L’Internet des Objets (IoT) vise à créer un eco-système global et ubiquitaire composé d’un grand nombre d’objets hétérogènes. Afin d’atteindre cette vision, le World Wide Web apparaît comme un candidat adapté pour interconnecter objets et services à la couche applicative en un Web des Objets (WoT).Cependant l’évolution actuelle du WoT produit des silos d’objets et empêche ainsi la mise en place de cette vision. De plus, même si le Web facilite la composition d’objets et services hétérogènes, les approches existantes produisent des compositions statiques incapables de s’adapter à des environnements dynamiques et des exigences évolutives. Un autre défi est à relever: permettre aux personnes d’interagir avec le vaste, évolutif et hétérogène IoT.Afin de répondre à ces limitations, nous proposons une architecture pour IoT ouvert et autogouverné, constitué de personnes et d’objets situés, en interaction avec un environnement global via des plateformes hétérogènes. Notre approche consiste de rendre les objets autonomes et d’appliquer la métaphore des réseaux sociaux afin de créer des réseaux flexibles de personnes et d’objets. Nous fondons notre approche sur les résultats issus des domaines des multi-agents et du WoT afin de produit un WoT Social.Notre proposition prend en compte les besoins d’hétérogénéité, de découverte et d’interaction flexible dans l’IoT. Elle offre également un coût minimal pour les développeurs et les utilisateurs via différentes couches d’abstraction permettant de limité la complexité de cet éco-système. Nous démontrons ces caractéristiques par la mise en oeuvre de plus scénarios applicatifs. / The Internet of Things (IoT) aims to create a global ubiquitous ecosystem composed of large numbers of heterogeneous devices. To achieve this vision, the World Wide Web is emerging as a suitable candidate to interconnect IoT devices and services at the application layer into a Web of Things (WoT).However, the WoT is evolving towards large silos of things, and thus the vision of a global ubiquitous ecosystem is not fully achieved. Furthermore, even if the WoT facilitates mashing up heterogeneous IoT devices and services, existing approaches result in static IoT mashups that cannot adapt to dynamic environments and evolving user requirements. The latter emphasizes another well-recognized challenge in the IoT, that is enabling people to interact with a vast, evolving, and heterogeneous IoT.To address the above limitations, we propose an architecture for an open and self-governed IoT ecosystem composed of people and things situated and interacting in a global environment sustained by heterogeneous platforms. Our approach is to endow things with autonomy and apply the social network metaphor to createflexible networks of people and autonomous things. We base our approach on results from multi-agent and WoT research, and we call the envisioned IoT ecosystem the Social Web of Things.Our proposal emphasizes heterogeneity, discoverability and flexible interaction in the IoT. In the same time, it provides a low entry-barrier for developers and users via multiple layers of abstraction that enable them to effectively cope with the complexity of the overall ecosystem. We implement several application scenarios to demonstrate these features.

L’Internet des Objets (IoT) vise à créer un eco-système global et ubiquitaire composé d’un grand nombre d’objets hétérogènes. Afin d’atteindre cette vision, le World Wide Web apparaît comme un candidat adapté pour interconnecter objets et services à la couche applicative en un Web des Objets (WoT).Cependant l’évolution actuelle du WoT produit des silos d’objets et empêche ainsi la mise en place de cette vision. De plus, même si le Web facilite la composition d’objets et services hétérogènes, les approches existantes produisent des compositions statiques incapables de s’adapter à des environnements dynamiques et des exigences évolutives. Un autre défi est à relever: permettre aux personnes d’interagir avec le vaste, évolutif et hétérogène IoT.Afin de répondre à ces limitations, nous proposons une architecture pour IoT ouvert et autogouverné, constitué de personnes et d’objets situés, en interaction avec un environnement global via des plateformes hétérogènes. Notre approche consiste de rendre les objets autonomes et d’appliquer la métaphore des réseaux sociaux afin de créer des réseaux flexibles de personnes et d’objets. Nous fondons notre approche sur les résultats issus des domaines des multi-agents et du WoT afin de produit un WoT Social.Notre proposition prend en compte les besoins d’hétérogénéité, de découverte et d’interaction flexible dans l’IoT. Elle offre également un coût minimal pour les développeurs et les utilisateurs via différentes couches d’abstraction permettant de limité la complexité de cet éco-système. Nous démontrons ces caractéristiques par la mise en oeuvre de plus scénarios applicatifs. / The Internet of Things (IoT) aims to create a global ubiquitous ecosystem composed of large numbers of heterogeneous devices. To achieve this vision, the World Wide Web is emerging as a suitable candidate to interconnect IoT devices and services at the application layer into a Web of Things (WoT).However, the WoT is evolving towards large silos of things, and thus the vision of a global ubiquitous ecosystem is not fully achieved. Furthermore, even if the WoT facilitates mashing up heterogeneous IoT devices and services, existing approaches result in static IoT mashups that cannot adapt to dynamic environments and evolving user requirements. The latter emphasizes another well-recognized challenge in the IoT, that is enabling people to interact with a vast, evolving, and heterogeneous IoT.To address the above limitations, we propose an architecture for an open and self-governed IoT ecosystem composed of people and things situated and interacting in a global environment sustained by heterogeneous platforms. Our approach is to endow things with autonomy and apply the social network metaphor to createflexible networks of people and autonomous things. We base our approach on results from multi-agent and WoT research, and we call the envisioned IoT ecosystem the Social Web of Things.Our proposal emphasizes heterogeneity, discoverability and flexible interaction in the IoT. In the same time, it provides a low entry-barrier for developers and users via multiple layers of abstraction that enable them to effectively cope with the complexity of the overall ecosystem. We implement several application scenarios to demonstrate these features.

