With the upcoming 5G networks and expected growth of the Internet of Things (IoT), the demand for fast and reliable encryption algorithms will increase. As many systems might be time critical and run on internal power sources, the algorithms must be small, fast, energy efficient and have low latency. A new stream cipher called Espresso has been proposed to answer these demands, optimizing for several parameters unlike other stream ciphers such as Trivium and Grain. Espresso has previously been compared to the industry standard, Advanced Encryption Standard (AES), in a FPGA implementation and has shown promising results in terms of power usage but further testing needs to be done to gain knowledge about the ciphers characteristics. The purpose of this thesis is to implement and evaluate Espresso in 65nm CMOS technology and compare it to AES. Espresso is implemented in VHDL in several configurations, optimizing for size and latency. The implementations are then compared to AES is in terms of area, throughput, energy efficiency and latency through simulation. This is done using the UMC 65nm CMOS library and Synopsys Design Vision. It is found that Espresso, implemented with 1 bit sequential loading of the key and IV, is 18.2x smaller, 3.2x faster, uses 9.4x less power and has 1.5x less latency than AES. When implemented with full parallel loading, Espresso still is 13.6x smaller, 3.2x faster, draws 7.1x less power while also having 3.2x lower latency than AES. Espressos energy efficiency can further be improved by applying low- power techniques although some techniques, like clock gating and power gating, have limited applicability due to of the nature of stream ciphers. / Med de kommande 5G nätverken och den förväntade tillväxten av Internet of Things (IoT) kommer efterfrågan på snabba och pålitliga krypteringsalgoritmer att öka. Eftersom många system kan vara tidskritiska och drivas av interna kraftkällor måste algoritmerna vara små, snabba, energieffektiva och ha låg latens. Ett nytt strömchiffer vid namn Espresso har föreslagits som ett svar på dessa krav och har optimiserats för flera parametrar till skillnad från andra strömchiffer såsom Trivium och Grain. Espresso har tidigare jämförts med branschstandarden, Advanced Encryption Standard (AES), i en FPGA implementation och visat lovande resultat för strömförbrukning men ytterligare tester måste utföras för att få kunskap om algoritmens egenskaper. Syftet med detta examensarbete är att implementera och utvärdera Espresso i 65nm CMOS teknologi och jämföra den med AES. Espresso implementeras i flera konfigurationer i VHDL som optimiserar för storlek och latens. Implementationerna jämförs sedan med AES i area, genomströmning, energieffektivitet och latens genom simulering. Detta görs med hjälp av UMC 65nm CMOS biblioteket och Synopsys Design Vision. Resultaten visar att Espresso implementerad med sekventiell laddning av nyckel och IV är 18.2x mindre, 3.2x snabbare, använder 9.4x mindre ström och har 1.5x mindre latens än AES. När Espresso implementeras med full parallel laddning är den fortfarande 13.6x mindre, 3.2x snabbare, drar 7.1x mindre ström men har samtidigt 3.2x lägre latens än AES. Espresso’s energieffektivitet kan förbättras ytterligare genom att applicera strömsparande tekniker, även om vissa tekniker såsom clock gating och power gating har begränsad användbarhet på grund av strömchiffers natur.

The smart society, including smart infrastructures is developing quickly. The smart monitoring of the water distribution systems is a significant part of this development, trying to address possible problems in the Water Distribution Networks (WDNs) such as water leakages, pressure instability and water contamination. By sampling and sensing important parameters in the water distribution infrastructure and sending these data to control systems through a low power wide area network (LPWAN), a Cyber Physical System (CPS) of a digitalized WDN can be built. This thesis provides support for the design of such a CPS, by the design of a simulation framework, which includes coordinated WDN and communication network simulators. First, we make a selection on the communication network simulators and protocol stacks. Network simulator 3 (NS-3) is chosen as the simulation tool and Long Range (LoRa)/long range wide-area network (LoRaWAN) is chosen as the network protocol. The EPANET software is used as WDN simulator. Then, the existing implementation of the LoRaWAN protocol stack in NS-3 is modified, to allow the network simulator run parallel to the WDN simulator, and to transmit WDN sampling data to a control center. Finally, the effect of the communication network properties on the performance of the WDN monitoring system is evaluated, and it is shown that the communication delays can affect the monitoring performance even in small systems. The thesis provides the first steps of the development of a simulation environment of the cyber physical system of digitalized water distribution networks, and is expected to support further research in the area. / Det smarta samhället, inklusive smarta infrastrukturer, utvecklas snabbt. Den smarta övervakningen