Diseño y desarrollo de mecanismos de Interoperabilidad de loT mediante una pasarela

David Sarabia Jacome (2017). Diseño y desarrollo de mecanismos de Interoperabilidad de loT mediante una pasarela. http://hdl.handle.net/10251/112995Archivo delegad

Arquitectura de análisis de datos generados por el internet de las cosas IoT en tiempo real

[ES] El Internet de las cosas (IoT, del inglés, \textit{Internet of Things}) está revolucionando la manera en que percibimos todo lo que nos rodea. La gran cantidad de objetos conectados a Internet diariamente revela el grado de aceptación de las tecnologías habilitadoras de IoT en los diferentes entornos de aplicación. De la misma manera, el gran volumen de datos generado por estos objetos, conocidos como dispositivos IoT, está llegando a valores inimaginables. Como resultado, las metodologías y técnicas tradicionales presentan limitaciones para la gestión de los datos recolectados por los dispositivos IoT. Este problema es conocido como Big Data y ha sido analizado en las dos últimas décadas en otro tipo de ámbitos (buscadores de páginas web, redes sociales, entre otros.). Sin embargo, la falta de conocimientos y estrategias claras para integrar las metodologías, técnicas y soluciones de Big Data con entornos de IoT está afectando directamente a los potenciales beneficios de IoT. La gestión del Big Data es uno de los desafíos que afrontan actualmente los entornos de IoT. La presente tesis doctoral especifica una arquitectura para la gestión del Big Data generado por entornos IoT. La arquitectura fue diseñada utilizando los requerimientos planteados en las recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU-T) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnologías (NIST) para la implementación de ecosistemas IoT y la interoperabilidad de \textit{frameworks} de Big Data, respectivamente. De esta manera, la arquitectura es lo suficientemente genérica para adaptarse a cualquier entorno IoT. La arquitectura Big Data es capaz de recopilar datos de dispositivos IoT, \textit{gateways} IoT, plataformas IoT y espacios de datos virtuales en entornos industriales. Además, la arquitectura brinda el soporte para la generación de servicios innovadores basados en las tendencias actuales en el área de la Inteligencia Artificial. Finalmente, la arquitectura aprovecha los recientes avances en la tecnología de \textit{fog computing} y los modelos de servicios de \textit{cloud computing} para implementar sus funcionalidades. La arquitectura presentada ha sido aplicada en tres casos de uso derivados de los proyectos Europeos ACTIVAGE y PixelPort financiados por la Unión Europea. El primero de ellos tiene el objetivo de monitorizar, controlar y guiar durante el tratamiento de la apnea del sueño en adultos mayores. El segundo persigue la detección temprana de caídas en adultos mayores basado en algoritmos de Inteligencia Artificial. Y el último tiene el objetivo de explotar el Big Data compartido en el espacio de datos industriales para entornos marítimos con el fin de proporcionar información relevante para la planificación de las operaciones de los buques de contenedores.[EN] The Internet of Things (IoT) is revolutionizing the way we perceive everything around us. The large number of objects connected to the Internet reveals the degree of acceptance of IoT-enabling technologies in several domain applications. In the same way, the large volume of data generated by these objects, also known as IoT devices, is reaching unimaginable values. As a result, traditional methodologies and techniques are not capable of managing the large amount of data collected by IoT devices. This problem is known as Big Data, and it has been analyzed in the last two decades in other applications contexts (i.e., web page search engines, social networks, among others). However, the lack of clear knowledge and strategies to integrate Big Data methodologies, techniques and solutions with IoT environments is directly affecting the potential benefits of IoT. Nowadays, Big Data management is one of the challenges that IoT environments are facing. For this reason, this doctoral thesis specifies an architecture for the management of Big Data generated by IoT environments. The Big Data architecture proposed was designed using the requirements outlined in the recommendations of the International Telecommunication Union (ITU-T) and the National Institute of Standards and Technologies (NIST) for the implementation of IoT ecosystems and the interoperability of Big Data frameworks. In this way, the architecture is generic enough for adapting to any IoT environment. Big Data architecture is capable of collecting data from IoT devices, IoT gateways, IoT platforms, and the industrial virtual data spaces. Also, the architecture provides support for the generation of innovative services based on current trends in Artificial Intelligence. Finally, the architecture takes advantage of the recent advances in fog computing technology and the cloud computing model services for implementing its functionalities. The architecture presented has been applied in three use cases derived from the European ACTIVAGE and PixelPort projects funded by the European Union. The first of these uses cases aims to monitor, control, and guide during the treatment of sleep apnea in elderly. The second one pursues the early detection of the elderly's fall based on Artificial Intelligence algorithms. The last one has the objective of exploiting shared Big Data in industrial data space for maritime environments to provide relevant information for the planning of shipping container operations.[CA] La Internet de les coses (IoT, del anglès, Internet of Things) està revolucionant la manera en que percebem tot el que ens rodeja. La gran quantitat d\textquotesingle objectes connectats diàriament a Internet revela el grau de acceptació de les tecnologies facilitadores de IoT en els diferents entorns de la aplicació. De la mateixa manera, el gran volum de dades generades per aquests objectes, coneguts com dispositius IoT, està arribant a valors inimaginables. Com a resultat, les metodologies i tècniques tradicionals presenten limitacions per a la gestió de les dades recol·lectades pels dispositius IoT. Aquest problema es conegut com a Big Data i ha sigut analitzat durant les dos últimes dècades en tot tipus d\textquotesingle àmbits (buscadors de pàgines web i xarxes socials entre altres). No obstant, la falta de coneixements i estratègies clares per a integrar les metodologies, tècniques i solucions de Big Data en entorns de IoT està afectant directament als potencials beneficis de IoT. La gestió del Big Data es un dels desafius que afronten actualment els entorns de IoT. Aquesta tesis doctoral especifica una arquitectura per a la gestió del Big Data generat pels entorns IoT. L\textquotesingle arquitectura ha sigut dissenyada utilitzant els requeriments plantejats en les recomanacions de la Unió Internacional de Telecomunicacions (ITU-T) i el Institut Nacional d\textquotesingle Estàndards i Tecnologies (NIST) per a la implementació d\textquotesingle ecosistemes IoT i la interoperabilitat de frameworks de Big Data. D\textquotesingle aquesta manera, l\textquotesingle arquitectura es lo suficientment genèrica per a adaptar-se a qualsevol entorn IoT. L\textquotesingle arquitectura Big Data es capaç de recopilar dades de dispositius IoT, gateways IoT, plataformes IoT i espais de dades virtuals en entorns industrials. Així mateix, l\textquotesingle arquitectura brinda el suport per a la generació de serveis innovadors basats en les tendències actuals en l\textquotesingle àrea de la Intel·ligència Artificial. Finalment, l\textquotesingle arquitectura aprofita els recents avanços en la tecnologia de \textit{fog computing} i els models de serveis de \textit{cloud computing} per a implementar les seues funcionalitats. L\textquotesingle arquitectura presentada ha sigut aplicada a tres casos d\textquotesingle usos derivats dels projectes europeus ACTIVAGE i PixelPort finançats per la Unió Europea. El primer d\textquotesingle ells té l\textquotesingle objectiu de monitoritzar, controlar i guiar durant el tractament de la apnea del somni en adults majors. El segon persegueix la detecció primerenca de caigudes en adults majors basat en algoritmes de Intel·ligència Artificial. I l\textquotesingle Últim té l\textquotesingle objectiu de explotar el Big Data compartint en l\textquotesingle espai de dades industrials per a entorns marítims amb el fi de proporcionar informació rellevant per a la planificació de les operacions dels vaixells de contenidors.Al Estado Ecuatoriano y a la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) por haber apoyado la realización de esta tesis doctoral a través de su programa de Becas.Sarabia Jácome, DF. (2020). Arquitectura de análisis de datos generados por el internet de las cosas IoT en tiempo real [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149398TESI

