The adoption of Health Information Systems (HIS) by primary care clinics and practitioners has become a standard in the healthcare industry. This increase in HIS utilization enables the informatization and automation of many paper-based clinical workflows, such as clinical referrals, through systems interoperability. The healthcare industry defines several interoperability standards and mechanisms to support the exchange of data among HIS. For example, the health authorities, Interior Health and Northern Health, created the CDX system to provide interoperability for HIS across British Columbia using SOAP Web Services and HL7 Clinical Document Architecture (CDA) interoperability standards. The CDX interoperability allows HIS such as Electronic Medical Record (EMR) systems to exchange information with other HIS, such as patients clinical records, clinical notes and laboratory testing results. In addition, to ensure the EMR systems adhere to the CDX specification, these health authorities conduct conformance testing with the EMR vendors to certify the EMR systems. However, conformance testing can only cover a subset of the systems' specifications and a few use cases. Therefore, systems properties that are not closely associated with the systems (i.e. emergent properties) are hard, or even impractical, to assure using only conformance testing. System safety is one of these properties that are particularly significant for EMR systems because it deals with patient safety. A well-known approach for improving systems safety is through hazard analysis. For scenarios where the human factor is an essential part of the system, such as EMR systems, the System-Theoretic Process Analysis (STPA) is more appropriate than traditional hazard analysis techniques. In this work, we perform a hazard analysis using STPA on the CDX conformance profile in order to evaluate and improve the safety of the CDX system interoperability. In addition, we utilize and customize a tool named FASTEN to support and facilitate the analysis. To conclude, our analysis identified a number of new safety-related constraints and improved a few other already specified constraints. / Graduate

Cette thèse porte sur la question de l’intégration de l’espace ferroviaire européen, à partir d’une approche centrée sur les relations professionnelles communautaires qui se sont développées depuis le milieu des années 1980 entre représentants des salariés, des employeurs et des institutions publiques dans ce secteur. En s’appuyant surl’analyse de documents et de bases de données publiques, sur une enquête de terrain par entretien et par observation et sur le dépouillement d’archives, elle adopte une perspective sociohistorique sur ces évolutions, qui prend pour pivot l’analyse des activités du comité de dialogue social européen « chemins de fer ». Dans une première partie, nous soulignons que les évolutions du dialogue social « chemins de fer » ne peuvent pasêtre comprises indépendamment de la dynamique du dialogue social européen interprofessionnel, qui a notamment participé à la transformation du cadre institutionnel du dialogue social sectoriel et influé sur la nature des produits et sur les thématiques abordées par les acteurs du rail. Dans une seconde partie, nous montrons cependant que les activités les plus significatives dans ce secteur s’articulent à l’enjeu de l’intégration ferroviaire européenne, qui constitue l’un des objectifs clés de la politique européenne des transports. Elles aboutissent à la fois à une mise en débat des orientations générales de cette politique et à des activités participant à la construction d’un espace ferroviaire européen plus intégré : les acteurs ont ainsi participé à l’élaboration d’une législation communautaire dans le domaine de la certification professionnelle des cheminots mobiles (« permis de conduire » européen) et ont mené plusieurs initiatives marquant l’émergence d’une négociation collective européenne. Le développement de l’interopérabilité technique et économique du système ferroviaire a donc débouché sur la construction d’une interopérabilité sociale. Les acteurs européens sont ainsi parvenus à construire le niveau communautaire du système de relations professionnelles européen qui émerge actuellement dans le rail. / This PhD thesis deals with the integration of the European railway area in a perspective of industrial relations’ analysis. Based on a field survey by interview and observation and on analysis of public documents and archives, it adopts a socio-historical perspective, centered on the activities of railway sector’s European social dialogue committee. In a first part, we underline that “railways” EU social dialogue’s evolutions have to be understood in the light of interprofessional European social dialogue’s dynamic, as it has influenced the shaping of sectoral dialogue’s institutional framework as well as the nature of products and themes addressed in the railway sector. In a second part, we show however that the most significant activities in this sector are related to integration of European railways, one of EU railway policy’s key objectives. Industrial relations’ actors have both discussed the general orientations of this policy and taken part to the process of building an integrated railway area in Europe: they have participated to shape EU legislation on mobile railway workers’ professional certification(European “driving licence”) and have managed to conduct successfully in their sector Europeancollective bargaining processes. The development of technical and economical interoperability of EUrailway system has therefore led to the building of social interoperability. EU level actors have thusmanaged to build the community level of a European industrial relation system, currently emerging in the railway sector.

