Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование моделей, методов и алгоритмов динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей

Сведения об участнике
ФИО
Ролич Алексей Юрьевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Информационные технологии и вычислительные системы
Раздел области наук
Информационные технологии
Тема
Разработка и исследование моделей, методов и алгоритмов динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей
Резюме
Предлагается новый обобщенный критерий оценки эффективности способов реконфигурации базовых элементов интерфейса, математическая модель спецификаций требований пользователей к динамическим реконфигурируемым интерфейсам интернет-вещей, математическая модель среды динамических реконфигурируемых интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах с ограниченными ресурсами метод решения задачи назначения набора базовых элементов интерфейса для реконфигурации интерфейса интернет-вещи и эвристический алгоритм для динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей. Приводится экспериментальное исследование предложенных моделей и методов.
Ключевые слова
Интернет вещей, интерфейс, реконфигурация интерфейса, динамический интерфейс, интернет-вещь, энергоэффективность, визуализация данных.
Цели и задачи
Цель исследовательской работы состоит в разработке математических моделей и методов организации динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах с ограниченными ресурсами.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
1. Проведен обзор и анализ способов организации динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах с ограниченными ресурсами, предложен новый обобщенный критерий оценки эффективности способов реконфигурации базовых элементов интерфейса.
2. Разработаны математические модели: предметной области, спецификации требований пользователей, среды динамических реконфигурируемых интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах с ограниченными ресурсами.
3. Исследованы и разработаны численные методы и алгоритмы решения задачи назначения набора базовых элементов интерфейса для реконфигурации интерфейса интернет-вещи.
4. Верифицированы разработанные модели, методы и алгоритмы с целью проверки их адекватности.
Введение

За последние 5 лет наблюдается активный рост количества устройств, подключенных к сети Интернет. Количество интернет-вещей по оценке MIT Technology Review Business Report, к 2020 году составит примерно 28 млрд. устройств. Cisco IBSG прогнозирует, что к 2015 году к Интернету будет подключено 25 млрд., а к 2020 году - 50 млрд. устройств. 

Актуальными направлениями в области Интернета Вещей являются создание новых аппаратных платформ, разработка специализированных операционных систем, разработка и оптимизация протоколов прикладного уровня, а также разработка моделей и методов визуализации данных, имеющих целью повышение энергоэффективности Интернета Вещей, в том числе и мобильных устройств, для увеличения времени их автономной работы.

Методы и материалы

Объектом исследования являются модели, методы и программные средства динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах с ограниченными ресурсами.

Предметом исследования является применение моделей и методов динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей для оценки затрат ресурсов и увеличения времени автономной работы мобильных устройств с учетом ограничений и требований конечных приложений.

Методы исследования. В научно-исследовательской работе используются методы теории множеств, целочисленного линейного программирования, методы имитационного моделирования.

Практическая значимость. Имитационное моделирование, проведенное с помощью разработанного программного обеспечения, дало возможность оценить преимущества использования методов динамической реконфигурации интерфейса интернет-вещи.

Разработано программное обеспечение для динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах, реализующее необходимые алгоритмы назначения базовых элементов интерфейса свойствами интернет-вещей и позволяющее увеличить время эффективного функционирования мобильного устройств. Данное программное обеспечение может быть использовано в системах проектирования интерфейсов интернет-вещей.

Описание и обсуждение результатов

Концепция Интернета Вещей и применение автономных взаимодействующих по сети устройств является перспективным направлением в сфере удаленного мониторинга, управления и автоматизации. Наличие большого числа научных работ, посвященных различным аспектам функционирования Интернета Вещей, в том числе и связанных с темой настоящей научно-исследовательской работы, позволяет говорить о том, что исследуемые вопросы являются актуальными.

Обзор и анализ работ по теме исследования показал, что открытым вопросом является время эффективной работы мобильного устройства и энергоэфективность интерфейсов интернет-вещей в совокупности с заданными требованиям и ограничениями приложений. Данные требования во многом определяются пользователями интернет-вещей.