Seaport Data Space for Improving Logistic Maritime Operations

[EN] The maritime industry expects several improvements to efficiently manage the operation processes by introducing Industry 4.0 enabling technologies. Seaports are the most critical point in the maritime logistics chain because of its multimodal and complex nature. Consequently, coordinated communication among any seaport stakeholders is vital to improving their operations. Currently, Electronic Data Interchange (EDI) and Port Community Systems (PCS), as primary enablers of digital seaports, have demonstrated their limitations to interchange information on time, accurately, efficiently, and securely, causing high operation costs, low resource management, and low performance. For these reasons, this contribution presents the Seaport Data Space (SDS) based on the Industrial Data Space (IDS) reference architecture model to enable a secure data sharing space and promote an intelligent transport multimodal terminal. Each seaport stakeholders implements the IDS connector to take part in the SDS and share their data. On top of SDS, a Big Data architecture is integrated to manage the massive data shared in the SDS and extract useful information to improve the decision-making. The architecture has been evaluated by enabling a port authority and a container terminal to share its data with a shipping company. As a result, several Key Performance Indicators (KPIs) have been developed by using the Big Data architecture functionalities. The KPIs have been shown in a dashboard to allow easy interpretability of results for planning vessel operations. The SDS environment may improve the communication between stakeholders by reducing the transaction costs, enhancing the quality of information, and exhibiting effectivenessThis work was supported in part by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programme through the PIXEL Port Project under Grant 769355, and in part by the Secretaria Nacional de Educacion Superior, Ciencia, Tecnologia e Innovacion (SENESCYT), EcuadorSarabia-Jácome, D.; Palau Salvador, CE.; Esteve Domingo, M.; Boronat, F. (2019). Seaport Data Space for Improving Logistic Maritime Operations. IEEE Access. 8:4372-4382. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2963283S43724382

