Edge-to-business value chain delivery via elastic telemetry of cyber-physical systems

Abstract

Cyber-physischen Systeme (CPS) bewirken großartige Weiterentwicklungen im Bereich der IT und verteilten Computer Systeme. CPS verwandeln IT Randbereiche in lebendige Ökosysteme und schaffen damit neue Business Möglichkeiten. Diese Weiterentwicklungen bilden Chancen für neue Kooperationsnetzwerke zwischen verschiedenen Unternehmungen, Dienstleistungen und Dingen(IoT), die wir Edge-to-Business (E2B) Wertschöpfungskette nennen. Mit dem Aufstieg von E2B Entwicklungen ergeben sich neue Möglichkeiten für Ihre Geschäftsmodelle. Wie sie Ihre Businessprozesse in Zukunft steuern hängt maßgeblich von Ihren Geschäftsmodellen, Design Prinzipien, wie sie Ihre Anwendungen erstellen und welche Protokolle Sie zu deren Datenübertragung dafür nutzen, ab. Zu diesem Zweck gibt es einen 3-Schritte-Plan: (i) Herauskristallisieren solcher neuen Möglichkeiten, (ii) Schaffen neuer robuster Design Modelle, (iii) Entwickeln von fairen flexiblem Messmechanismen zum erreichen und skalieren dieser sparsamen virtuellen Wertschöpfungsketten. Im ersten Abschnitt haben wir speziell zuerst über die Entwicklungsmöglichkeiten und Modelle von CPS Anwendungen in den Bereichen für Cloud-Computing, Open Government Data und Health Care gesprochen. Um mehr ins Detail gehen zu können ist es nötig uns in Produkt Topologie Beispiele von Marktreifen Cloud Computing Services einzuarbeiten. Als nächstes verfassen wir eine originelle Abstraktion namens Gov. Data Compute Unit (DCU), sodass Organisationen in der Lage sind Entwicklern formale, strukturierte und programmierbare Daten Quellen Einheiten vielmehr Daten Kataloge in die Hand geben können. Zum Schluss entwickeln wir eine Lösung für die Semantik von Sensoren die Daten abfragen vom sogenannten Edge-Device-Layer. Das sollte die Qualität von unbearbeiteten Senior Daten steigern und sie besser interpretierbar machen. Der zweite Part der These beschäftigt sich mit der Entwicklung von acht IoT Design Vorschlägen im Bereich der computerisierten Konstruktion von technischen Rand Anwendungen. Solche Abstrakten Lösungen befassen sich mit dem Grunddesign und den Grundprinzipien von solchen CPS Lebenszyklen. Unser Schema deckt folgende Anwendungsmöglichkeiten ab: Wiederholungen von zum Beispiel Bereitstellungszeiten, Begrenzte Anwendungsbereitstellung zugeschnitten auf die Datenleitung, Dynamische Anwendungskonfigurationen, Eingeschränkte Anwendungsbenachrichtigungen, Datenübermittlung im Gerät selbst und Wearable facade Entwicklungen, ab. Um die Sache abzurunden gibt es ein eigenes Fernmessprotokoll das entwickelt wurde um als dritter Part die generierten Werte und Daten der CPS Anwendungen zu erfassen. Wir bieten ein Diameter of Thinks (DoT) Protokoll welches einem Werkzeug für Echtzeit-Messungen von Prepaid und Zahlen-nach-Bedarf Wirtschaftsmodell entspricht. Das DoT Protokoll behandelt zeitliche und aktionsabhängige Fernzugriffe. Es ist nun an der Zeit sicherzustellen und zu überprüfen ob unsere Entwicklung Ihre Richtig umgesetzt wurde und einen nutzen für unsere Arbeit bringt. Die technischen Methoden in dieser Abschlussarbeit geben ein besseres Verständnis von die E2B Wertschöpfungskette und können beliebig erweitert werden auf mehr unterschiedliche Geschäftsmodelle, mehr Rand-Design-Modelle und mehr komplexe Messmodelle.

The Cyber-Physical Systems (CPS) brought great computational advancements to transform the computing paradigm into a living ecosystem from edge infrastructures to business value propositions. Such advancements form a collaboration network among various entities, services and things which we call Edge-to-Business (E2B) value chain. However, along with the rise of E2B evolution, there is a need for blueprints on how to define your business models, design principles on how to build your applications, and a protocol on how to generate revenues from your ecosystem. The three-part work plan of the this thesis is to: (i) discover such blueprints, (ii) provide robust design patterns; and (iii) develop fairly flexible metering mechanisms to achieve economies of scale within this virtual value chain. In part one, we first identify the value creation models in the CPS application domains of cloud manufacturing, open government data and health-care. To be more specific, we incorporate product topology templates as a marketable entity for cloud manufacturing service. Next, we propose a novel abstraction unit called Gov. Data Compute Unit (DCU), so that governments are able to feed developers with formalized, structured and programmable data resource units rather than just data catalogs. For the last domain, we develop a solution for the semantic sensor data retrieval from the edge device layer. This enriches the quality of raw sensed data and makes it more interpretable. The second part of the study deals with developing eight IoT design patterns as computational constructs for engineering edge applications. Such abstract solutions comprise core design principles through CPS life cycle. Our patterns cover applications' iteration cycles like provisioning, edge deployment pipeline, dynamic configurations, constrained application messaging, in-device data processing and wearable facade creation. To complete the story, a telemetry protocol is developed at part three to capture the generated value of CPS applications. We offer the Diameter of Things (DoT) protocol that implements a real-time metering in the case of prepaid and pay-per-use economic models. The protocol handles time-based and event-based telemetry patterns. Developed approaches and solutions were reasonably validated to prove the validity and utility of our work. The techniques developed in this thesis give a better understanding of the E2B value chain and can be extended to deliver more diverse business models, more edge design patterns as well as more complex metering models.