Cette thèse porte sur le Web Sémantique des Objets (WSdO), un domaine de recherche à l'interface de l'Internet des Objets (IdO) et du Web Sémantique (WS). L’intégration des approche du WS à l'IdO permettent de traiter l'importante hétérogénéité des ressources, des technologies et des applications de l'IdO, laquelle est une source de problèmes d'interopérabilité freinant le déploiement de systèmes IdO. Un premier verrou scientifique est lié à la consommation en ressource des technologies du WS, là où l'IdO s’appuie sur des objets aux capacités de calcul et de communication limitées. De plus, les réseaux IdO sont déployés à grande échelle, quand la montée en charge est difficile pour les technologies du WS. Cette thèse a pour objectif de traiter ce double défi, et comporte deux contributions. La première porte sur l'identification de critères de qualité pour les ontologies de l'IdO, et l’élaboration de IoT-O, une ontologie modulaire pour l'IdO. IoT-O a été implantée pour enrichir les données d'un bâtiment instrumenté, et pour être moteur de semIoTics, notre application de gestion autonomique. La seconde contribution est EDR (Emergent Distributed Reasoning), une approche générique pour distribuer dynamiquement le raisonnement à base de règles. Les règles sont propagées de proche en proche en s'appuyant sur les descriptions échangées entre noeuds. EDR est évaluée dans deux scénario concrets, s'appuyant sur un serveur et des noeuds contraints pour simuler le déploiement. / This thesis is situated in the Semantic Web of things (SWoT) domain, at the interface between the Internet of Things (IoT) and the Semantic Web (SW). The integration of SW approaches into the IoT aim at tackling the important heterogeneity of resources, technologies and applications in the IoT, which creates interoperability issues impeding the deployment of IoT systems. A first scientific challenge is risen by the resource consumption of the SW technologies, inadequated to the limites computation and communication capabilities of IoT devices. Moreover, IoT networks are deployed at a large scale, when SW technologies have scalability issues. This thesis addresses this double challenge by two contributions. The first one is the identification of quality criteria for IoT ontologies, leading to the proposition of IoT-O, a modular IoT ontology. IoT-O is deployed to enrich data from a smart building, and drive semIoTics, our autonomic computing application. The second contribution is EDR (Emergent Distributed Reasoning), a generic approach to dynamically distributed rule-based reasoning. Rules are propagated peer-to-peer, guided by descriptions exchanged among nodes. EDR is evaluated in two use-cases, using both a server and some constrained nodes to simulate the deployment.

The wireless sensor network is a key technology in the 21st century because it has multitude applications and it becomes the new way of interaction between physical environment and computer system. Moreover, the wireless sensor network is a high resource constraint system. Consequently, the techniques used for the development of traditional embedded systems cannot be directly applied. Today wireless sensor nodes were implemented by using only one single processor architecture. This approach does not achieve a robust and efficient energy wireless sensor network for applications such as precision agriculture (outdoor) and telemedicine. The aim of this thesis is to develop a new approach for the realization of a wireless sensor network node using multicore architecture to enable to increase both its robustness and lifetime (reduce energy consumption).

