scholarly journals Distributed decision making frameworks for resource allocation in cyber-physical systems

2021 ◽  
Author(s):  
Γεώργιος Μήτσης
Keyword(s):  
Decision Making ◽  
Resource Allocation ◽  
Energy Transfer ◽  
Internet Of Things ◽  
Cyber Physical Systems ◽  
Wireless Energy Transfer ◽  
Physical Systems ◽  
Distributed Decision Making ◽  
Multi Access ◽  
Distributed Decision

Στην προσπάθεια υλοποίησης της πέμπτης γενιάς (5G) ασυρμάτων δικτύων, του Διαδικτύου των Πραγμάτων (Internet of Things) και του Απτού Διαδικτύου (Tactile Internet), η ανάπτυξη έξυπνων μεθόδων επικοινωνίας και υπολογισμού είναι κομβικής σημασίας. Η επόμενη γενιά ασύρματων δικτύων θα χαρακτηρίζεται από περιορισμένη διαθεσιμότητα πόρων, και έτσι στην παρούσα διατριβή προσπαθούμε να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα της αποτελεσματικής διάθεσης αυτών των υπολογιστικών και επικοινωνιακών πόρων, επιτυγχάνοντας παράλληλα υψηλή ποιότητα υπηρεσιών και εμπειρίας για τις συσκευές και τους χρήστες. Λαμβάνοντας υπόψιν την αλληλεξάρτηση των συσκευών, καθώς έχουν πρόσβαση και μοιράζονται κοινούς πόρους, αλλά και λόγω της αυξανόμενης νοημοσύνης που διαθέτουν, η οποία τους επιτρέπει να κάνουν οι ίδιες επιλογές με στόχο το προσωπικό τους όφελος, φαίνεται φυσική η υιοθέτηση μιας πιο ατομοκεντρικής προσέγγισης, η οποία οδηγεί σε πιο αποκεντρωμένες λύσεις. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάσαμε τη δημιουργία πλαισίων λήψης αποφάσεων, όπου οι συσκευές εκμεταλλεύονται τις δυνατότητες του δικτύου προκειμένου να μειώσουν την κατανάλωση πόρων τους και να εκτελέσουν αποτελεσματικότερα τις εργασίες τους. Αρχικά, εξετάσαμε την επέκταση της διάρκειας ζωής της μπαταρίας κινητών συσκευών σε περιβάλλοντα επικοινωνίας μηχανή με μηχανή, προκειμένου να διασφαλιστεί η λειτουργία του συστήματος Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, λαμβάνοντας υπόψη τη διαχείριση πληροφοριών παρόμοιου περιεχομένου και εστιάζοντας στη χρήση κοινωνικών ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών των συσκευών. Για το λόγο αυτό, προτείναμε έναν μηχανισμό συσταδοποίησης που λαμβάνει υπόψη τόσο την φυσική απόσταση και την ενεργειακή διαθεσιμότητα, όσο και το περιεχόμενο των δεδομένων που διαθέτουν, έτσι ώστε να πετύχουμε αποδοτική ομαδοποίηση των συσκευών, καθώς και να ορίσουμε έναν υψηλής ενεργειακής διαθεσιμότητας εκπρόσωπο για κάθε ομάδα. Ο εκπρόσωπος αυτός είναι υπεύθυνος για να παρέχει στις υπόλοιπες συσκευές αρκετή ισχύ για την αποστολή των δεδομένων τους μέσω ασύρματης μεταφοράς ενέργειας (Wireless Energy Transfer), τη συλλογή όλων των πληροφοριών από τις συσκευές της ομάδας του και την προώθησή τους στον σταθμό βάσης για περαιτέρω επεξεργασία. Στη συνέχεια επικυρωθήκαμε στα περιβάλλοντα Υπολογισμού στα Άκρα Πολλαπλής Πρόσβασης (Multi-access Edge Computing), όπου οι διακομιστές προσφέρουν υπολογιστικούς πόρους στους τελικούς κινητούς χρήστες. Μελετήθηκε ένα σενάριο πολλαπλών χρηστών και πολλαπλών διακομιστών στο