Natural disasters such as floods, droughts and storms cause many deaths and a great deal of damage worldwide. Recently, several countries have suffered from an the increased number of floods. This has led government agencies to seek to improve flood risk management by providing historical data obtained from stationary sensor networks to help communities that live in hazardous areas. However, the sensor networks can only help to check specific features (e.g. temperature and pressure), and are unable to contribute significantly to supplying the missing information that is required. In addition to stationary sensors, mobile sensors have also been used to monitor floods since they can provide images and reach distances that are not within the coverage of stationary sensors. By combining these heterogeneous sensors, an initiative called Sensor Web Enablement (SWE) seeks to free these applications from the idiosyncrasies that affect the implementation of these heterogeneous sensors. However, SWE cannot always be applied effectively in a context where sensors are embedded and removed dynamically. This dynamic context makes it a complex task to handle, control, access and discover sensors. In view of this, the aim of this work is to dynamically manage heterogeneous sensors involved in flood risk management in near real-time, by enabling interoperable access to their data and using open and reusable components. To achieve this goal, a service-oriented middleware was designed that contains a common protocol message, a dynamic sensor management component and a repository. This approach was evaluated performed by employing an application that prioritizes geographically social media messages based on sensor data. / Os desastres naturais, como inundações, secas e tempestades causam muitas mortes e danos em todo o mundo. Mais recentemente, alguns países sofreram com o aumento das inundações, comparado com outros tipos de desastres. Para melhor gerenciá-las, agências governamentais têm fornecido dados históricos de redes de sensores estáticas para ajudar comunidades que vivem em áreas de risco. No entanto, tais redes de sensores apenas ajudam a verificar propriedades específicas (por exemplo, temperatura e pressão) e pouco contribuem com a falta de informações presente nesse contexto. Além dos sensores estáticos, sensores móveis também têm sido utilizados para monitorar inundações, uma vez que podem fornecer imagens e alcançar distâncias onde sensores estáticos não funcionam adequadamente. Para combinar esses sensores, deve ser utilizado uma iniciativa chamada Sensor Web Enablement (SWE) que isola as aplicações das idiossíncrasias da implementação desses sensores heterogêneos. Entretanto, a SWE não gerencia completamente contextos em que sensores são inseridos e removidos dinamicamente. Este contexto dinâmico torna complexo o controle, o acesso e a descoberta de novos sensores. Logo, o objetivo deste trabalho é gerenciar dinamicamente e próximo do tempo-real sensores heterogêneos envolvidos na gestão de inundações, permitindo um acesso interoperável para seus dados usando componentes abertos e de re-uso. Para alcançar esse objetivo, um middleware orientado a serviços contendo um protocolo de mensagens comum, um componente de gerenciamento dinâmico de sensores e um repositório foi desenvolvido. A avaliação dessa abordagem foi feita considerando uma aplicação que prioriza geograficamente dados de mídias sociais baseados em dados de sensores.