This thesis proposes a collaboration framework for the Web of Things based on the concepts of Service-oriented Architecture and integrated with semantic web technologies to offer new possibilities in terms of efficient asset management during operations requiring multi-actor collaboration. The motivation for the project comes from the rise in disasters where effective cross-organisation collaboration can increase the efficiency of critical information dissemination. Organisational boundaries of participants as well as their IT capability and trust issues hinders the deployment of a multi-party collaboration framework, thereby preventing timely dissemination of critical data. In order to tackle some of these issues, this thesis proposes a new collaboration framework consisting of a resource-based data model, resource-oriented access control mechanism and semantic technologies utilising the Semantic Sensor Network Ontology that can be used simultaneously by multiple actors without impacting each other’s networks and thus increase the efficiency of disaster management and relief operations. The generic design of the framework enables future extensions, thus enabling its exploitation across many application domains. The performance of the framework is evaluated in two areas: the capability of the access control mechanism to scale with increasing number of devices, and the capability of the semantic annotation process to increase in efficiency as more information is provided. The results demonstrate that the proposed framework is fit for purpose.

Le réseau de capteurs sans fil est une technologie clé du 21ème siècle car ses applications sont nombreuses et diverses. Cependant le réseau de capteurs sans fil est un système à très forte contrainte de ressources. En conséquence, les techniques utilisées pour le développement des systèmes embarqués classiques ne peuvent être appliquées. Aujourd’hui les capteurs sans fil ont été réalisés en utilisant une architecture monoprocesseur. Cette approche ne permet pas de réaliser un capteur sans fil robuste et à énergie efficiente pour les applications telles que agriculture de précision (en extérieur) et télémédecine. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont pour but de développer une nouvelle approche pour la réalisation d’un capteur sans fil en utilisant une architecture multicoeur pour permettre à la fois d’augmenter sa robustesse et sa durée de vie (minimiser sa consommation énergétique). / The wireless sensor network is a key technology in the 21st century because it has multitude applications and it becomes the new way of interaction between physical environment and computer system. Moreover, the wireless sensor network is a high resource constraint system. Consequently, the techniques used for the development of traditional embedded systems cannot be directly applied. Today wireless sensor nodes were implemented by using only one single processor architecture. This approach does not achieve a robust and efficient energy wireless sensor network for applications such as precision agriculture (outdoor) and telemedicine. The aim of this thesis is to develop a new approach for the realization of a wireless sensor network node using multicore architecture to enable to increase both its robustness and lifetime (reduce energy consumption).