A Smart System for Sleep Monitoring by Integrating IoT With Big Data Analytics

[EN] Obtrusive sleep apnea (OSA) is one of the most important sleep disorders because it has a direct adverse impact on the quality of life. Intellectual deterioration, decreased psychomotor performance, behavior, and personality disorders are some of the consequences of OSA. Therefore, a real-time monitoring of this disorder is a critical need in healthcare solutions. There are several systems for OSA detection. Nevertheless, despite their promising results, these systems not guiding their treatment. For these reasons, this research presents an innovative system for both to detect and support of treatment of OSA of elderly people by monitoring multiple factors such as sleep environment, sleep status, physical activities, and physiological parameters as well as the use of open data available in smart cities. Our system architecture performs two types of processing. On the one hand, a pre-processing based on rules that enables the sending of real-time notifications to responsible for the care of elderly, in the event of an emergency situation. This pre-processing is essentially based on a fog computing approach implemented in a smart device operating at the edge of the network that additionally offers advanced interoperability services: technical, syntactic, and semantic. On the other hand, a batch data processing that enables a descriptive analysis that statistically details the behavior of the data and a predictive analysis for the development of services, such as predicting the least polluted place to perform outdoor activities. This processing uses big data tools on cloud computing. The performed experiments show a 93.3% of effectivity in the air quality index prediction to guide the OSA treatment. The system's performance has been evaluated in terms of latency. The achieved results clearly demonstrate that the pre-processing of data at the edge of the network improves the efficiency of the system.This work was supported in part by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programme through the Interoperability of Heterogeneous IoT Platforms Project (INTER-IoT) under Grant 687283, in part by the Escuela Politecnica Nacional, Ecuador, and in part by the Secretaria Nacional de Educacion Superior, Ciencia, Tecnologia e Innovacion (SENESCYT), Ecuador.Yacchirema-Vargas, DC.; Sarabia-Jácome, DF.; Palau Salvador, CE.; Esteve Domingo, M. (2018). A Smart System for Sleep Monitoring by Integrating IoT With Big Data Analytics. IEEE Access. 6:35988-36001. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2849822S3598836001

Diseño y desarrollo de mecanismos de Interoperabilidad de IoT mediante una pasarela

[ES] La visión de IoT ha permitido el desarrollo de nuevas investigaciones para la mejora de prestaciones en una red de sensores. De la misma forma, la interoperabilidad de protocolos y tecnologías ha generado un reto para una integración homogénea que facilite el desarrollo de aplicaciones y servicios. El presente proyecto propone una arquitectura que permita una interoperabilidad de protocolos y tecnologías. La arquitectura está encaminada a lograr una integración adecuada con las aplicaciones y servicios. Además, la arquitectura propuesta brinda flexibilidad, escalabilidad, disponibilidad y seguridad. La arquitectura está diseñada para ser utilizada en varios escenarios sin estar limitado al número de gateways. Por ejemplo, el número de gateways virtuales que puede soportar la arquitectura lo hace ideal para redes de sensores de mediana o alta densidad, es decir puede ser ideal para escenarios como una red Smart home, red de sensores en movimiento, red de sensores para logística y distribución, o una Smart city. La arquitectura logra reducir el consumo de energía en el dominio de los sensores y es cargado al dominio de aplicaciones. El consumo de energía en el dominio de aplicaciones es más manejable utilizando las diferentes técnicas de consumo de energía para un data center. Finalmente, el proyecto está orientado a brindar sostenibilidad ambiental conforme las nuevas tendencias de Green IT.Sarabia Jácome, DF. (2016). Diseño y desarrollo de mecanismos de Interoperabilidad de IoT mediante una pasarela. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/165149TFG