Shared self-configuring models and software infrastructures for Smart City monitoring and control.
Modèles partagés et infrastructures ouverte pour l'internet des objets de la ville Intelligente
Résumé
Nowadays cities face several challenges and are concerned by ecological, energetic, economical, and demographical aspects. Smart cities, equipped with sensors, actuators, and digital infrastructures, are meant to tackle these issues.Current smart cities are operated by several actors without sharing sensor data or accesses to the actuators. This is a vertical organization, in which each actor deploys its own sensors and actuators, and manages its own digital infrastructure. Each actor may be interested in a different aspect of city management, for instance traffic management, air control, etc. The current trend is a transition towards a more horizontal organization, based on an open and shared mediation platform. In such a platform, sensor data and accesses to actuators can be shared among several actors. The costs related to nfrastructure deployment and management are therefore reduced for each individual actor. This PhD is a contribution to this volution towards horizontal organizations, with open and shared platforms. We propose: (1) an abstraction layer for the ontrol and supervision of the city; (2) a concurrency management mechanism; (3) a coordination mechanism that helps haring actuators; (4) a proof-of-concept implementation of these contributions. The abstraction layer we propose helps users control and supervise a city. It is based upon formal models inspired by the ones used in the programming of reactive systems. They represent the physical elements present in each smart city, with genericity principles. In order to ease application development, the interface of those models is made uniform. Since applications, especially control ones, may ave real-time constraints, we also list the constraints this poses on distributed infrastructures. As soon as actuators are shared, conflicts may occur between users. Our proposals include a concurrency management mechanism, based on eservation principles. We also provide a coordination mechanism for the users to be able to perform several actions in an tomic way.All these principles have been implemented as a proof of concept. We review several use cases, to demonstrate he potential benefits of our proposals.
Les villes contemporaines font face à de nombreux enjeux : énergétiques,écologiques, démographiques ou encore économiques. Pour y répondre, des moyens technologiques sont mis en place dans les villes via l’utilisation de capteurs et d’actionneurs. Ces villes sont dites intelligentes.Actuellement, les villes intelligentes sont opérés des acteurs qui ne partagent ni leurs données de capteurs ni l’accès à leurs actionneurs.Cette situation est dite verticale : chaque opérateur déploie ses propres capteurs et actionneurs et possède sa propre infrastructure informatique hébergeant ses applications. Cela conduit à une redondance de l’infrastructure et à des applications ad-hoc pour superviser et contrôler un domaine de la ville.Une tendance est d’aller vers une situation dite horizontale via l’utilisation d’une plateforme de médiation ouverte et partagée. Les données de capteurs et les accès aux actionneurs sont mutualisés au sein de ce type de plateforme, permettant leur partage entre les différents acteurs. Les coûts d’infrastructure et de développement s’en trouvent alors réduits.Cette thèse s’inscrit dans ce contexte d’horizontalisation, au sein d’une plate- forme ouverte et partagée, dans laquelle nous proposons :1) une couche d’abstraction pour le contrôle et la supervision de la ville, 2) un mécanisme de contrôle de concurrence gérant les cas de conflits, 3) un mécanisme de coordination favorisant la réutilisation des actionneurs, 4) une implémentation de notre travail par une preuve de concept.L’abstraction que nous proposons se base sur des modèles issus des systèmes réactifs. Ils ont pour objectif d’être générique et représente l’invariant de la ville intelligente : les éléments physiques. Ils permettent aux applications de contrôler et superviser la ville.Pour faciliter le développement d’applications nous uniformisons l’interface de nos modèles. Ces applications pouvant avoir des contraintes temps réel, particulièrement celles qui ont des objectifs de contrôle, nous proposons de tirer parti de l’architecture distribuée de ce type de plateforme.Compte-tenu du partage des actionneurs, nous avons identifié que des conflits peuvent survenir entre les applications. Nous proposons un mécanisme de contrôle de concurrence pour traiter ces cas de conflits.Nous avons également identifié qu’un mécanisme de coordination doit être offert aux applications souhaitant effectuer atomiquement des opérations de contrôle. Un tel mécanisme favorise la réutilisation des actionneurs présents dans la ville.Enfin, nous avons implémenté nos propositions autour d’une preuve de concept, comprenant plusieurs cas d’usages, permettant de démontrer notre travail.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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