av vattendistributionssystemen är en betydande del av denna utveckling, som försöker lösa eventuella problem i vattendistributionsnäten (WDN) såsom vattenläckage, tryckinstabilitet och vattenförorening. Genom att ta prov och känna av viktiga parametrar i vattendistributionsinfrastrukturen och genom att skicka dessa data till ett kontrollsystem via ett LPWAN, kan ett CPS av ett digitaliserat WDN byggas. Detta examensarbete ger stöd för designen av en sådan CPS, genom utformningen av ett simuleringsramverk, som inkluderar koordinerade simulatorer för WDN och kommunikationsnätverk. Först gör vi ett urval på simulatorer för protokollstackar och kommunikationsnätverk. NS-3 väljs som simuleringsverktyg och LoRa/LoRaWAN väljs som nätverksprotokoll. EPANET-mjukvaran används som WDN-simulator. Sedan modifieras den befintliga implementeringen av LoRaWAN-protokollstacken i NS-3, för att tillåta nätverkssimulatorn att köras parallellt med WDN-simulatorn och för att överföra WDN-samplingsdata till ett kontrollcenter. Slutligen utvärderas effekten av kommunikationsnätverkets egenskaper på prestandan hos WDN-övervakningssystemet, och det visas att förseningarna i kommunikationsnätet kan påverka övervakningsprestandan även i små system. Avhandlingen ger de första stegen i utvecklingen av en simuleringsmiljö av det cyberfysiska systemet för digitaliserade vattendistributionsnät, och förväntas stödja ytterligare forskning inom området.

Computing technology has been getting more reliable and cheaper every year for the past several decades. Consequently, IoT devices have now become a part of medical technology. One example of this is a new open-source technology that has emerged for type-1 diabetes patients, which regulates the patients’ blood glucose levels. One component of this open-source system is AndroidAPS, a mobile application that manages and controls the system by communicating with the two other components: a blood glucose sensor and an insulin pump. Another component is Nightscout, a web application for monitoring T1D patients. Together they form the APS ecosystem that automatically i) reads blood glucose values, ii) syncs the data with Nightscout, iii) stores patient information into Nightscout database, iv) calculates optimal treatment plan, and v) regulates pump for the ideal insulin intake. The whole system bears several critical assets to guarantee patient health. In this thesis, the security of a representative APS ecosystem is studied. We found 5 critical vulnerabilities in the ecosystem: 1) an XSS vulnerability in the web application due to ineffective input sanitization which lead to stealing administrator password from browser cache, 2) highly sensitive patient data is open to public by default, 3) the web application login mechanism, where all system data is managed, is weak against password guessing attacks together with 4) insecure GET requests used for authentication, and lastly 5) any type of database hijack does not trigger any alarms for Nightscout. Successful attacks result in malicious values synchronized from Nightscout to tamper correct insulin delivery calculations. Possible attack scenarios, devised from existing vulnerabilities in this work, show how an attacker can physically harm their victims through their internet-connected insulin pump. / Datorteknik har blivit mer pålitlig och billigare varje år under de senaste decennierna. Följaktligen har IoT-enheter nu blivit en del av medicinsk teknik. Ett exempel på detta är en ny öppen källkodsteknik som har utvecklats för typ 1- diabetespatienter, som reglerar patienternas blodsockernivåer. En komponent i detta öppen källkodssystem är AndroidAPS, en mobilapplikation som hanterar och kontrollerar systemet genom att kommunicera med de två andra komponenterna: en blodsockersensor och en insulinpump. En annan komponent är Nightscout, en webbapplikation för övervakning av T1D-patienter. Tillsammans bildar de APSekosystemet som automatiskt i) läser blodsockervärden, ii) synkroniserar data med Nightscout, iii) lagrar patientinformation i Nightscout-databasen, iv) beräknar optimal behandlingsplan och v) reglerar pumpen för perfekt insulinintag. Hela systemet har flera kritiska tillgångar för att garantera patientens hälsa. I denna avhandling studeras säkerheten för ett representativt APS-ekosystem. Vi hittade 5 kritiska sårbarheter i ekosystemet: 1) en XSS-sårbarhet i webbapplikationen på grund av ineffektiv sanering av ingångar som leder till att stjäla administratörslösenord från webbläsarens cache, 2) mycket känsliga patientdata är öppna för allmänheten som standard, 3) webben applikationsinloggningsmekanism, där all systemdata hanteras, är svag mot gissningar av lösenord tillsammans med 4) osäkra GET-förfrågningar som används för autentisering, och slutligen 5) någon typ av databaskapning utlöser inga larm för Nightscout. Framgångsrika attacker resulterar i skadliga värden som synkroniseras från Nightscout för att manipulera korrekta insulinleveransberäkningar. Möjliga attackscenarier, utformade utifrån befintliga sårbarheter i detta arbete, visar hur en angripare fysiskt kan skada sina offer genom sin internetanslutna insulinpump.