Mes travaux de thèse consistent à proposer et valider une démarche de métrologie 3D in-situ multi-capteurs/multi-échelles. L'intégration de systèmes de mesure au sein du moyen de production permet d'être très réactif aux présences de défauts géométriques et ainsi directement proposer des actions correctives. Afin de limiter les arrêts de fabrication, donc la diminution de l'efficience de la machine-outil, l’interopérabilité entre la fabrication et la mesure doit être maximisée : il est important de proposer une phase de mesure rapide et assurant une qualité minimum des données acquises. Un outil de mesure par caméras (Stéréo-corrélation d'images) est proposé dans ces travaux. Basé sur la connaissance du modèle FAO de la pièce et de l’environnement de travail, cet outil de mesure permet d'obtenir une cartographie des écarts géométriques de la pièce directement dans le repère FAO. Ainsi, il est possible d'analyser directement les données de mesure dans le même repère que celui de la fabrication : les temps de traitements des données sont réduits. / Integrating inspection procedures in the machining process contributes to process optimization. The use of in-situ measurement allows a betterreactivity for corrective actions. However, to be highly efficient, Machining and Inspection Process Planning must reach a high level of integration. It is hereessential to focus on the compromise measurement time vs precision: the time dedicated to inspection must be limited, but not to the detriment ofmeasurement quality. A measurement process for in-situ machining defect detection is proposed based on a stereo-DIC.

The aim of the study was to develop a platform to monitor and evaluate care homes using heterogeneous data sources for a French startup company. The study found that there was no current system to supervise healthcare resources in these facilities with live data. To address this, a digital platform was proposed that would integrate information from various sources, including IoT devices, existing software systems and digital documents. The proposed platform, which would be built from scratch, includes a data collection and processing system, and a blockchain to store the processed data. The platform would also include a dashboard with features, Key Performance Indicators (KPIs), and graphs for stakeholders to access.   The research would focus on the first two objectives of the proposed platform, which are design a platform for real time access to heterogeneous data sources and generate derivative dataset (generate transformed data set from the primary raw data set) with access but not visibility of the accessible zero knowledge heterogeneous data in secured way. Zero knowledge refers to fetching data from primary data sources and present it to users of in another format which can be understand easily, while hiding actual data and transforming mechanism (Goldreich, 2004). The proposed solution should be versatile and extensible to incorporate additional data sources and generate derivative datasets in a scalable manner. The study concludes that utilizing the Design Science Research Methodology (DSRM) to investigate and identify an ideal solution to the research topics is both challenging and stimulating. Additionally, the findings can be applied by other researchers working in related fields.   In summary, the proposed solution involves the development of a digital platform based on information system theories and technologies that will enrich the area of Information Systems for similar problems. The thesis will evaluate existing research on these theories and technologies and recommend the best solution by integrating the most suitable set of theories and technologies for the given problem. This will provide a practical solution for the immediate needs of the startup company and contribute to future research on similar problems.

Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens.