Natural disasters such as floods, droughts and storms cause many deaths and a great deal of damage worldwide. Recently, several countries have suffered from an the increased number of floods. This has led government agencies to seek to improve flood risk management by providing historical data obtained from stationary sensor networks to help communities that live in hazardous areas. However, the sensor networks can only help to check specific features (e.g. temperature and pressure), and are unable to contribute significantly to supplying the missing information that is required. In addition to stationary sensors, mobile sensors have also been used to monitor floods since they can provide images and reach distances that are not within the coverage of stationary sensors. By combining these heterogeneous sensors, an initiative called Sensor Web Enablement (SWE) seeks to free these applications from the idiosyncrasies that affect the implementation of these heterogeneous sensors. However, SWE cannot always be applied effectively in a context where sensors are embedded and removed dynamically. This dynamic context makes it a complex task to handle, control, access and discover sensors. In view of this, the aim of this work is to dynamically manage heterogeneous sensors involved in flood risk management in near real-time, by enabling interoperable access to their data and using open and reusable components. To achieve this goal, a service-oriented middleware was designed that contains a common protocol message, a dynamic sensor management component and a repository. This approach was evaluated performed by employing an application that prioritizes geographically social media messages based on sensor data. / Os desastres naturais, como inundações, secas e tempestades causam muitas mortes e danos em todo o mundo. Mais recentemente, alguns países sofreram com o aumento das inundações, comparado com outros tipos de desastres. Para melhor gerenciá-las, agências governamentais têm fornecido dados históricos de redes de sensores estáticas para ajudar comunidades que vivem em áreas de risco. No entanto, tais redes de sensores apenas ajudam a verificar propriedades específicas (por exemplo, temperatura e pressão) e pouco contribuem com a falta de informações presente nesse contexto. Além dos sensores estáticos, sensores móveis também têm sido utilizados para monitorar inundações, uma vez que podem fornecer imagens e alcançar distâncias onde sensores estáticos não funcionam adequadamente. Para combinar esses sensores, deve ser utilizado uma iniciativa chamada Sensor Web Enablement (SWE) que isola as aplicações das idiossíncrasias da implementação desses sensores heterogêneos. Entretanto, a SWE não gerencia completamente contextos em que sensores são inseridos e removidos dinamicamente. Este contexto dinâmico torna complexo o controle, o acesso e a descoberta de novos sensores. Logo, o objetivo deste trabalho é gerenciar dinamicamente e próximo do tempo-real sensores heterogêneos envolvidos na gestão de inundações, permitindo um acesso interoperável para seus dados usando componentes abertos e de re-uso. Para alcançar esse objetivo, um middleware orientado a serviços contendo um protocolo de mensagens comum, um componente de gerenciamento dinâmico de sensores e um repositório foi desenvolvido. A avaliação dessa abordagem foi feita considerando uma aplicação que prioriza geograficamente dados de mídias sociais baseados em dados de sensores.

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[EN] This thesis has been created within the framework of the interoperability of the networks of sensors in industrial environments, using standard SWE (Sensor Web Enablement). It has developed from the participation in different research projects, within the research group SATRD (Distributed Real Time Systems and Applications) of the Communications Department of the UPV. Has gone a long time since the appearance of the first sensors that were only able to respond to a stimulus, to the concept of sensor web, where sensors can be remotely configured, perform actions and process and integrate data from other sensors. Nowadays, the use of networks of sensors or WSN (Wireless Sensor Networks) is widespread in several fields, to gather information, which can then be used by other applications. As it increases its use, it is necessary to combine or add data from sensors of different WSN, which is not always possible, due to the lack of interoperability between different manufacturers. That is why OGC (Open Geospatial Consortium) founded SWE, in order to develop standards for access to sensors via the Internet