With the development of intelligent services and applications enabled by Artificial Intelligence (AI), the Internet of Things (IoT) is infiltrating many aspects of our everyday lives. The usability of phones and tablets is largely increasing as the primary computing device, since the powerful sensors allow these devices to have access to an unprecedented amount of data. However, there are risks and responsibilities to collect the data in a centralized location due to privacy issues. To overcome this challenge, Federated Learning (FL) allows users to collectively taking the benefits of shared models trained from this big data, without the need to centrally store it. In this research, we present and evaluate the implementation of federated learning on Raspberry Pi boards using the FedAvg method. In addition, the compression method such as quantization and sparsification was applied to the baseline implementation to improve communication efficiency. We accomplished the implementation by comparing the baseline implementation and the compressed Federated-Averaging (FedAvg) on Raspberry Pi boards in order to achieve the smallest cost and higher accuracy to fit IoT environment. / Med utvecklingen av intelligenta tjänster och applikationer möjliggjord av AI infiltrerar IoT många aspekter av vår vardag. Användbarheten för telefoner och surfplattor ökar till stor del som den primära datorenheten, eftersom de kraftfulla sensorerna tillåter dessa enheter att få tillgång till en oöverträffad mängd data. Det finns dock risker och ansvar för att lagra data på en central plats på grund av integritetsfrågor. För att övervinna denna utmaning tillåter Federated Learning (FL) användare att kollektivt ta fördelarna av delade modeller utbildade från denna stora data utan att behöva lagra den centralt. I denna forskning presenterar och utvärderar vi implementeringen av federerat lärande på Raspberry Pi-kort med FedAVG-metoden. Dessutom hade komprimeringsmetoden som kvantisering och versifiering tillämpats på basimplementeringen för att förbättra kommunikationseffektiviteten. Vi slutför implementeringen genom att jämföra baslinjeimplementeringen och den komprimerade FedAVG på Raspberry-Pi-kort för att uppnå lägsta kostnad och högre noggrannhet för att passa IoT-miljö

This article analyses the impact of the IOTA distributed ledger technology (DLT) on smart cities. The world population is rapidly increasing while at the same time trends such as urbanization shape future demographics. Thus, fast-growing cities face the challenge of increasing demands in resources such as energy, water, transportation, while at the same time aiming to increase life quality by reducing burdens such as pollution and waste. The concept of a “Smart City” emerged with the ambition to solve a city’s issues by creating social and economic advantages while providing efficient resource allocation processes. Nevertheless, current information communication technologies tend to underperform a smartcities systems requirement since the quantity of connected devices increases which slows down the transition of a city becoming smart. The distributed ledger technology IOTA promises to enable automated, feeless transactions and processes with a high level of integrity, which may impact the development of smart cities. In this research the IOTA technology is introduced and investigated. The advantages of IOTA compared to conventional information communication technologies and the blockchain technology are highlighted. Thereafter, the current state of IOTA in smart cities is reviewed by analysing current research and use cases. To investigate the concept of a smart city the smart city initiative framework, including its subcategories is introduced. Additionally, different experts working on IOTA integrations related to smart city initiatives were interviewed giving insights into their field ofexpertise. Finally, an analysis and discussion of the IOTA technology use cases are put into relation with the multi-level perspective framework (Geels, 2006) highlighting the positive impact of IOTA on the development of smart cities. / I den här artikeln analyseras effekterna av IOTA:s teknik för distribuerade huvudböcker (DLT) på smarta städer. Världens befolkning ökar snabbt samtidigt som trender som urbanisering formar framtidens demografi. Snabbt växande städer står därför inför utmaningen att öka kraven på resurser som energi, vatten och transporter, samtidigt som de strävar efter att öka livskvaliteten genom att minska belastningar som föroreningar och avfall. Begreppet smart stad uppstod med ambitionen att lösa stadensproblem genom att skapa sociala och ekonomiska fördelar och samtidigt tillhandahålla effektiva processer för resursfördelning. Den nuvarande informations- och kommunikationstekniken tenderar dock att inte uppfylla kraven på system för smarta städer, eftersom mängden anslutna enheter ökar, vilket gör att övergången till en smart stad blir långsammare. Den distribuerade huvudbokstekniken IOTA lovar att möjliggöra automatiserade, felfria transaktioner och processer med en hög grad av integritet, vilket kan påverka utvecklingen av smarta städer. I den här forskningen introduceras och undersöks IOTA-tekniken. Fördelarna med IOTA jämfört med konventionell informationskommunikationsteknik och blockkedjetekniken lyfts fram. Därefter granskas det nuvarande läget för IOTA i smarta städer genom att analysera aktuell forskning och användningsfall. För att undersöka begreppet smart stad introduceras ramverket för initiativet för smarta städer, inklusive dess underkategorier. Dessutom intervjuades olika experter som arbetar med IOTA-integrationer isamband med initiativ för smarta städer för att ge en inblick i deras expertisområde. Slutligen analyseras och diskuteras IOTA-teknikens användningsområden i förhållande till ramverket för flernivåperspektivet (Geels, 2006), där IOTA:s positiva inverkan på utvecklingen av smarta städer lyfts fram.

