Responsabil de proiect: Dr. ing. Radu Marius BONCEA – CS III

Obiectivele generale ale proiectului

1. Identificarea problemelor deosebite în adopția tehnologiei IoT și implementarea sistemelor IoT complexe.
2. Dezvoltarea de soluții care se adresează unor probleme complexe in sisteme de tip IoT precum stocarea și pre-procesarea unor volume mari de date generate de sisteme IoT, acomodarea unor standarde multiple în comunicații și a diverselor standarde semantice, amplasarea optimă a senzorilor, selectia de senzori/dispozitive/tehnologii/platforme IoT, creșterea rezilienței rețelelor, analizarea comportamentului dispozitivelor IoT.
3. Implementarea unei platforme IoT, prin extinderea funcționalității și adaptarea unei platforme de tip SIOC dezvoltată de ICI în programul nucleu anterior, având ca cerințe de nivel înalt o arhitectură distribuită în vederea acomodării de volume mari de date, toleranță ridicată la erori prin scalarea la nivel de cluster, integrarea brokerilor de mesaje cu suport pentru protocoale comune de comunicații și suport multi-tenant.
4. Dezvoltarea de dispozitive IoT staționare și mobile care colectează date din mediul ambiental și care se supun cerințelor soluțiilor care rezolvă problemele de amplasare, NP-hard în creșterea rezilienței rețelelor, optimizarea operațională (ex. constrângerea energetică) și analizei profilului dispozitivelor IoT.
5. Demonstrarea soluțiilor, a metodelor și conceptelor dezvoltate în cadrul proiectului prin integrarea acestora în platforma IoT și dezvoltarea unui caz de utilizare (use-case) cu potențial ridicat de impact asupra calității vieții umane. Un astfel de use-case poate fi, fără a ne limita doar la, monitorizarea calității aerului.
6. Creșterea prestigiului instituțional în domeniul cercetării avansate și a tehnologiilor specifice sistemelor complexe de tip IoT prin diseminarea rezultatelor în reviste de specialitate si conferinte indexate ISI/BDI. Atingerea acestui obiectiv facilitează creșterea colaborării europene și internaționale.
7. Câștigarea de noi competențe și consolidarea cunoștințelor în domeniile de specializare inteligentă a cercetătorilor implicați, domenii precum rețele ale viitorului, IoT, sisteme de inteligență artificială, eco-tehnologii. În mod special se urmărește consolidarea laboratoarelor de inovare în domeniul IoT și AI, laboratoare pe care ICI le-a implementat în cadrul proiectului „Laboratoare de inovare în scopul creșterii performanței instituționale și dezvoltării competențelor în domeniul tehnologiilor emergente și disruptive (ICI INNOLAB)”.

Descriere proiect

Proiectul își propune identificarea problemelor deosebite în adopția și integrarea sistemelor de tip IoT și furnizarea unor soluții avansate în ceea ce privește eficiența, fiabilitatea, scalarea, interoperabilitatea și securitatea.

Problemele care vor fi abordate, cu scopul de a fi soluționate de către echipa de proiect, sunt prezentate în continuare:

• amplasarea dispozitivelor IoT în cadrul rețelelor de sensori;
• comportamentul profilului senzorilor și actuatorilor IoT;
• selectia de senzori/dispozitive/tehnologii/platforme/aplicații IoT și optimizare operațională în sisteme IoT;
• creșterea rezilienței rețelelor de senzori;
• stocarea, procesarea și analizarea unor volume mari de date și transformarea lor în informații acționabile;
• integrarea de echipamente în platforme IoT, siguranța și securitatea datelor.

Ne propunem ca soluțiile obținute la problemele descrise mai sus să le demonstrăm experimental prin integrarea lor într-o platformă IoT de tip serviciu (IoT as Service), platformă pe care o vom dezvolta prin extinderea unei platforme deja existente, de tip SIOC (Smart Integrated Operation and Control https://www.ici.ro/ro/ici-sioc/), implementată de către ICI în cadrul proiectului PN19370401 „Soluții noi pentru probleme complexe din domenii actuale de cercetare TIC bazate pe modelare și optimizare”, Programul Nucleu 2019-2022. Platforma ICI-SIOC a fost dezvoltată în vederea monitorizării infrastructurilor IT, în special infrastructurile de tip cloud și serviciile și aplicațiile asociate acestor infrastructuri. Astfel, pentru demonstrarea soluțiilor propuse, echipa de proiect își propune extinderea și adaptarea ICI-SIOC pentru îndeplinirea cerințelor asociate platformei IoT ca și serviciu, cerințe precum: capabilități de management a dispozitivelor IoT, suport pentru procese IoT finale (procese actuating), suport pentru diverse protocoale de comunicații specifice IoT, persistență stratificată a datelor (pe termen scurt și consolidarea datelor istorice), analiză statistică, corelare și transformare a datelor în informații acționabile.