Разработана математическая модель предметной области, позволяющая адекватно отразить предметную область динамических реконфигурируемых интерфейсов интернет-вещей.

Разработана математическая модель спецификаций требований пользователей к динамическим реконфигурируемым интерфейсам интернет-вещей.

Разработана математическая модель среды динамических реконфигурируемых интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах с ограниченными ресурсами, позволяющая оценить расход ресурсов на реконфигурацию интерфейса интернет-вещи в зависимости от выбранных базовых элементов интерфейса.

Разработан метод реконфигурации среды базовых элементов интерфейса интернет-вещи, позволяющий решать задачу назначения набора базовых элементов интерфейса свойствам интернет-вещи, заключающийся в сведении задачи назначения базовых элементов интерфейса к оптимизационной задаче целочисленного линейного программирования по критерию минимизации затрат ресурса энергии. Для небольшого числа свойств интернет-вещей можно использовать стандартные методы, для решения задач больших размерностей был предложен приближенный метод.

Исследован и разработан эвристический алгоритм для динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей, дающий заметное приращение по сравнению с другими способами реконфигурации.

Имитационное моделирование, проведенное с помощью разработанного программного обеспечения, дало возможность оценить преимущества использования методов динамической реконфигурации интерфейса интернет-вещи.

Разработано программное обеспечение для динамической реконфигурации интерфейсов интернет-вещей на мобильных устройствах, реализующее необходимые алгоритмы назначения базовых элементов интерфейса свойствами интернет-вещей и позволяющее увеличить время эффективного функционирования мобильного устройств на 6%. Данное программное обеспечение может быть использовано в системах проектирования интерфейсов интернет-вещей.

Используемые источники
1. D. Guinard, V. Trifa, E. Wilde. A resource oriented architecture for the Web of Things // Internet of Things (IoT), 2010 (Tokyo, Japan).
2. D. Guinard, V. Trifa, T. Pham, O. Liechti. Towards physical mashups in the Web of Things // Proc. of the Sixth International Conference on Networked Sensing Systems, (INSS), 2009 (1–4).
3. Balamuralidhara, P., Misra, P. and Pal, A. (2013) Software Platforms for Internet of Things and M2M. Journal of the Indian Institute of Science, 93, 487-498.
4. L. Atzori, A. Iera, G. Morabito, M. Nitti. The Social Internet of Things (SIoT) – When social networks meet the Internet of Things: Concept, architecture and network characterization // Computer Networks 56 (16), Nov. 2012. С. 3594-3608.
5. QianSheng Li, Gershon Dublon, Brian Mayton, Joseph A. Paradiso «Visualizing Real-Time and Historical Ecological Data from a Wireless Sensor Network»


Information about the project
Surname Name
Rolich Alexey
Project title
Development and research of models, methods and algorithms for the dynamic user interface reconfiguration of the smart things
Summary of the project
The work carried out research and development of methods for the dynamic configuration of the smart things interfaces on the mobile devices with limited resources. The given paper represents a study that will examine the methods of smart things interface design using primarily the analysis of existing solutions and full comparison of their advantages and disadvantages. Based on this comparison, the chosen methods will be used for developing the software for designing user interfaces for smart things in the field on Internet of Things (IoT).

It might be expected that the collected material will serve as a reliable information platform for the successful instrument in the field of IoT. To bridge the gap in the knowledge about smart thing interfaces energy consumption it is informative to take stock of many comparable mathematical models for dynamic interface reconfiguration. The material to be obtained will serve to confirm that we can decrease energy consumption on mobile devices by dynamic interface reconfiguration in the field of IoT. To support to the hypothesis of interface energy efficiency it is necessary to focus on simulation and quality of mathematical models.
During the dissertation, it has planned to develop and explore methods of synthesis and analysis of the energy-efficient design solutions smart things data visualization on mobile devices. It is a standard CAD/CAM task in relation to the structure design automation (form) a graphical interface and visualization programs of these interfaces in real time.
Keywords
Internet of Things; smart thing; interface; interface reconfiguration, dynamic recofiguration, energy effiency, data vizualization