Digitala tvillingar har på de senaste åren blivit ett väldigt aktuellt och omtalat begrepp. I det här examensarbetet undersöks det om termen enbart är en hype eller om det faktiskt är verktyget för att utveckla olika branscher till något bättre. Projektet fokuserar främst på produktions- och utvecklingsindustrin, men även inom exempelvis stadsplanering och motorsport förklaras det vad digitala tvillingar används till. En viktig del i projektet är även Industri 4.0 och Sakernas Internet. Syftet (och resultatet) för det utförda examensarbetet är att ta reda på vad företag anser gynnsamt, såväl som missgynnsamt med digitala tvillingar, samt fastställa vilka barriärer det finns hos ett företag för att börja använda sig av digitala tvillingar. Syftet är även att utforska hur digitala tvillingar införs i ett företags produktutvecklingsprocess, samt vilken roll en fysisk provning får hos ett företag som introducerar digitala tvillingar. I projektets syfte ingår också att ta reda på mer om digitala tvillingar ur ett utvecklingsperspektiv, för att utreda hur kapaciteten förefaller hos en produkt som är testad och utvecklad i kombination med digital och verklig miljö. Vad finns det för data att utläsa, och i vilka fall finns det potential för en digital tvilling? För att nå önskade resultat med projektet har en tablettmaskin skapats i CAD. Med hjälp av den tredimensionella modellen visas det hur en digital tvilling kan användas för produktionsanläggningar (specifikt process- och tillverkningsindustri) genom att montera sensorer på den tredimensionella modellen, som även ska monteras identiskt på en fysisk motsvarighet. Under projektets genomförande undersöks även Gartners hypekurva och därmed vad som är hype och inte hype. I slutet av rapporten diskuteras bland annat vad som är möjligt att simulera med digitala tvillingar och vad som inte är det. Slutsatsen gällande om en digital tvilling är en hype eller inte, resulterar i att digitala tvillingar är ett verktyg som blir vad det skapas till. Anses en digital tvilling vara en hype, ja då kanske det egentligen är själva förväntningarna som är överskattade, och inte den digitala tvillingen i sig. / Digital twins have in recent years become a very current and discussed concept. This thesis examines whether the term is merely a hype or whether it is the tool for developing different industries for something better. The project focuses mainly on the manufacturing and development industry, but also what digital twins are used for in e.g. urban planning and motorsport. An important part of the project is also Industry 4.0 and the Internet of Things (IoT). The purpose (and result) of this Bachelor thesis is to find out what companies consider favourable, as well as unfavourable with digital twins, and to determine what barriers a company encounters to start using digital twins. The purpose is also to explore how digital twins are introduced into a company's product development process, as well as which role a physical test at a company that introduces digital twins has. The purpose of the project also includes finding out more about digital twins from a development perspective, to investigate how the capacity of a product tested and developed in combination with digital and real environment appears. What kind of data is there to read, and in what cases is there a potential for a digital twin? To achieve the desired results, a tablet machine has been created in CAD. The threedimensional model shows how a digital twin can be used for production facilities (specific process- and manufacturing industry) by mounting sensors on the three-dimensional model, which should also be mounted equally on a physical counterpart. During the project's implementation, Gartner's hype curve is also examined and thus what is hype and not hype. At the end of the report there is a discussion including e.g. what is possible to simulate with digital twins and what is not. The conclusion regarding whether a digital twin is a hype or not, results in digital twins being a tool that becomes what it is created for. Is a digital twin considered a hype, well then maybe it is actually the expectations that are overestimated, and not the digital twin itself.