Extinderea ICI-SIOC va avea în vedere:

• Adoptarea unei arhitecturi distribuite pentru a acomoda volume mari de date cu etichete multiple, specifice Internetului Obiectelor.
• Toleranță înaltă la erori, prin scalarea la nivel de cluster.
• Robustețe și eficiență, fiecare nod din sistem putând să gestioneze mii, chiar zeci de mii de dispozitive IoT.
• Integrarea brokerilor de mesaje utilizați de sistemele IoT și suport pentru protocoale de comunicații la nivel de aplicații precum: CoAP, MQTT, AMQP.
• Adaptarea soluției la un mediu multi-tenant cu scopul facilitării dezvoltării ulterioare a suportului pentru servicii digitale de către platformă (Platform as a Service).

Rezumând, scopul proiectului este dezvoltarea de soluții avansate pentru un set de probleme complexe pe care industria și mediul economic le întâmpină în adopția și implementarea la scară industrială a unei tehnologii IoT și demonstrarea acestor soluții folosind o platformă IoT dezvoltată integral în cadrul ICI, având ca rezultat final un prototip. Soluțiile dezvoltate, care pot fi modele, metode, algoritmi (MMA) sau aplicații care integrează MMA, nu depind de platforma IoT, ele putând fi integrate sub formă de servicii și/sau instrumente software suport în alte platforme, deși această integrare va presupune un grad înalt de dezvoltare software. Astfel, nu este în scopul proiectului, dezvoltarea de interfețe sau metode de integrare generale cu alte platforme IoT.

Ne propunem ca demonstrarea soluțiilor cu ajutorul platformei IoT să fie făcută prin intermediul unui scenariu sau caz de utilizare (use case), precum creșterea calității vieții umane prin monitorizarea calității aerului folosind datele culese de la rețele de senzori. Astfel ne propunem să dezvoltăm dispozitive care colectează în mod constant date metrologice localizate în timp și spațiu despre mediu, precum temperatura, umiditatea, concentrațiile de gaze componente sau poluanții majori, concentrațiile de particule de praf sau aerosolii de natură antropică. Această colectare poate avea la bază date obținute de la senzori staționari sau mobili și, din punct de vedere științific, este de interes deosebit a se vedea în ce măsură datele colectate în cele două moduri pot fi corelate sau aliniate, ținând cont de faptul că datele colectate de la senzorii mobili ar trebui să prezinte anomalii sau devieri față de senzorii staționari în funcție de parametrii adiționali precum viteza și poziția relativă. Astfel de probleme sunt descrise în continuare, în secțiunea privind „Situația curentă și gradul de noutate”.

Rezultate estimate

Estimăm ca implementarea proiectului să se concretizeze prin următoarele rezultate:

• Studii:
  • Studiu privind problemele actuale și complexe în sisteme de tip IoT;
  • Studiu despre arhitecturile de referință de tip deschis pentru platforme IoT;
  • Studiu privind metode și modele de analiză a datelor de tip metric și localizate în timp și spațiu;
  • Studiu cu privire la metodele de procesare a datelor cu scopul obținerii de informații acționabile;
  • Studiu cu privire la datele colectate de sistem de la dispozitivele IoT staționare și mobile
• Metode, modele, algoritmi, software:
  • Model de arhitectură la nivel înalt pentru o soluție de platformă IoT;
  • Metode si modele pentru probleme complexe in sisteme IoT bazate pe teoria grafurilor si invatare automata;
  • Metode si modele pentru probleme complexe in sisteme IoT bazate pe analiza multicriteriala si modele comportamentale
  • Model pentru un dispozitiv staționar de colectare a datelor din mediu ambiental;
  • Model pentru un dispozitiv mobil de colectare a datelor din mediu ambiental;
  • Metode și modele de procesare a datelor generate de sisteme IoT
  • Metode, modele și algoritmi de optimizare pentru problemele din IoT
  • Algoritmi si software pentru sisteme IoT bazate pe teoria grafurilor si invatare automata;
  • Algoritmi si software pentru sisteme IoT bazate pe analiza multicriteriala si modele comportamentale
• Soluții prototip, concepte:
  • Dispozitiv prototip IoT staționar care colectează date din mediul ambiental;
  • Dispozitiv prototip IoT mobil care colectează date din mediul ambiental;
  • Platformă IoT prototip multi-tenant, de înaltă disponibilitate;
• Brevete, modele industriale
  • Brevetarea sau înscrierea ca model industrial al dispozitivului IoT staționar/mobil care culege date din mediul ambiental.
• Documentație privind integrarea tehnologică în vederea dezvoltării ulterioare ca produs/serviciu și a operaționalizării platformei IoT ca și concept;
• Publicare a minim 10 articole științifice indexate ISI în reviste jurnal sau în cadrul conferințelor de specialitate.
• Organizarea unui workshop spre finalul proiectului, cu invitarea părților interesate (firme care activează în domeniu, cercetători)