οποίο οι χρήστες επιθυμούν να αποφορτίσουν μέρος των υπολογιστικών τους εργασιών και οι διακομιστές ορίζουν μια τιμή για την παροχή της υπηρεσίας τους. Ο χρήστης είναι σε θέση να επιλέξει τον διακομιστή στον οποίο θα στείλει τα δεδομένα του, καθώς και τον όγκο των δεδομένων που θα στείλει, ενώ ο διακομιστής θα επιλέξει την τιμή που θα χρεώσει για κάθε εργασία. Για να πετύχουμε την βέλτιστη επιλογή διακομιστή, υιοθετούμε ένα πλαίσιο ενισχυτικής μάθησης βασισμένο στα στοχαστικά αυτόματα, ενώ ο όγκος των δεδομένων καθορίζεται μέσω ενός μη-συνεργατικού παιγνίου μεταξύ των χρηστών, και η βέλτιστη τιμολόγηση καθορίζεται μέσω ενός προβλήματος βελτιστοποίησης. Η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ χρηστών και διακομιστών διευκολύνεται από έναν ελεγκτή Δικτύωσης Καθορισμένης από Λογισμικό (Software Defined Networking). Στην υπόλοιπη διατριβή, εισάγαμε την έννοια των συμπεριφορικών χαρακτηριστικών των χρηστών, προκειμένου να αποτυπώσουμε το γεγονός ότι οι χρήστες δε λειτουργούν ως ουδέτεροι μεγιστοποιητές, αλλά αντίθετα επιδεικνύουν πιο περίπλοκη συμπεριφορά σε συνθήκες αβεβαιότητας. Μελετάμε ένα περιβάλλον Υπολογισμού στα Άκρα Πολλαπλής Πρόσβασης με πολλούς χρήστες και έναν διακομιστή, ο οποίος θεωρείται ως εύθραυστη πηγή κοινόχρηστων πόρων, και έτσι με βάση τη χρήση του ορίζεται και η πιθανότητα αποτυχίας εκτέλεσης των εργασιών που έχει αναλάβει, με αντίστοιχες απώλειες για τους χρήστες. Το πρόβλημα διαμορφώνεται ως ένα μη-συνεργατικό παίγνιο μεταξύ των χρηστών, με το οποίο οι χρήστες επιλέγουν τον όγκο δεδομένων που θα αποφορτώσουν στον διακομιστή. Προκειμένου να μοντελοποιηθούν αυτά τα συμπεριφορικά χαρακτηριστικά, υιοθετήσαμε τις αρχές της Θεωρίας Προοπτικής και επιλέχθηκε μια πολιτική τιμολόγησης που βασίζεται στη χρήση του διακομιστή από τους χρήστες, με σκοπό να αποτρέπεται η αλόγιστη χρήση του και να μειωθεί η πιθανότητα αποτυχίας του. Τέλος επεκτείναμε την παραπάνω ιδέα σε ένα περιβάλλον πολλαπλών χρηστών και πολλαπλών διακομιστών, όπου εμφανίζονται δυο επιπλέον προβλήματα, το πρόβλημα της επιλογής διακομιστή από τους χρήστες και την επιλογή τιμών από τους διακομιστές. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί πιο ολιστικά το πρόβλημα, ορίσαμε την επιλογή διακομιστή και την επιλογή όγκου εκφόρτωσης ως ένα κοινό πρόβλημα βελτιστοποίησης, επιτρέποντας στους χρήστες να επιλέξουν τον συνδυασμό που μεγιστοποιεί την αντιλαμβανόμενη ωφελιμότητά τους. Για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της επιλογής τιμολόγησης των υπηρεσιών, προτείναμε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις, μια βασισμένη στη Θεωρία Παιγνίων, και μια στην ενισχυτική μάθηση, ανάλογα με τη διαθεσιμότητα πληροφορίας στο σύστημα. Το συνολικό πρόβλημα διαμορφώθηκε ως ένα παίγνιο Stackelberg όπου οι διακομιστές έχουν τον ρόλο του ηγέτη, παίρνοντας αποφάσεις για την τιμολόγηση, και οι χρήστες θεωρούνται ως ακόλουθοι, λαμβάνοντας τις αποφάσεις εκφόρτωσης των δεδομένων τους με βάση τη Θεωρία Προοπτικής.