The evolution of IoT has revolutionized industrial automation. Industrial devices at every level such as field devices, control devices, enterprise level devices etc., are connected to the Internet, where they can be accessed easily. It has significantly changed the way applications are developed on the industrial automation systems. It led to the paradigm shift where novel IoT application development tools such as Node-RED can be used to develop complex industrial applications as IoT orchestrations. However, in the current state, these applications are bound strictly to devices from specific vendors and ecosystems. They cannot be re-used with devices from other vendors and platforms, since the applications are not semantically interoperable. For this purpose, it is desirable to use platform-independent, vendor-neutral application templates for common automation tasks. However, in the current state in Node-RED such reusable and interoperable application templates cannot be developed. The interoperability problem at the data level can be addressed in IoT, using Semantic Web (SW) technologies. However, for an industrial engineer or an IoT application developer, SW technologies are not very easy to use. In order to enable efficient use of SW technologies to create interoperable IoT applications, novel IoT tools are required. For this purpose, in this paper we propose a novel semantic extension to the widely used Node-RED tool by introducing semantic definitions such as iot.schema.org semantic models into Node-RED. The tool guides a non-expert in semantic technologies such as a device vendor, a machine builder to configure the semantics of a device consistently. Moreover, it also enables an engineer, IoT application developer to design and develop semantically interoperable IoT applications with minimal effort. Our approach accelerates the application development process by introducing novel semantic application templates called Recipes in Node-RED. Using Recipes, complex application development tasks such as skill matching between Recipes and existing things can be automated.We will present the approach to perform automated skill matching on the Cloud or on the Edge of an automation system. We performed quantitative and qualitative evaluation of our approach to test the feasibility and scalability of the approach in real world scenarios. The results of the evaluation are presented and discussed in the paper. / Die Entwicklung des Internet der Dinge (IoT) hat die industrielle Automatisierung revolutioniert. Industrielle Geräte auf allen Ebenen wie Feldgeräte, Steuergeräte, Geräte auf Unternehmensebene usw. sind mit dem Internet verbunden, wodurch problemlos auf sie zugegriffen werden kann. Es hat die Art und Weise, wie Anwendungen auf industriellen Automatisierungssystemen entwickelt werden, deutlich verändert. Es führte zum Paradigmenwechsel, wo neuartige IoT Anwendungsentwicklungstools, wie Node-RED, verwendet werden können, um komplexe industrielle Anwendungen als IoT-Orchestrierungen zu entwickeln. Aktuell sind diese Anwendungen jedoch ausschließlich an Geräte bestimmter Anbieter und Ökosysteme gebunden. Sie können nicht mit Geräten anderer Anbieter und Plattformen verbunden werden, da die Anwendungen nicht semantisch interoperabel sind. Daher ist es wünschenswert, plattformunabhängige, herstellerneutrale Anwendungsvorlagen für allgemeine Automatisierungsaufgaben zu verwenden. Im aktuellen Status von Node-RED können solche wiederverwendbaren und interoperablen Anwendungsvorlagen jedoch nicht entwickelt werden. Diese Interoperabilitätsprobleme auf Datenebene können im IoT mithilfe von Semantic Web (SW) -Technologien behoben werden. Für Ingenieure oder Entwickler von IoT-Anwendungen sind SW-Technologien nicht sehr einfach zu verwenden. Zur Erstellung interoperabler IoT-Anwendungen sind daher neuartige IoT-Tools erforderlich. Zu diesem Zweck schlagen wir eine neuartige semantische Erweiterung des weit verbreiteten Node-RED-Tools vor, indem wir semantische Definitionen wie iot.schema.org in die semantischen Modelle von NODE-Red einführen. Das Tool leitet einen Gerätehersteller oder Maschinebauer, die keine Experten in semantische Technologien sind, an um die Semantik eines Geräts konsistent zu konfigurieren. Darüber hinaus ermöglicht es auch einem Ingenieur oder IoT-Anwendungsentwickler, semantische, interoperable IoT-Anwendungen mit minimalem Aufwand zu entwerfen und entwicklen Unser Ansatz beschleunigt die Anwendungsentwicklungsprozesse durch Einführung neuartiger semantischer Anwendungsvorlagen namens Rezepte für Node-RED. Durch die Verwendung von Rezepten können komplexe Anwendungsentwicklungsaufgaben wie das Abgleichen von Funktionen zwischen Rezepten und vorhandenen Strukturen automatisiert werden. Wir demonstrieren Skill-Matching in der Cloud oder am Industrial Edge eines Automatisierungssystems. Wir haben dafür quantitative und qualitative Bewertung unseres Ansatzes durchgeführt, um die Machbarkeit und Skalierbarkeit des Ansatzes in realen Szenarien zu testen. Die Ergebnisse der Bewertung werden in dieser Arbeit vorgestellt und diskutiert.