Under de senaste åren har digitaliseringen av fysiska produkter ökat, och allt fler företag har därmed börjat implementera digitala komponenter i sina produkter. Att implementera mjukvara i en analog produkt innebär nya utmaningar för produktutvecklingsteam som tidigare arbetat med att ta fram analoga produkter. Många företag har i och med digitaliseringen valt att anpassa sina produktutvecklingsmetoder med målet att integrera de digitala och analoga produktutvecklingsprocesserna med varandra. Syftet med studien är att undersöka hur produktutvecklingsprocesserna ser ut idag på produktutvecklande företag som har genomgått en digitalisering. De aspekter som har tagits extra hänsyn till är projekttid, produktutvecklingsmetod, företagets organisering och struktur samt insamling och implementering av användardata i produktutvecklingsprocessen. Företag som utvecklar uppkopplade produkter för hemmet är exempel på företag som just nu genomgår en digitalisering av tidigare analoga produkter, därför har företag med detta spår valts som inriktning vid denna studie. Studien har utförts genom en inledande litteraturstudie följt av kvalitativa intervjuer med fyra responderande företag, som samtliga utvecklar uppkopplade hemprodukter vilka innehåller IoT-teknologi. Studien visar att företagen strävar mot ett agilt arbetssätt, men att det finns svårigheter med att integrera hårdvaru- och mjukvaruutveckling i produktutvecklingsprocesserna. Trots detta upplevs utvecklingstiden i projekt som oförändrad jämfört med innan digitaliseringen. Det framkommer även att tvärfunktionalitet hos utvecklingsteamen är en fördel i samspelet mellan de digitala och analoga delarna av produktutvecklingen. Studien visade slutligen att kunddata som samlas in via digitaliserade produkter används av företag som ett verktyg för att effektivisera produktutvecklingen. / In recent years digitalization of physical products has increased, and many companies has therefore started to implement digital components in their products. To add software to an analog product creates new challenges for the product development teams, which up until then mainly have been developing analog products. Many companies have, as a result of the digitalization, chosen to adapt their product development methods to manage the integration between digital and analog development processes. The purpose of this study is to investigate what the product developing process looks like today in companies that have digitalized their products. The aspects that are specifically considered are; project duration, product development method, organizational structure of the company, and implementation of big data in the product development process. Companies that develop products for home use is one example of companies that are going through a digitalization process of their previously analog products, which is why this branch of companies is targeted in this study. The study was conducted through an initial literature study, followed by interviews with four responding companies, who all develop connected home products containing IoT-technology. The study shows that the companies aim for a more agile work procedure, but that there are problems with integrating hardware and software development in product development processes. Nonetheless, the time duration of the projects does not appear to have changed significantly in comparison to pre-digitalization. It is also revealed that cross-functional teams are an advantage within the collaboration between the digital and analog parts in the development process. The study finally shows that big data, collected through digitalized products, is used by the companies as a tool for increasing the effectiveness of the product development.

Earthquakes pose a significant threat as one of the most destructive natural disasters globally. Despite ongoing efforts to predict earthquakes, the success of such research remains a challenge, necessitating interdisciplinary research and collaboration. The EU-funded Project artEmis seeks to address this challenge in earthquake-prone regions of Europe by establishing a multi-sensor Internet of Things (IoT) network to monitor radon gas concentration in groundwater near fault lines. This thesis focuses on supporting the project by developing the software interface for the transmission of data from a gateway controller to the cloud interface, addressing key functionalities. The goal is to establish two-way communication between the gateway controller and the cloud using the MQTT-SN protocol. Additionally, other functionalities such as data storage and sensor data anomaly detection are also explored and implemented. This research employs an applied research approach, consisting