prioridad en el tráfico de enlace descendente (ALOHAGP). El rendimiento efectivo ha sido optimizado mediante la adaptación de los parámetros del protocolo como una función del número actual de los sensores activos recibidos desde el satélite. También, actualmente no existe un método para advertir o negociar el tamaño máximo de un “bundle” que puede ser aceptado por un agente DTN “bundle” en las comunicaciones por satélite tanto para el almacenamiento y la entrega, por lo que los “bundles” que son demasiado grandes son eliminados o demasiado pequeños son ineficientes. He caracterizado este tipo de escenario obteniendo una distribución de probabilidad de la llegada de tramas al nanosatélite así como una distribución de probabilidad del tiempo de visibilidad del nanosatélite, los cuales proveen una fragmentación proactiva óptima de los DTN “bundles”. He encontrado que el rendimiento efectivo (goodput) de la fragmentación proactiva alcanza un valor ligeramente inferior al de la fragmentación reactiva. Esta contribución permite utilizar la fragmentación activa de forma óptima con todas sus ventajas tales como permitir implantar el modelo de seguridad de DTN y la simplicidad al implementarlo en equipos con muchas limitaciones de CPU y memoria. La implementación de estas contribuciones se han contemplado inicialmente como parte de la carga útil del nanosatélite QBito, que forma parte de la constelación de 50 nanosatélites que se está llevando a cabo dentro del proyecto QB50. ABSTRACT This thesis is developed within the framework of satellite communications in the innovative field of small satellites also known as nanosatellites (<10 kg) or CubeSats, so called from their cubic form. These nanosatellites are characterized by their low cost because they use commercial components called COTS (commercial off-the-shelf), and their small size and mass, such as 1U Cubesats (10cm * 10cm * 10cm) with approximately 1 kg mass. This thesis is based on a proposal made by the author of the thesis to put into orbit the first Peruvian satellite in his country called Chasqui I, which was successfully launched into orbit from the International Space Station in 2014. The experience of this research work led me to propose a constellation of small satellites named Waposat to provide water quality monitoring sensors worldwide, scenario that is used in this thesis. In this scenario and given the limited features of nanosatellites, both power and data rate, I propose to investigate a new communications architecture that allows solving in an optimal manner the problems of nanosatellites in orbit LEO due to the disruptive nature of their communications by putting emphasis on the link and application layers. This thesis presents and evaluates a new communications architecture to provide services to terrestrial sensor networks using a space Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN) based solution. In addition, I propose a new multiple access mechanism protocol based on extended unslotted ALOHA that takes into account the priority of gateway traffic, which we call ALOHA multiple access with gateway priority (ALOHAGP) with an adaptive contention mechanism. It uses satellite feedback to implement the congestion control, and to dynamically adapt the channel effective throughput in an optimal way. We assume a finite sensor population model and a saturated traffic condition where every sensor always has frames to transmit. The performance was evaluated in terms of effective throughput, delay and system fairness. In addition, a DTN convergence layer (ALOHAGP-CL) has been defined as a subset of the standard TCP-CL (Transmission Control Protocol-Convergence Layer). This thesis reveals that ALOHAGP/CL adequately supports the proposed DTN scenario, mainly when reactive fragmentation is used. Finally, this thesis investigates an optimal DTN message (bundles) transfer using proactive fragmentation strategies to give service to a ground sensor network using a nanosatellite communications link which uses a multi-access mechanism with priority in downlink traffic (ALOHAGP). The effective throughput has been optimized by adapting the protocol parameters as a function of the current number of active sensors received from satellite. Also, there is currently no method for advertising or negotiating the maximum size of a bundle which can be accepted by a bundle agent in satellite communications for storage and delivery, so that bundles which are too large can be dropped or which are too small are inefficient. We have characterized this kind of scenario obtaining a probability distribution for frame arrivals to nanosatellite and visibility time distribution that provide an optimal proactive fragmentation of DTN bundles. We have found that the proactive effective throughput (goodput) reaches a value slightly lower than reactive fragmentation approach. This contribution allows to use the proactive fragmentation optimally with all its advantages such as the incorporation of the security model of DTN and simplicity in protocol implementation for computers with many CPU and memory limitations. The implementation of these contributions was initially contemplated as part of the payload of the nanosatellite QBito, which is part of the constellation of 50 nanosatellites envisaged under the QB50 project

Quinua smartapp: prototipo de plataforma rural inteligente, en tiempo real, para incrementar la productividad en la cadena de valor de la quinua orgánica

La investigación pretende crear un prototipo de plataforma rural inteligente que, en tiempo real, pueda gestionar la automatización de la producción, desde el campo de cultivo hasta su comercialización, con el propósito de incrementar la productividad de la cadena de valor de la quinua orgánica. Así se espera mejorar la cadena de valor y de suministros para la agrocomercialización de la quinua orgánica en el país y en la región andina. El dispositivo permitirá contribuir a la reducción del índice de pérdidas de la inversión tanto en el cultivo como en la cosecha y poscosecha, las cuales se encuentran clasificadas como factores de alto riesgo para la empresa agrícola. Esto constituye un beneficio sustancial para los agricultores.La investigación pretende crear un prototipo de plataforma rural inteligente que, en tiempo real, pueda gestionar la automatización de la producción, desde el campo de cultivo hasta su comercialización, con el propósito de incrementar la productividad de la cadena de valor de la quinua orgánica. Así se espera mejorar la cadena de valor y de suministros para la agrocomercialización de la quinua orgánica en el país y en la región andina. El dispositivo permitirá contribuir a la reducción del índice de pérdidas de la inversión tanto en el cultivo como en la cosecha y poscosecha, las cuales se encuentran clasificadas como factores de alto riesgo para la empresa agrícola. Esto constituye un beneficio sustancial para los agricultores