and thus improve the interoperability. For these reasons, in this thesis is specified an IoT architecture (Internet of Things) generically, so that it can be extended to multiple environments. The I3WSN architecture is designed for monitoring and control systems, ensuring interoperability between the different elements through the integration of SWE standards. After the design, the application of the architecture is carried out in three different contexts, associated with three research projects. The first of them, in order to monitor and manage the workers' health in industrial environments, based on environmental and medical data, within the project FASyS (Fabrica Absolutamente Segura y Saludable). Secondly, to ensure the level of assurance of a smart grid environment, from the capture of the security information of all its elements, in the UniverSEC project. Finally, to manage efficiently and intelligently transport freight containers, from traffic data in real time, in the project STIMULO. / [ES] Esta tesis se ha creado en el marco de la interoperabilidad de las redes de sensores en entornos industriales, mediante la utilización del estándar SWE (Sensor Web Enablement). Se ha desarrollado a partir de la participación en diferentes proyectos de investigación, dentro del grupo de investigación SATRD (Sistemas y Aplicaciones de Tiempo Real Distribuidos) del Departamento de Comunicaciones de la UPV. Ha pasado mucho tiempo desde la aparición de los primeros sensores que únicamente eran capaces de responder frente a un estímulo, hasta el concepto de sensor web, donde los sensores pueden ser configurados de forma remota, realizar acciones y procesar e integrar datos de otros sensores. Hoy en día, la utilización de redes de sensores o WSN (Wireless Sensor Networks) está ampliamente extendida en diversos ámbitos, para recopilar información, que luego pueda ser utilizada por otras aplicaciones. A medida que aumenta su utilización, surge la necesidad de combinar o agregar datos de sensores de distintas WSN, lo cual no siempre es posible, debido a la falta de interoperabilidad entre los distintos fabricantes. Es por ello que OGC (Open Geospatial Consortium) fundó SWE, con el fin de desarrollar estándares para el acceso a sensores a través de Internet y así mejorar la interoperabilidad. Por estos motivos, en esta tesis se ha especificado una arquitectura IoT (Internet of Things) de forma genérica, para que se pueda extender a múltiples entornos. La arquitectura I3WSN se ha diseñado para la monitorización y el control de sistemas, garantizando la interoperabilidad entre los distintos elementos gracias a la integración de los estándares de SWE. Tras el diseño, se ha llevado a cabo la aplicación de la arquitectura en tres contextos distintos, asociados a tres proyectos de investigación. El primero de ellos, con el objetivo de monitorizar y gestionar la salud de los trabajadores en entornos industriales, a partir de datos del entorno y datos médicos, dentro del proyecto FASyS (Fabrica Absolutamente Segura y Saludable). El segundo, para garantizar el nivel de aseguramiento de un entorno smart grid, a partir de la captura de la información de seguridad de todos sus elementos, en el proyecto UniverSEC. Y por último, para gestionar de forma eficiente e inteligente el transporte de contenedores de mercancías, a partir de los datos de tráfico en tiempo real, en el proyecto STIMULO. / [CA] Aquesta tesi ha estat creada en el marc de la interoperabilitat de les xarxes de sensors en entorns industrialitzats, utilitzant l'estàndard SWE (Sensor Web capacitació). S'ha desenvolupat des de la participació en diversos projectes d'investigació, dins del grup d'investigació SATRD (Sistemes i Aplicacions de Temps Real Distribuïts) del Departament de Comunicació de la UPV. Ha passat molt temps des de l'aparició dels primers sensors que només eren capaços de respondre a un estímul, fins al concepte de sensor web, on els sensors es poden configurar remotament, realitzar accions i processar i integrar les dades d'altres sensors. Avui en dia, l'ús de xarxes de sensors o WSN (Wireless Sensor Networks) està àmpliament estesa en diversos àmbits, per a recollir informació, que desprès puga ser utilitzada per altres aplicacions. A mesura que augmenta el seu ús, sorgeix la necessitat de combinar o afegir dades de sensors de diferents WSN, que no sempre és possible, degut a la falta d'interoperabilitat entre els diferents fabricants. És per això que OGC (Open Geospatial Consortium) va fundar SWE, per desenvolupar estàndards per l'accés de sensors a Internet i així millorar la interoperabilitat. Per aquests motius, en aquesta