of literature reviews, development, and evaluation phases. The development phase consists of the design and implementation of memory storage, data generation, and bi-directional communication features which align with the project goals. The evaluation of the software development process is achieved through a comprehensive set of functional and end-to-end tests. These tests examine the intricacies of the different software components, with rigorous evaluation against all test criteria and project requirements. The evaluation process concluded with a favourable outcome, indicating that all tests were successful. Additionally, a detailed evaluation of memory capacity was conducted to understand the system’s data retention capability, alongside an analysis of throughput and latency. The memory evaluation demonstrated efficient allocation within the processor’s memory, offering 2.7 days of data storage with specific intervals. Throughput analysis revealed a positive correlation between larger data packets and increased transfer rates, and latency increased with larger packets, possibly due to network congestion and processing delays. However, it is important to acknowledge several inherent limitations in this work, including constrained bi-directional communication capabilities, the absence of a serial interface with sensors, limitations in report size, and constraints on storage capacity. These factors serve as essential contextual considerations for the scope and capabilities of our project. In summary, this research supports Project artEmis by developing a vital software interface for the IoT network. Successful evaluation of the software through comprehensive testing signifies a significant step forward in earthquake monitoring. Despite certain limitations, this work contributes to enhancing our understanding and response to seismic threats. / Jordbävningar utgör ett betydande hot som en av de mest förödande naturliga katastroferna globalt sett. Trots pågående ansträngningar att förutsäga jordbävningar förblir framgången för sådan forskning en utmaning, vilket kräver tvärvetenskaplig forskning och samarbete. Det EU-finansierade projektet artEmis syftar till att belysa detta problem i jordbävningsbenägna regioner i Europa genom att etablera ett multisensor Internet of Things (IoT)-nätverk för att övervaka radongaskoncentrationen i grundvatten nära förkastningslinjer. Denna uppsats fokuserar på att stödja projektet genom att utveckla programvarugränssnittet för överföring av data från en gateway-controller till molngränssnittet samt upplyser viktiga funktioner. Målet är att etablera tvåvägskommunikation mellan gateway-controllern och molnet med hjälp av MQTT-SN-protokollet. Dessutom utforskas och implementeras även andra funktioner, såsom datalagring och detektering av avvikelser i sensordata. Denna forskning använder en tillämpad forskningsmetod som består av litteraturstudier, utveckling och utvärderingsfaser. Utvecklingsfasen innefattar design och implementering av funktioner för minneslagring, datagenerering och tvåvägskommunikation som överensstämmer med projektets mål. Utvärderingen av programvaruutvecklingsprocessen uppnås genom omfattande funktionella och slutanvändartester. Dessa tester granskar de olika programvarukomponenternas komplexiteter och utvärderas noggrant mot alla testkriterier och projektets krav. Utvärderingsprocessen avslutades med ett gynnsamt resultat, vilket indikerar att alla tester var framgångsrika. Dessutom gjordes en detaljerad utvärdering av minneskapaciteten för att förstå systemets datalagringsförmåga, tillsammans med en analys av genomströmning och latens. Minnesutvärderingen visade på effektiv allokering i processorns minne och erbjöd 2,7 dagars datalagring med specifika intervall. Genomströmningsanalys avslöjade en positiv korrelation mellan större datapaket och ökade överföringshastigheter, och latensen ökade med större paket, möjligen på grund av nätverksstockning och bearbetningsförseningar. Det är dock viktigt att erkänna att det finns flera begränsningar i forskningen, inklusive begränsade tvåvägskommunikationsmöjligheter, begränsningar i rapportstorlek och lagringskapacitet, och ett saknande av seriellt gränssnitt med sensorer. Dessa faktorer är viktiga för förståelsen av omfattningen och förmågorna hos vårt projekt. Sammanfattningsvis stöder denna forskning Project artEmis genom att utveckla en avgörande programvarugränssnitt för IoT-nätverket. Den framgångsrika utvärderingen av programvaran genom omfattande tester har lett till ett betydande steg framåt inom jordbävningsövervakning. Trots vissa begränsningar bidrar detta arbete till att förbättra vår förståelse och förmåga att reagera på seismiska händelser.

