A context -and template- based data compression approach to improve resource-constrained IoT systems interoperability.

170 p.El objetivo del Internet de las Cosas (the Internet of Things, IoT) es el de interconectar todo tipo de cosas, desde dispositivos simples, como una bombilla o un termostato, a elementos más complejos y abstractoscomo una máquina o una casa. Estos dispositivos o elementos varían enormemente entre sí, especialmente en las capacidades que poseen y el tipo de tecnologías que utilizan. Esta heterogeneidad produce una gran complejidad en los procesos integración en lo que a la interoperabilidad se refiere.Un enfoque común para abordar la interoperabilidad a nivel de representación de datos en sistemas IoT es el de estructurar los datos siguiendo un modelo de datos estándar, así como formatos de datos basados en texto (e.g., XML). Sin embargo, el tipo de dispositivos que se utiliza normalmente en sistemas IoT tiene capacidades limitadas, así como recursos de procesamiento y de comunicación escasos. Debido a estas limitaciones no es posible integrar formatos de datos basados en texto de manera sencilla y e1ciente en dispositivos y redes con recursos restringidos. En esta Tesis, presentamos una novedosa solución de compresión de datos para formatos de datos basados en texto, que está especialmente diseñada teniendo en cuenta las limitaciones de dispositivos y redes con recursos restringidos. Denominamos a esta solución Context- and Template-based Compression (CTC). CTC mejora la interoperabilidad a nivel de los datos de los sistemas IoT a la vez que requiere muy pocos recursos en cuanto a ancho de banda de las comunicaciones, tamaño de memoria y potencia de procesamiento

A context -and template- based data compression approach to improve resource-constrained IoT systems interoperability.

170 p.El objetivo del Internet de las Cosas (the Internet of Things, IoT) es el de interconectar todo tipo de cosas, desde dispositivos simples, como una bombilla o un termostato, a elementos más complejos y abstractoscomo una máquina o una casa. Estos dispositivos o elementos varían enormemente entre sí, especialmente en las capacidades que poseen y el tipo de tecnologías que utilizan. Esta heterogeneidad produce una gran complejidad en los procesos integración en lo que a la interoperabilidad se refiere.Un enfoque común para abordar la interoperabilidad a nivel de representación de datos en sistemas IoT es el de estructurar los datos siguiendo un modelo de datos estándar, así como formatos de datos basados en texto (e.g., XML). Sin embargo, el tipo de dispositivos que se utiliza normalmente en sistemas IoT tiene capacidades limitadas, así como recursos de procesamiento y de comunicación escasos. Debido a estas limitaciones no es posible integrar formatos de datos basados en texto de manera sencilla y e1ciente en dispositivos y redes con recursos restringidos. En esta Tesis, presentamos una novedosa solución de compresión de datos para formatos de datos basados en texto, que está especialmente diseñada teniendo en cuenta las limitaciones de dispositivos y redes con recursos restringidos. Denominamos a esta solución Context- and Template-based Compression (CTC). CTC mejora la interoperabilidad a nivel de los datos de los sistemas IoT a la vez que requiere muy pocos recursos en cuanto a ancho de banda de las comunicaciones, tamaño de memoria y potencia de procesamiento

Context- and Template-Based Compression for Efficient Management of Data Models in Resource-Constrained Systems

The Cyber Physical Systems (CPS) paradigm is based on the deployment of interconnected heterogeneous devices and systems, so interoperability is at the heart of any CPS architecture design. In this sense, the adoption of standard and generic data formats for data representation and communication, e.g., XML or JSON, effectively addresses the interoperability problem among heterogeneous systems. Nevertheless, the verbosity of those standard data formats usually demands system resources that might suppose an overload for the resource-constrained devices that are typically deployed in CPS. In this work we present Context-and Template-based Compression (CTC), a data compression approach targeted to resource-constrained devices, which allows reducing the resources needed to transmit, store and process data models. Additionally, we provide a benchmark evaluation and comparison with current implementations of the Efficient XML Interchange (EXI) processor, which is promoted by the World Wide Web Consortium (W3C), and it is the most prominent XML compression mechanism nowadays. Interestingly, the results from the evaluation show that CTC outperforms EXI implementations in terms of memory usage and speed, keeping similar compression rates. As a conclusion, CTC is shown to be a good candidate for managing standard data model representation formats in CPS composed of resource-constrained devices.Research partially supported by the European Union Horizon 2020 Programme under Grant Agreement Number H2020-EeB-2015/680708 - HIT2GAP, Highly Innovative building control Tools Tackling the energy performance GAP. Also partially supported by the Department of Education, Universities and Research of the Basque Government under Grant IT980-16 and the Spanish Research Council, under grant TIN2016-79897-P

A Method for Dynamically Selecting the Best Frequency Hopping Technique in Industrial Wireless Sensor Network Applications

Industrial wireless applications often share the communication channel with other wireless technologies and communication protocols. This coexistence produces interferences and transmission errors which require appropriate mechanisms to manage retransmissions. Nevertheless, these mechanisms increase the network latency and overhead due to the retransmissions. Thus, the loss of data packets and the measures to handle them produce an undesirable drop in the QoS and hinder the overall robustness and energy efficiency of the network. Interference avoidance mechanisms, such as frequency hopping techniques, reduce the need for retransmissions due to interferences but they are often tailored to specific scenarios and are not easily adapted to other use cases. On the other hand, the total absence of interference avoidance mechanisms introduces a security risk because the communication channel may be intentionally attacked and interfered with to hinder or totally block it. In this paper we propose a method for supporting the design of communication solutions under dynamic channel interference conditions and we implement dynamic management policies for frequency hopping technique and channel selection at runtime. The method considers several standard frequency hopping techniques and quality metrics, and the quality and status of the available frequency channels to propose the best combined solution to minimize the side effects of interferences. A simulation tool has been developed and used in this work to validate the method.Research partially supported by the European Union's Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under Grant Agreement Number FP7-SEC-2013-1/607292 ZONeSEC-Towards a EU framework for the security of Widezones, in the scope of the activities related to develop technologies that foster the Plug, Play&Forget paradigm. Also partially supported by the Department of Education, Universities and Research of the Basque Government under Grant IT980-16 and the Spanish Research Council, under grant TIN2016-79897-P