tesi s'ha especificat una arquitectura IoT (Internet of Things) de forma genèrica, per tal que es puga estendre a múltiples entorns. L'arquitectura I3WSN s'ha dissenyat per la monitorització i el control de sistemes, garantint la interoperabilitat entre els diferents elements gràcies a la integració dels estàndards de SWE. Després el disseny, s'ha dut a terme l'aplicació de l'arquitectura en tres contextos diferents, associats amb tres projectes d'investigació. El primer d'ells, amb la finalitat de monitoritzar i gestionar la salut dels treballadors en entorns industrials, a partir de dades ambientals i dades mèdiques, dins del projecte FASyS (Fabrica Absolutamente Segura y Saludable). El segon, per garantir el nivell d'assegurament d'un entorn de smart grid, a partir de la captura de la informació de seguretat de tots els seus elements, en el projecte UniverSEC. I finalment, per gestionar de manera eficient i intel·ligent el transport de contenidors de mercaderies, a partir de les dades de trànsit en temps real, en el projecte STIMULO. / Giménez Salazar, P. (2015). Aplicaciones de SWE en entornos industriales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/51282

Cyber-Physical Systems (CPS) have become one of the greatest research topics today; because they pose a new complex discipline, which addresses big existing and future systems as the Internet, the Internet of Things, sensors networks and smart grids. As a recent discipline, there are many possibilities to improve the state of the art, interoperability being one of the most relevant. Thus, this thesis has been created within the framework of interoperability for CPS, by using the SOS (Sensor Observation Service) standard, which belongs to the SWE (Sensor Web Enablement) framework of the OGC (Open Geospatial Consortium). It has been developed to give rise to a new line of research within the Distributed Real-Time Systems and Applications group (SATRD for its acronym in Spanish) from the Communications Department of the Polytechnic University of Valencia (UPV for its acronym in Valencian). The approach, with which the interoperability in the CPS has been addressed, is of synthetic type (from parts to whole), starting from a verifiable and workable solution for interoperability in sensor networks, one of the most significant CPSs because it is integrated in many other CPSs, next adapting and testing the solution in more complex CPS, such as the Internet of Things. In this way, an interoperability solution in sensor networks is proposed based on the SOS, but adapted to some requirements that makes of this mechanism a lighter version of the standard, which facilitates the deployment of future implementations due to the possibility of using limited devices for this purpose. This theoretical solution is brought to a first implementation, called SOSLite, which is tested to determine its characteristic behavior and to verify the fulfillment of its purpose. Analogously, and starting from the same theoretical solution, a second implementation is projected called SOSFul, which proposes an update to the SOS standard so that it is lighter, more efficient and easier to use. The SOSFul, has a more ambitious projection by addressing the Internet of Things, a more complex CPS than sensors networks. As in the case of the SOSLite, tests are performed and validation is made through a use case. So, both the SOSLite and the SOSFul are projected as interoperability solutions in the CPS. Both implementations are based on the theoretical proposal of a light SOS and are available for free and under open source licensing so that it can be used by the research community to continue its development and increase its use. / Los Sistemas Ciber-Físicos (CPS) se han convertido en uno de los temas de investigación con mayor proyección en la actualidad; debido a que plantean una nueva disciplina compleja, que aborda sistemas existentes y futuros de gran auge como: la Internet, la Internet de las Cosas, las redes de sensores y las redes eléctricas inteligentes. Como disciplina en gestación, existen muchas posibilidades para aportar al estado del arte, siendo la interoperabilidad uno de los más relevantes. Así, esta tesis se ha creado en el marco de la interoperabilidad para los CPS, mediante la utilización del estándar SOS (Sensor Observation Service) perteneciente al marco de trabajo SWE (Sensor Web Enablement) del OGC (Open Geospatial Consortium). Se ha desarrollado para dar surgimiento a una nueva línea de investigación dentro del grupo SATRD (Sistemas y Aplicaciones de Tiempo Real Distribuidos) del Departamento de Comunicaciones de la UPV (Universitat