[ES] La introducción de soluciones tecnológicas en la agricultura permite reducir el uso de recursos y aumentar la producción de los cultivos. Además, la calidad del agua de regadío se puede monitorizar para asegurar la seguridad de los productos para el consumo humano. Sin embargo, la localización remota de la mayoría de los campos presenta un problema para proveer de cobertura inalámbrica a los nodos sensores y actuadores desplegados en los campos y los canales de agua para regadío. El trabajo presentado en esta tesis aborda el problema de habilitar la comunicación inalámbrica entre los dispositivos electrónicos desplegados para la monitorización de la calidad del agua y el campo a través de un protocolo de comunicación y arquitectura heterogéneos. La primera parte de esta tesis introduce los sistemas de agricultura de precisión (PA) y la importancia de la monitorización de la calidad del agua y el campo. Asimismo, las tecnologías que permiten la comunicación inalámbrica en sistemas PA y el uso de soluciones alternativas como el internet de las cosas bajo tierra (IoUT) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se introducen también. Después, se realiza un análisis en profundidad del estado del arte respecto a los sensores para la monitorización del agua, el campo y las condiciones meteorológicas, así como sobre las tecnologías inalámbricas más empleadas en PA. Además, las tendencias actuales y los desafíos de los sistemas de internet de las cosas (IoT) para regadío, incluyendo las soluciones alternativas introducidas anteriormente, han sido abordados en detalle. A continuación, se presenta la arquitectura propuesta para el sistema, la cual incluye las áreas de interés para las actividades monitorización que incluye las áreas de los canales y el campo. A su vez, la descripción y los algoritmos de operación de los nodos sensores contemplados para cada área son proporcionados. El siguiente capítulo detalla el protocolo de comunicación heterogéneo propuesto, incluyendo los mensajes y alertas del sistema. Adicionalmente, se presenta una nueva topología de árbol para redes híbridas LoRa/WiFi multisalto. Las funcionalidades específicas adicionales concebidas para la arquitectura propuesta están descritas en el siguiente capítulo. Éstas incluyen algoritmos de agregación de datos para la topología propuesta, un esquema de las amenazas de seguridad para los sistemas PA, algoritmos de ahorro de energía y tolerancia a fallos, comunicación bajo tierra para IoUT y el uso de drones para adquisición de datos. Después, los resultados de las simulaciones para las soluciones propuestas anteriormente son presentados. Finalmente, se tratan las pruebas realizadas en entornos reales para el protocolo heterogéneo presentado, las diferentes estrategias de despliegue de los nodos empleados, el consumo energético y la función de cuantificación de fruta. Estas pruebas demuestran la validez de la arquitectura y protocolo de comunicación heterogéneos que se han propuesto. / [CA] La introducció de solucions tecnològiques en l'agricultura permet reduir l'ús de recursos i augmentar la producció dels cultius. A més, la qualitat de l'aigua de regadiu es pot monitoritzar per assegurar la qualitat dels productes per al consum humà. No obstant això, la localització remota de la majoria dels camps presenta un problema per a proveir de cobertura sense fils als nodes sensors i actuadors desplegats als camps i els canals d'aigua per a regadiu. El treball presentat en aquesta tesi tracta el problema d'habilitar la comunicació sense fils entre els dispositius electrònics desplegats per a la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp a través d'un protocol de comunicació i arquitectura heterogenis. La primera part d'aquesta tesi introdueix els sistemes d'agricultura de precisió (PA) i la importància de la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp. Així mateix, també s'introdueixen les tecnologies que permeten la comunicació sense fils en sistemes PA i l'ús de solucions alternatives com l'Internet de les coses sota terra (IoUT) i els vehicles aeris no tripulats (UAV). Després, es realitza una anàlisi en profunditat de l'estat de l'art respecte als sensors per a la monitorització de l'aigua, el camp i les condicions meteorològiques, així com sobre les tecnologies sense fils més emprades en PA. S'aborden les tendències actuals i els reptes dels sistemes d'internet de les coses (IoT) per a regadiu, incloent les solucions alternatives introduïdes anteriorment. A continuació, es presenta l'arquitectura proposada per al sistema, on s'inclouen les àrees d'interès per a les activitats monitorització en els canals i el camp. Finalment, es proporciona la descripció i els algoritmes d'operació dels nodes sensors contemplats per a cada àrea. El següent capítol detalla el protocol de comunicació heterogeni proposat, així como el disseny del missatges i alertes que el sistema proposa. A més, es presenta una nova topologia d'arbre per a xarxes híbrides Lora/WiFi multi-salt. Les funcionalitats específiques addicionals concebudes per l'arquitectura proposada estan descrites en el següent capítol. Aquestes inclouen algoritmes d'agregació de dades per a la topologia proposta, un esquema de les alertes de seguretat per als sistemes PA, algoritmes d'estalvi d'energia i tolerància a fallades, comunicació per a IoUT i l'ús de drons per a adquisició de dades. Després, es presenten els resultats de les simulacions per a les solucions proposades. Finalment, es duen a terme les proves en entorns reals per al protocol heterogeni dissenyat. A més s'expliquen les diferents estratègies de desplegament dels nodes empleats, el consum energètic, així com, la funció de quantificació de fruita. Els resultats d'aquetes proves demostren la validesa de l'arquitectura i protocol de comunicació heterogenis propost en aquesta tesi. / [EN] The introduction of technological solutions in agriculture allows reducing the use of resources and increasing the production of the crops. Furthermore, the quality of the water for irrigation can