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Building Information Modelling (BIM) and Life Cycle Assessment (LCA) are at the core of construction projects. LCA is one of the key elements of sustainability in the construction projects and an improved LCA process can be achieved through the adoption of BIM. Exploring the characteristics of a BIM-based LCA process from the different perspectives of interoperability and identifying the effects of adopting regionally different EPD databases are significant.  The LCA add-in tools, One Click LCA and Tally, have been selected to identify the differences in the LCA results caused by adopting regionally different Environmental Product Declaration (EPD) databases. To observe the differences in the LCA results, the LCA processes were run through the LCA add-in tools. The input data, the system boundaries and the LCA scope were kept the same for the LCA processes. The LCA results were produced through the integrated LCA add-in tools. The GWP values in manufacturing module, produced by One Click LCA, were embedded into the Solibri model of Akademiska Sjukhuset project. Value level of interoperability in the BIM-based LCA processes was detected and analyzed according to the interaction types that were obtained between the LCA add-in tools and the BIM software. Obstacles in increasing the value level of interoperability to a higher level in today’s BIM-based LCA processes were also focused. Furthermore, the benefits and drawbacks of the BIM-based LCA processes were identified. At last, the differences between BIM-based LCA and traditional LCA process were identified along with future possibilities. It was observed that adopting regionally different EPD databases has significant effects on the LCA results. The semantic detail level of the BIM model and the data extraction quality came to the forefront in identifying the benefits and drawbacks. The interaction types in the studied BIM-based LCA processes were identified as “Collaboration” interaction type. Accordingly, the value level of interoperability in both BIM-based LCA processes was obtained as the high level of value innovation along with efficiency and differentiation. Moreover, the convenience of use, time and resource efficiency and improved accuracy obtained through the BIM-based LCA processes were concluded as some of the major differences from the traditional LCA processes. / BIM (Building Information Modelling) och LCA (Life Cycle Assessment) ligger i kärnan av byggprojekt. LCA är ett nyckelverktyg för hållbarhetsarbete i byggbranschen och en förbättrad LCA-process kan uppnås i och med att tillämpa BIM-verktyg. BIM bjuder på många nyttor däremot detta arbete fokuserar på nyttan som BIM kan ge till LCA-processen. Därmed är forskning på grunden till Bim-baserad LCA-process och datas integrations- och konverteringsförmågan ytterst viktiga för detta arbete. LCA-verktyg One Click LCA och Tally och dess tillägg till CAD-mjukvaror har utvalts för att jämföra resultat vars indata är baserat på olika EPD-databaser (Environmental Product Declaration). För att iaktta skillnader i LCA-resultat, har LCA-processen gjorts med dessa LCA-verkytg. Indata, systemgränser och LCA-definitionsområde var samma för båda LCA-processer. LCA-resultat producerat av båda LCA-verktyg har jämförts utifrån klimatavtrycksperspektiv (Global Warming Potential) för materialframtagandesskede. One Click LCAs GWP-värden har importerats i en Solibri-modell för projektet. Slutligen har LCA-resultat av en Bim-baserad process jämförts med resultat av en klassisk LCA process. Påverkan av geografiskt anpassade EPD-databaser är avgörande för LCA-resultat. Materialframtagandesskede har störst miljöpåverkan i förhållande till andra livsskede. Semantisk detaljnivå av Solibri-modellen är avgörande för identifiering av för- och nackdelar av datas integrations- och konverteringsförmågan. Datainteraktionstyper studerade i BIM-baserade LCA-processer klassas som kollaborativ interaktionstyp. Integrations- och konverteringsförmåga av både BIM-baserade LCA-processer utvärderades på en hög nivå gällande förbättrade resultat, effektivitet och resultatkännslighet. Utöver dessa har BIM-baserade LCA-processer en förbättrad användbarhet och är mer tid- och resurseffektiva, vilka är huvudskillnader från en LCA-process utfört på klassiskt sätt.

The media industry has during the last decade migrated services from dedicated medianetworks to more shared resources and lately also the public internet and public data centers. Inorder to cater for such transition, several protocols have been designed to meet the demand forhigh-quality media transport over lossy infrastructure, protocols such as SRT and RIST. Thepurpose of Reliable Internet Stream Transport (RIST) and Secure Reliable Transport (SRT) is tohave all vendors of broadcasting equipment support an interoperable way of communication. Thelack of interoperability locks consumers into one particular vendor’s family of products - most oftenthis equipment only supports a proprietary technology. Interoperability creates a more competitivemarket space which benefits consumers and gives vendors an incentive to be more innovative intheir solutions. The purpose of this thesis is to assess the performance of these protocols by comparing theirperformance to a proprietary solution (named ÖÖÖ in this thesis and seen as an establishedsolution in the industry). The challenge is to test these protocols in a lab environment, but have theresults represent real-world use. For this, a large subset of samples is needed along with samplesmeasured over a long period. This sampling was made possible by writing a script which automatesthe sampling process. The results indicate that the versions of RIST and SRT tested in this thesis to some extentcompare well to the selected established protocol (ÖÖÖ). In many scenarios, SRT even did muchbetter, mainly when a line with a single feed was tested. For instance, when the network suffered a2% drop rate and utilized retransmission SRT performed the best and was the only protocol whichhad some samples where no packets were dropped during one hour of measurements. Whenrunning all three protocols at the same time, SRT also did the best in a network with up to 12% droprate. The results in this thesis should give a broadcaster an idea of which of these protocols willfulfill their requirements in a broadcast application. / I mediabranschen finns det en efterfrågan på utrustning som har inslag av interoperabilitet.Anledningen till detta är att någon som köper produkter från en viss återförsäljare inte vill låsas in idenna återförsäljares ”ekosystem” i flera år framöver. Då en studio sällan uppgraderar hela sinproduktionskedja på samma gång ger interoperabilitet möjligheten att köpa utrustning från andraåterförsäljare när man ska uppgradera något i produktionslinan. Detta leder till en merkonkurrenskraftig marknad samt ger incentiv till nya innovativa lösningar. Detta examensarbete går ut på att utvärdera lösningar som tagits fram för att främjainteroperabilitet och jämföra dem med en existerande proprietärlösning. Reliable Internet StreamTransport (RIST) och Secure Reliable Transport (SRT) är två protokoll som tagits fram för just dettasyfte. Utmaningen med att utvärdera dessa protokoll är att i en labbmiljö få resultat som reflekteraranvändandet av protokollen i verkligheten. Detta har gjorts med hjälp av ett program som tagitsfram i detta examensarbete. Med detta program har testandet kunnat automatiseras. Resultaten i detta examensarbete visar potential hos båda RIST och SRT. SRT är i vissascenarion till och med bättre än den proprietära lösningen. Protokollen visar något buggigtbeteende i vissa instanser, såsom att i vissa fal sluta fungera och inte kunna återgå till normalfunktion utan manuell interaktion. Allt som allt är dock protokollen i de flesta fallen testade i dettaexamensarbete ett godtyckligt alternativ till den jämförda proprietära lösningen.