Politècnica de València). La aproximación con la cual se ha abordado la interoperabilidad en los CPS es de tipo sintética (pasar de las partes al todo), iniciando desde una solución, verificable y realizable, para la interoperabilidad en las redes de sensores, uno de los CPS más significativos debido a que se integra en muchos otros CPS, y pasando a adaptar y comprobar dicha solución en CPS de mayor complejidad, como la Internet de las Cosas. De esta forma, se propone una solución de interoperabilidad en las redes de sensores fundamentada en el SOS, pero adaptada a unos requerimientos que hacen de este mecanismo una versión más ligera del estándar, con lo que se facilita el despliegue de futuras implementaciones debido a la posibilidad de emplear dispositivos limitados para tal fin. Dicha solución teórica, se lleva a una primera implementación, denominada SOSLite, la cual se prueba para determinar su comportamiento característico y verificar el cumplimiento de su propósito. De forma análoga y partiendo de la misma solución teórica, se proyecta una segunda implementación, llamada SOSFul, la cual propone una actualización del estándar SOS de forma que sea más ligero, eficiente y fácil de emplear. El SOSFul, tiene una proyección más ambiciosa al abordar la Internet de las Cosas, un CPS más complejo que las redes de sensores. Como en el caso del SOSLite, se realizan pruebas y se valida mediante un caso de uso. Así, tanto el SOSLite como el SOSFul se proyectan como soluciones de interoperabilidad en los CPS. Ambas implementaciones parten de la propuesta teórica de SOS ligero y se encuentran disponibles de forma gratuita y bajo código libre, para ser empleados por la comunidad investigativa para continuar su desarrollo y aumentar su uso. / Els sistemes ciberfísics (CPS, Cyber-Physical Systems) s'han convertit en un dels temes de recerca amb major projecció en l'actualitat, a causa del fet que plantegen una nova disciplina complexa que aborda sistemes existents i futurs de gran auge, com ara: la Internet, la Internet de les Coses, les xarxes de sensors i les xarxes elèctriques intel·ligents. Com a disciplina en gestació, hi ha moltes possibilitats per a aportar a l'estat de la qüestió, sent la interoperabilitat una de les més rellevants. Així, aquesta tesi s'ha creat en el marc de la interoperabilitat per als CPS, mitjançant la utilització de l'estàndard SOS (Sensor Observation Service) pertanyent al marc de treball SWE (Sensor Web Enablement) de l'OGC (Open Geospatial Consortium). S'ha desenvolupat per a iniciar una nova línia de recerca dins del Grup de SATRD (Sistemes i Aplicacions de Temps Real Distribuïts) del Departament de Comunicacions de la UPV (Universitat Politècnica de València). L'aproximació amb la qual s'ha abordat la interoperabilitat en els CPS és de tipus sintètic (passar de les parts al tot), iniciant des d'una solució, verificable i realitzable, per a la interoperabilitat en les xarxes de sensors, un dels CPS més significatius pel fet que s'integra en molts altres CPS, i passant a adaptar i comprovar aquesta solució en CPS de major complexitat, com la Internet de les Coses. D'aquesta forma, es proposa una solució d'interoperabilitat en les xarxes de sensors fonamentada en el SOS, però adaptada a uns requeriments que fan d'aquest mecanisme una versió més lleugera de l'estàndard, amb la qual cosa es facilita el desplegament de futures implementacions per la possibilitat d'emprar dispositius limitats a aquest fi. Aquesta solució teòrica es porta a una primera implementació, denominada SOSLite, que es prova per a determinar el seu comportament característic i verificar el compliment del seu propòsit. De forma anàloga i partint de la mateixa solució teòrica, es projecta una segona implementació, anomenada SOSFul, que proposa una actualització de l'estàndard SOS de manera que siga més lleuger, eficient i fàcil d'emprar. El SOSFul té una projecció més ambiciosa quan aborda la Internet de les Coses, un CPS més complex que les xarxes de sensors. Com en el cas del SOSLite, es realitzen proves i es valida mitjançant un cas d'ús. Així, tant el SOSLite com el SOSFul, es projecten com a solucions d'interoperabilitat en els CPS. Ambdues implementacions parteixen de la proposta teòrica de SOS lleuger, i es troben disponibles de forma gratuïta i en codi lliure per a ser emprades per la comunitat investigadora a fi de continuar el seu desenvolupament i augmentar-ne l'ús. / Pradilla Ceron, JV. (2016). SOSLite: Soporte para Sistemas Ciber-Físicos y Computación en la Nube [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/76808

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