This thesis project has studied a number of protocols that could be used to communicate between a vehicle and a remote server in the context of Scania’s connected services. While there are many factors that are of interest to Scania (such as response time, transmission speed, and amount of data overhead for each message), this thesis will evaluate each protocol in terms of how much data overhead is introduced and how packet loss affects this overhead. The thesis begins by giving an overview of how a number of alternative protocols work and what they offer with regards to Scania’s needs. Next these protocols are compared based on previous studies and each protocol’s specifications to determine which protocol would be the best choice for realizing Scania’s connected services. Finally, a test framework was set up using a virtual environment to simulate different networking conditions. Each of the candidate protocols were deployed in this environment and setup to send sample data. The behaviour of each protocol during these tests served as the basis for the analysis of all of these protocols. The thesis draws the conclusion that to reduce the data transmission overhead between vehicles and Scania’s servers the most suitable protocol is the UDP based MQTT SN. / I den här rapporten har jag undersökt ett antal protokoll som kan användas för att kommunicera mellan server och lastbil och därmed användas för Scanias Connected Services. Då det är många faktorer som är intressanta när det kommer till kommunikation mellan lastbil och server för Scania som till exempel responstid, överföringshastighet och mängden extra data vid överföring så har jag valt att begränsa mig till att utvärdera protokollen utifrån hur mycket extra data de använder vid överföring och hur detta påverkas av paketförlust. Rapporten börjar med att ge en överblick över vilka tänkbara protokoll som kan användas och vad de kan erbjuda gällande Scanias behov. Efter det så jämförs protokollen baserat på tidigare studier och protokollens specifikationer för att avgöra vilket protokoll som är bäst lämpat att användas i Scanias Connected Services. Sists så skapas ett virtuellt ramverk för att simulera olike nätverksförhållanden. Här testas varje protokoll och får sända olike datamängder för att sedan få sin prestanda utvärderad baserat på hur mycket extra data som sändes. Dessa resultat ligger sedan till grund för den analys och slutsats angående vilket protokoll som är bäst lämpat att användas av Scania. Rapporten drar slutsatsen att baserat på den information som finns tillgänglig och de resultat som ficks av testerna så skulle den UDP baserade MQTT-SN vara bäst lämpad för att minimera mängden extra data som skickas.

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.

The IoT refers to the idea of internetworking physical devices, vehicles, buildings, and any other item embedded with the appropriate electronics, software, sensors, actuators, and network connectivity to allows them to interchange data and to provide highly effective new services. In this thesis we focus on the communications issues of the IoT in relation to mobility and we provide different solutions to alleviate the impact of these potential problems and to guarantee the information delivery in mobile scenarios. Our reference context is a Smart City where various mobile devices collaboratively participate, periodically sending information from their sensors. We assume that these services are located in platforms based in cloud infrastructures where the information is protected through the use of virtualisation ensuring their security and privacy. This thesis is structured into seven chapters. We first detail our objectives and identify the current problems we intend to address. Next, we provide a thorough review of the state of the art of all the areas involved in our work, highlighting how we improved the existing solutions with our research. The overall approach of the solutions we propose in this thesis use prototypes that encompasses and integrates different technologies and standards in a small infrastructure, using real devices in real scenarios with two of the most commonly used networks around the world: WiFi and 802.15.4 to efficiently solve the problems we originally identified. We focussed on protocols based on a producer/consumer paradigm, namely AMQP and particularly MQTT. We observed the behaviour of these protocols using in lab experiments and in external environments, using a mesh wireless network as the backbone network. Various issues raised by mobility were taken into consideration, and thus, we repeated the tests