The current technological environment is evolving increasingly fast, and the development of new devices, technologies, and architectures has opened an emergent era where the digital and physical world work together. The implementation and use of systems based on a service-oriented architecture (SOA) in conjunction with the Internet of Things (IoT) and cyberphysical systems (CPS) have been extended during the last decades in numerous scenarios in industry and other domains. However, some of the major barriers to this approach are the lack of interoperability and the amount of engineering effort required for their integration.   The research presented in this thesis targets issues related to digitalization and automation. It is framed by the Industry 4.0 paradigm, which promotes the rise of efficiency and sustainability on industrial production. The interoperability between heterogeneous systems and different domains is one of the main challenges of Industry 4.0. The quest for solutions that help to increase interoperability is an important part of this research.   This thesis proposes a set of architectural design principles and tools in order to reduce engineering effort by means of finding solutions that enable autonomous integration and increase interoperability without human intervention. The research is focused on the IoT field, taking into account resource-constrained devices, system of systems integration, and data models.   A detailed investigation of various interoperability mismatch problems is presented in this thesis. The proposed solution is an adapter system that can aid in the generation of new service consumer interfaces at both compile-time and run-time. The proposed approach requires a new point of view in the service description field that can provide a holistic description of the information required for the generation of consumer interfaces. In addition, aspects related to interoperability, such as the multiple IoT frameworks in the current market, naming conventions, syntactic modeling and translation, and security, are also partially analyzed.   On a separate track, service composition in resource-constrained devices  is analyzed in terms of latency, using the orchestration provided by the Arrowhead Framework.

Cognitive radio (CR) technology introduces a revolutionary wireless communication mechanism in terminals and network segments, so that they are able to learn their environment and adapt intelligently to the most appropriate way of providing the service for the user's exact need. By supporting multi-band, mode-mode cognitive applications, the cognitive radio addresses an interactive way of managing the spectrum that harmonizes technology, market and regulation. This dissertation gives a complete story of building a cognitive radio. It goes through concept clarification, architecture definition, functional block building, system integration, and finally to the implementation of a fully-functional cognitive radio node prototype that can be directly packaged for application use. This dissertation starts with a comprehensive review of CR research from its origin to today. Several fundamental research issues are then addressed to let the reader know what makes CR a challenging and interesting research area. Then the CR system solution is introduced with the details of its hierarchical functional architecture called the Egg Model, modular software system called the cognitive engine, and the kernel machine learning mechanism called the cognition cycle. Next, this dissertation discusses the design of specific functional building blocks which incorporate environment awareness, solution making, and adaptation. These building blocks are designed to focus on the radio domain that mainly concerns the radio environment and the radio platform. Awareness of the radio environment is achieved by extracting the key environmental features and applying statistical pattern recognition methods including artificial neural networks and k-nearest neighbor clustering. Solutions for the radio behavior are made according to the recognized environment and the previous knowledge through case based reasoning, and further adapted or optimized through genetic algorithm solution search. New experiences are gained through the practice of the new solution, and thus the CR's knowledge evolves for future use; therefore, the CR's performance continues improving with this reinforcement learning approach. To deploy the solved solution in terms of the radio's parameters, a platform independent radio interface is designed. With this general radio interface, the algorithms in the cognitive engine software system can be applied to various radio hardware platforms. To support and verify designed cognitive algorithms and cognitive functionalities, a complete reconfigurable SDR platform, called the CWT2 waveform framework, is designed in this dissertation. In this waveform framework, a hierarchical configuration and control system is constructed to support flexible, real-time waveform reconfigurability. Integrating all the building blocks described above allows a complete CR node system. Based on this general CR node structure, a fully-functional Public Safety Cognitive Radio (PSCR) node is prototyped to provide the universal interoperability for public safety communications. Although the complete PSCR node software system has been packaged to an official release including installation guide and user/developer manuals, the process of building a cognitive radio from concept to a functional prototype is not the end of the CR research; on-going and future research issues are addressed in the last chapter of the dissertation. / Ph. D.