be monitored to ensure the safety of the produce for human consumption. However, the remote location of most fields presents a problem for providing wireless coverage to the sensing nodes and actuators deployed on the fields and the irrigation water canals. The work presented in this thesis addresses the problem of enabling wireless communication among the electronic devices deployed for water quality and field monitoring through a heterogeneous communication protocol and architecture. The first part of the dissertation introduces Precision Agriculture (PA) systems and the importance of water quality and field monitoring. In addition, the technologies that enable wireless communication in PA systems and the use of alternative solutions such as Internet of Underground Things (IoUT) and Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are introduced as well. Then, an in-depth analysis on the state of the art regarding the sensors for water, field and meteorology monitoring and the most utilized wireless technologies in PA is performed. Furthermore, the current trends and challenges for Internet of Things (IoT) irrigation systems, including the alternate solutions previously introduced, have been discussed in detail. Then, the architecture for the proposed system is presented, which includes the areas of interest for the monitoring activities comprised of the canal and field areas. Moreover, the description and operation algorithms of the sensor nodes contemplated for each area is provided. The next chapter details the proposed heterogeneous communication protocol including the messages and alerts of the system. Additionally, a new tree topology for hybrid LoRa/WiFi multi-hop networks is presented. The specific additional functionalities intended for the proposed architecture are described in the following chapter. It includes data aggregation algorithms for the proposed topology, an overview on the security threats of PA systems, energy-saving and fault-tolerance algorithms, underground communication for IoUT, and the use of drones for data acquisition. Then, the simulation results for the solutions previously proposed are presented. Finally, the tests performed in real environments for the presented heterogeneous protocol, the different deployment strategies for the utilized nodes, the energy consumption, and a functionality for fruit quantification are discussed. These tests demonstrate the validity of the proposed heterogeneous architecture and communication protocol. / García García, L. (2021). Architecture and communication protocol to monitor and control water quality and irrigation in agricultural environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174223

This thesis addresses the critical issue of security vulnerabilities within the Internet of Things (IoT) ecosystem, with a particular emphasis on everyday devices such as refrigerators, vacuum cleaners, and cameras. The widespread adoption of IoT devices across various sectors has raised significant concerns regarding their security, underscoring the need for more effective penetration testing methods to mitigate potential cyberattacks. In response to this need, the first part of this thesis presents an approach to creating a penetration testing environment specifically tailored for IoT devices. Unlike existing studies that primarily focus on isolated or specific device testing, this work integrates various common household IoT appliances into a single testbed, enabling the testing of a complex system. This setup not only reflects a more realistic usage scenario but also allows for a comprehensive analysis of network traffic and interactions between different devices, thereby potentially identifying new, complex security vulnerabilities. The second part of the thesis undertakes a comparative study of cyber range infrastructures and architectures, an area relatively unexplored in existing literature. This study aims to provide nuanced insights and practical recommendations for developing robust, scalable cyber range infrastructures at a national level. By examining different frameworks, this research contributes to the foundational knowledge necessary for advancing national cybersecurity defenses. Overall, the findings from this research aim to contribute to improving IoT security and guiding the development of robust national cyber range frameworks. / Denna avhandling tar upp de säkerhetsbrister som finns inom det ekosystem som omfattar Internet of Things (IoT) enheter, med särskilt fokus på vardagliga apparater som kylskåp, dammsugare och kameror. Den stora spridningen av IoT-enheter inom olika sektorer har väckt många säkerhetsfrågor, vilka betonar behovet av effektivare metoder för penetrationstestning för att förhindra möjliga cyberattacker. För att möta detta behov presenterar den första delen av avhandlingen en metod för att skapa en penetrationstestningsmiljö särskilt anpassad för IoT-enheter. Till skillnad från tidigare studier, vilka främst fokuserar på enskilda eller specifika enhetstestningar, kombinerar detta arbete olika hushållsapparater i en enda testbädd, vilket möjliggör testningen av ett komplext system. Detta upplägg speglar inte bara en mer realistisk användningssituation, utan tillåter också en mer omfattande analys av nätverkstrafik och interaktioner mellan olika enheter, vilket potentiellt kan identifiera nya, komplexa säkerhetsbrister. Den andra delen av avhandlingen genomför en jämförande studie av cyberanläggningars infrastrukturer och arkitekturer, ett område som är relativt outforskat i befintlig litteratur. Denna studie syftar till att ge insikter och praktiska rekommendationer för att utveckla robusta, skalbara infrastrukturer för cyberanläggningar på nationell nivå. Genom att undersöka olika ramverk bidrar denna forskning till den grundläggande kunskap som behövs för att förbättra nationella cybersäkerhetsförsvar. Sammanfattningsvis syftar resultaten från denna forskning till att förbättra IoT-säkerheten och vägleda utvecklingen av robusta nationella ramverk för cyberanläggningar.