with different messages sizes and different inter-message periodicity, in order to model different possible applications. We also present a model for dimensioning the number of sources for mobile nodes and calculating the number of buffers required in the mobile node as a function of the number of sources and the size of the messages. We included a mechanism for avoiding data loss based on intermediate buffering adapted to the MQTT protocol that, in conjunction with the use of an alternative to the Network Manager in certain contexts, improves the connection establishment for wireless mobile clients. We also performed a detailed study of the jitter behaviour of a mobile node when transmitting messages with this proposal while moving through a real outdoor scenario. To emulate simple IoT networks we used the Cooja simulator to study and determine the effects on the probability of delivering messages when both publishers and subscribers were added to different scenarios. Finally we present an approach that combines the MQTT protocol with DTN which we specifically designed for constrained environments and guarantees that important information will never be lost. The advantage of our proposed solutions is that they make an IoT system more resilient to changes in the point of attachment of the mobile devices in an IoT network without requiring IoT application & service developers to explicitly consider this issue. Moreover, our solutions do not require additional support from the network through protocols such as MobileIP or LISP. We close the thesis by providing some conclusions, and identifying future lines of work which we unable to address here. / Internet de las cosas (IoT) se refiere a la idea de interconectar sensores, actuadores, dispositivos físicos, vehículos, edificios y cualquier elemento dotado de la electrónica, así como del software y de la conectividad de red que los hace capaces de intercambiar datos para proporcionar servicios altamente efectivos. En esta tesis nos centramos en temas relacionados con la comunicación de sistemas IoT, específicamente en situaciones de movilidad y en los problemas que esto conlleva. Con este fin ofrecemos diferentes soluciones que alivian su impacto y garantizan la entrega de información en estas situaciones. El contexto de referencia es una ciudad inteligente donde varios dispositivos móviles participan de forma colaborativa enviando periódicamente información desde sus sensores hacia servicios ubicados en plataformas en la nube (cloud computing) donde mediante el uso de virtualización, la información está protegida garantizando su seguridad y privacidad. Las soluciones propuestas en esta tesis se enfocan en probar sobre una pequeña infraestructura un prototipo que abarca e integra diferentes tecnologías y estándares para resolver eficientemente los problemas previamente identificados. Hemos enfocado nuestro esfuerzo en el uso de dispositivos sobre escenarios reales con dos de las redes más extendidas en todo el mundo: WiFi y enlaces 802.15.4. Nos enfocamos en protocolos que ofrecen el paradigma productor/consumidor como el protocolo avanzado de colas de mensajes (AMQP) y particularmente el protocolo de transporte de mensajes telemétricos (MQTT), observamos su comportamiento a través de experimentos en laboratorio y en pruebas al aire libre, repitiendo las pruebas con diferentes tamaños de mensajes y diferente periodicidad entre mensajes. Para modelar las diferentes posibles aplicaciones de la propuesta, se tomaron en consideración varias cuestiones planteadas por la movilidad, resultando en un modelo para dimensionar eficientemente el número de fuentes para un nodo móvil y para calcular el tamaño requerido del buffer, en función del número de fuentes y del tamaño de los mensajes. Proponemos un mecanismo adaptado al protocolo MQTT que evita la pérdida de datos en clientes móviles, basado en un buffer intermedio entre la producción y publicación de mensajes que, en conjunto con el uso de una alternativa al gestor de conexiones inalámbricas "Network Manager", en ciertos contextos mejora el establecimiento de las conexiones. Para la evaluación de esta propuesta se presenta un estudio detallado de un nodo móvil que se mueve en un escenario real al aire libre, donde estudiamos el comportamiento del jitter y la transmisión de mensajes. Además, hemos utilizado emuladores de redes IoT para estudiar y determinar los efectos sobre la probabilidad de entrega de mensajes, cuando se agregan tanto publicadores como suscriptores a diferentes escenarios. Finalmente, se presenta una solución totalmente orientada a entornos con