scholarly journals An Assessment of RFID Applications in Manufacturing Companies

2015 ◽  
Vol 6 (4) ◽  
pp. 33-42 ◽  
Author(s):  
Bartłomiej Gładysz
Keyword(s):  
Decision Making ◽  
Internet Of Things ◽  
Research Program ◽  
Cyber Physical Systems ◽  
Complex Method ◽  
Manufacturing Companies ◽  
Rfid Technology ◽  
Physical Systems ◽  
Early Decision ◽  
Rfid Applications

Abstract The meaning of Cyber Physical Systems and an Internet of Things with indication of RFID position in those concepts was outlined. Research program related to assessment of RFID technology was presented. Author deducted on problems related to RFID implementations and RFID essentially for logistics of manufacturing companies. Research goals and problems were formulated. Tools, techniques, models and methods that could be utilized were proposed and discussed. Research was focused on design of a new method to support early decision making phases for RFID application in logistics of manufacturing companies. Author stated that literature and practice lacks of complex method to answer if RFID is strategically important for the company, which processes should be RFID-supported, how RFID-supported processes should be designed and if RFID-support is rational. Framework for assessment of RFID technology with illustrative example was discussed.

Models of decision support in socio-cyber-physical systems

2019 ◽  
pp. 55-70 ◽  
Author(s):  
A. V. Smirnov ◽  
T. V. Levashova
Keyword(s):  
Decision Making ◽  
Decision Support ◽  
Situation Awareness ◽  
Cyber Physical Systems ◽  
Emergent Behavior ◽  
Emergent Properties ◽  
Decision Making Process ◽  
Physical Systems ◽  
Decision Support Models ◽  
Common Goals

Introduction: Socio-cyber-physical systems are complex non-linear systems. Such systems display emergent properties. Involvement of humans, as a part of these systems, in the decision-making process contributes to overcoming the consequences of the emergent system behavior, since people can use their experience and intuition, not just the programmed rules and procedures.Purpose: Development of models for decision support in socio-cyber-physical systems.Results: A scheme of decision making in socio-cyber-physical systems, a conceptual framework of decision support in these systems, and stepwise decision support models have been developed. The decision-making scheme is that cybernetic components make their decisions first, and if they cannot do this, they ask humans for help. The stepwise models support the decisions made by components of socio-cyber-physical systems at the conventional stages of the decision-making process: situation awareness, problem identification, development of alternatives, choice of a preferred alternative, and decision implementation. The application of the developed models is illustrated through a scenario for planning the execution of a common task for robots.Practical relevance: The developed models enable you to design plans on solving tasks common for system components or on achievement of common goals, and to implement these plans. The models contribute to overcoming the consequences of the emergent behavior of socio-cyber-physical systems, and to the research on machine learning and mobile robot control.

scholarly journals The challenges, approaches, and used techniques of CPS for manufacturing in Industry 4.0: a literature review

2021 ◽  
Vol 113 (7-8) ◽  
pp. 2395-2412
Author(s):  
Baudouin Dafflon ◽  
Nejib Moalla ◽  
Yacine Ouzrout
Keyword(s):  
Internet Of Things ◽  
Industry 4.0 ◽  
Cyber Physical Systems ◽  
Review Literature ◽  
Comprehensive Understanding ◽  
Physical Systems ◽  
Fine Grained ◽  
Key Technologies ◽  
Granularity Level ◽  
Human Component