L'Internet des objets (IoT) implique la connexion des appareils embarqués tels que les capteurs, les électroménagers, les compteurs intelligents, les appareils de surveillance de la santé, et même les lampadaires à l'Internet. Une grande variété d'appareils intelligents et en réseau sont de plus en plus à la disposition de bénéficier de nombreux domaines d'application. Pour faciliter cette connexion, la recherche et l'industrie ont mis un certain nombre d'avancées dans la technologie microélectronique, de la radio de faible puissance, et du réseautage au cours de la dernière décennie. L'objectif est de permettre aux appareils embarqués de devenir IP activé et une partie intégrante des services sur l'Internet. Ces appareils connectés sont considérés comme les objets intelligents qui sont caractérisés par des capacités de détection, de traitement, et de réseautage. Les réseaux personnels sans fil à faible consommation d'IPv6 (6LoWPANs) jouent un rôle important dans l'IoT, surtout sur la consommation d'énergie (de faible puissance), la disponibilité omniprésente (sans fil), et l'intégration d'Internet (IPv6). La popularité des applications sur le Web, aux côtés de ses standards ouverts et de l'accessibilité à travers d'une large gamme d'appareils tels que les ordinateurs de bureau, les ordinateurs portables, les téléphones mobiles, les consoles de jeu, fait que le Web est une plateforme universelle idéale pour l'IoT à l'avenir. Par conséquent, quand de plus en plus d'objets intelligents se connectent à l'Internet, l'IoT est naturellement évolué pour la provision des services des objets intelligents sur le Web, comme des millions de services Web d'aujourd'hui. Puis vient une nouvelle opportunité pour des applications vraiment intelligentes et omniprésentes qui peuvent intégrer des objets intelligents et des services Web conventionnels en utilisant des standards Web ouverts. Nous appelons ces applications les applications IoT sur le Web. Cette thèse propose une solution complète pour la provision de 6LoWPAN avec une annotation sémantique pour pousser le développement d'applications IoT sur le Web. Nous visons à offrir des services d'objets intelligents pour le Web et les rendre accessibles par beaucoup d'API Web qui existe en considérant des contraintes de 6LoWPAN comme les ressources limitées (ROM, RAM et CPU), la faible puissance, et la communication à faible débit. Il y a quatre contributions: (i) La première contribution est sur l'architecture globale de la provision sémantique de services pour les applications IoT sur le Web qui comprennent trois sous-systèmes: le système de communication des services, le système de provision des services, et le système d'intégration des services. (ii) La deuxième contribution étudie un modèle d'interconnexion entre les réseaux 6LoWPAN et les réseaux IPv6 réguliers par la conception, la mise en oeuvre et l'évaluation de la performance d'un 6LoWPAN qui constitué des MTM-CM5000-MSP TelosB motes pour les objets intelligents, et le Raspberry Pi pour un routeur de bordure. (iii) La troisième contribution présente en détails de l'architecture, des algorithmes et des mécanismes pour la provision des services des objets intelligents fiables, évolutifs et sécurisés en respectant des contraintes de ressources limitées; (iv) La quatrième contribution est composée de deux applications innovantes IoT sur le Web pour l'intégration des services dans lesquels nous appliquons l'architecture proposée: un système d'automatisation de la construction (SamBAS) et une plateforme Social IoT (ThingsChat) / This dissertation proposes a complete solution to provision 6LoWPAN services with semantic annotation that enables the development of IoT applications on Web. We aim to bring smart object services to the Web and make them accessible by plenty of existing Web APIs in consideration of 6LoWPAN constraints such as limited resources (ROM, RAM, and CPU), low-power, and low-bitrate communication links. There are four contributions: (i) The first contribution is about the overall architecture of the semantic service provisioning for IoT application on Web consisting of three subsystems: service communication, service provisioning, and service integration. (ii) The second contribution studies the internetworking model between 6LoWPAN and regular IPv6 networks by a design, implementation, and performance evaluation of a 6LoWPAN consisting of MTM-CM5000-MSP TelosB motes with TI MSP430F1611 microprocessors and CC2420 IEEE 802.15.4 radio transceivers for smart objects, and Raspberry Pi for an edge router; (iii) The third contribution presents the detailed architecture, algorithms, and mechanisms for provisioning reliable, scalable, and secure smart object services with respect to its resource-constrained requirements; (iv) The fourth contribution is in application domain for service integration in which we apply the proposed architecture on two innovative IoT applications on Web: a building automation system (SamBAS) and a Social IoT platform (ThingsChat)

This thesis proposes a collaboration framework for the Web of Things based on the concepts of Service-oriented Architecture and integrated with semantic web technologies to offer new possibilities in terms of efficient asset management during operations requiring multi-actor collaboration. The motivation for the project comes from the rise in disasters where effective cross-organisation collaboration can increase the efficiency of critical information dissemination. Organisational boundaries of participants as well as their IT capability and trust issues hinders the deployment of a multi-party collaboration framework, thereby preventing timely dissemination of critical data. In order to tackle some of these issues, this thesis proposes a new collaboration framework consisting of a resource-based data model, resource-oriented access control mechanism and semantic technologies utilising the Semantic Sensor Network Ontology that can be used simultaneously by multiple actors without impacting each other’s networks and thus increase the efficiency of disaster management and relief operations. The generic design of the framework enables future extensions, thus enabling its exploitation across many application domains. The performance of the framework is evaluated in two areas: the capability of the access control mechanism to scale with increasing number of devices, and the capability of the semantic annotation process to increase in efficiency as more information is provided. The results demonstrate that the proposed framework is fit for purpose.

Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2016 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmethodik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technische Universität Dresden und technischesdesign.org ermöglichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP) und dem Rat für Formgebung die fachübergreifende Diskussion des Schwerpunkt- Themas inmitten der interdisziplinären Dresdner Wissenschaftslandschaft. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (ISBN 978-3-95908-061-3, herausgegeben von Jens Krzywinski et al.) fasst die Beiträge zum Industrial Design zusammen.