dispositivos de recursos limitados que combina los protocolos MQTT con redes tolerantes a retardos (DTN) para garantizar la entrega de información. La ventaja de las soluciones que proponemos reside en el hecho de que los sistemas IoT se vuelven resilientes a la movilidad y a los cambios de punto de acceso, permitiendo así que los desarrolladores creen fácilmente aplicaciones y servicios IoT evitando considerar estos problema. Otra ventaja de nuestras soluciones es que no necesitan soporte adicional de la red como sucede con protocolos como MobileIP o el protocolo que separa el identificador del localizador (LISP). Se destaca cómo hemos mejorado las soluciones existentes hasta el momento de la escritura de esta disertación, y se identifican futuras líneas de actuación que no han sido contempladas. / Internet de les coses (IoT) es refereix a la idea d'interconnectar sensors, actuadors, dispositius físics, vehicles, edificis i qualsevol element dotat de l'electrònica, així com del programari i de la connectivitat de xarxa que els fa capaces d'intercanviar dades per proporcionar serveis altament efectius. En aquesta tesi ens centrem en temes relacionats amb la comunicació de sistemes IoT, específicament en situacions de mobilitat i en els problemes que això comporta. A aquest efecte oferim diferents solucions que alleugeren el seu impacte i garanteixen el lliurament d'informació en aquestes situacions. El context de referència és una ciutat intel·ligent on diversos dispositius mòbils participen de forma col·laborativa enviant periòdicament informació des dels seus sensors cap a serveis situats en plataformes en el núvol (cloud computing) on mitjançant l'ús de virtualització, la informació està protegida garantint la seva seguretat i privadesa. Les solucions proposades en aquesta tesi s'enfoquen a provar sobre una xicoteta infraestructura un prototip que abasta i integra diferents tecnologies i estàndards per a resoldre eficientment els problemes prèviament identificats. Hem enfocat el nostre esforç en l'ús de dispositius sobre escenaris reals amb dos de les xarxes més esteses a tot el món: WiFi i enllaços 802.15.4. Ens enfoquem en protocols que ofereixen el paradigma productor/consumidor com el protocol avançat de cues de missatges (AMQP) i particularment el protocol de transport de missatges telemètrics (MQTT), observem el seu comportament a través d'experiments en laboratori i en proves a l'aire lliure, repetint les proves amb diferents grandàries de missatges i diferent periodicitat entre missatges. Per a modelar les diferents possibles aplicacions de la proposta, es van prendre en consideració diverses qüestions plantejades per la mobilitat, resultant en un model per a dimensionar eficientment el nombre de fonts per a un node mòbil i per a calcular la grandària requerida del buffer, en funció del nombre de fonts i de la grandària dels missatges. Proposem un mecanisme adaptat al protocol MQTT que evita la pèrdua de dades per a clients mòbils, basat en un buffer intermedi entre la producció i publicació de missatges que en conjunt amb l'ús d'una alternativa al gestor de connexions sense fils "Network Manager'', en certs contextos millora l'establiment de les connexions. Per a l'avaluació d'aquesta proposta es presenta un estudi detallat d'un node mòbil que es mou en un escenari real a l'aire lliure, on estudiem el comportament del jitter i la transmissió de missatges. A més, hem utilitzat emuladors de xarxes IoT per a estudiar i determinar els efectes sobre la probabilitat de lliurament de missatges, quan s'agreguen tant publicadors com subscriptors a diferents escenaris. Finalment, es presenta una solució totalment orientada a entorns amb dispositius de recursos limitats que combina els protocols MQTT amb xarxes tolerants a retards (DTN) per a garantir el lliurament d'informació. L'avantatge de les solucions que proposem resideix en el fet que els sistemes IoT es tornen resilients a la mobilitat i als canvis de punt d'accés, permetent així que els desenvolupadors creuen fàcilment aplicacions i serveis IoT evitant considerar aquests problema. Un altre avantatge de les nostres solucions és que no necessiten suport addicional de la xarxa com succeeix amb protocols com MobileIP o el protocol que separa l'identificador del localitzador (LISP). Es destaca com hem millorat les solucions existents fins al moment de l'escriptura d'aquesta dissertació, i s'identifican futures línies d'actuació que no han sigut contemplades. / Luzuriaga Quichimbo, JE. (2017). Managing Mobility for Distributed Smart Cities Services [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84744