AbstractThis work aims to review literature related to the latest cyber-physical systems (CPS) for manufacturing in the revolutionary Industry 4.0 for a comprehensive understanding of the challenges, approaches, and used techniques in this domain. Different published studies on CPS for manufacturing in Industry 4.0 paradigms through 2010 to 2019 were searched and summarized. We, then, analyzed the studies at a different granularity level inspecting the title, abstract, and full text to include in the prospective study list. Out of 626 primarily extracted relevant articles, we scrutinized 78 articles as the prospective studies on CPS for manufacturing in Industry 4.0. First, we analyzed the articles’ context to identify the major components along with their associated fine-grained constituents of Industry 4.0. Then, we reviewed different studies through a number of synthesized matrices to narrate the challenges, approaches, and used techniques as the key-enablers of the CPS for manufacturing in Industry 4.0. Although the key technologies of Industry 4.0 are the CPS, Internet of Things (IoT), and Internet of Services (IoS), the human component (HC), cyber component (CC), physical component (PC), and their HC-CC, CC-PC, and HC-PC interfaces need to be standardized to achieve the success of Industry 4.0.

scholarly journals The Importance of Implementing Cyber Physical Systems to Acquire Real-Time Data and Indicators

J ◽  
2021 ◽  
Vol 4 (2) ◽  
pp. 147-153
Author(s):  
Paula Morella ◽  
María Pilar Lambán ◽  
Jesús Antonio Royo ◽  
Juan Carlos Sánchez
Keyword(s):  
Decision Making ◽  
Data Acquisition ◽  
Real Time ◽  
Failure Detection ◽  
Cyber Physical Systems ◽  
Future Research ◽  
Time Data ◽  
Physical Systems ◽  
The Real ◽  
Real Time Data

Among the new trends in technology that have emerged through the Industry 4.0, Cyber Physical Systems (CPS) and Internet of Things (IoT) are crucial for the real-time data acquisition. This data acquisition, together with its transformation in valuable information, are indispensable for the development of real-time indicators. Moreover, real-time indicators provide companies with a competitive advantage over the competition since they enhance the calculus and speed up the decision-making and failure detection. Our research highlights the advantages of real-time data acquisition for supply chains, developing indicators that would be impossible to achieve with traditional systems, improving the accuracy of the existing ones and enhancing the real-time decision-making. Moreover, it brings out the importance of integrating technologies 4.0 in industry, in this case, CPS and IoT, and establishes the main points for a future research agenda of this topic.

scholarly journals Artificial Intelligence and the Internet of Things in Industry 4.0

2021 ◽  
Author(s):  
Petar Radanliev ◽  
David De Roure ◽  
Razvan Nicolescu ◽  
Michael Huth ◽  
Omar Santos
Keyword(s):  
Artificial Intelligence ◽  
Internet Of Things ◽  
Industry 4.0 ◽  
Cyber Physical Systems ◽  
Physical Systems ◽  
Leading Industry ◽  
Key Technologies ◽  
The Internet Of Things ◽  
State Of Art ◽  
Social Level

AbstractThis paper presents a new design for artificial intelligence in cyber-physical systems. We present a survey of principles, policies, design actions and key technologies for CPS, and discusses the state of art of the technology in a qualitative perspective. First, literature published between 2010 and 2021 is reviewed, and compared with the results of a qualitative empirical study that correlates world leading Industry 4.0 frameworks. Second, the study establishes the present and future techniques for increased automation in cyber-physical systems. We present the cybersecurity requirements as they are changing with the integration of artificial intelligence and internet of things in cyber-physical systems. The grounded theory methodology is applied for analysis and modelling the connections and interdependencies between edge components and automation in cyber-physical systems. In addition, the hierarchical cascading methodology is used in combination with the taxonomic classifications, to design a new integrated framework for future cyber-physical systems. The study looks at increased automation in cyber-physical systems from a technical and social level.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document