Contribution to the integration of network simulators and social simulation environments for the modelling of environments and smart devices

Abstract

Esta tesis doctoral se ha desarrollado en las areas de comunicacion avanzada, tecnologias de la informacion y seguridad publica segun el NIST y tambien esta incluido en el area cientifica de la informacion de la sociedad segun la Comision Europea. La idea del trabajo fue concebida por la falta de simuladores de entorno de Inteligencia ambiental que tengan en cuenta tanto la gente que atraviesa estos entornos como los dispositivos que existen en ellos. Por un lado, los actuales simuladores sociales como MASON, Repast o Swarm se centran en la gente que interactua con estos entornos, pero no son capaces de profundizar en la simulacion de los dispositivos y sus comunicaciones. Por otro lado, los actuales simuladores de red como el ns-3, OMNet++ o NetSim se centran en la simulacion de los dispositivos de los entornos de Inteligencia Ambiental y en las comunicaciones entre ellos, pero no son capaces de hacer una simulacion exhaustiva de la gente y su comportamiento. Para resolver este problema, he propuesto en este trabajo de investigacion un co-simulador de Inteligencia Ambiental que he llamado Hydra y que integra tanto MASON (un simulador social) como ns-3 (un simulador de red). Mi propuesta incluye los mecanismos necesarios de coordinacion para hacer que toda la simulacion funcione y todos los modulos necesarios para realizar la simulacion de Inteligencia Ambiental. Adicionalmente, propongo un modelo de datos global que integra los objetos del entorno social y del entorno de red; un modelo de secuencia capaz de integrar ambas simulaciones y un modelo de tiempos para calcular las limitaciones de la simulacion. Basado en las caracteristicas necesarias en un simulador de red, un simulador social y otras identificadas en un simulador de inteligencia ambiental, he propuesto una metodologia para el diseno de simuladores de inteligencia ambiental. He usado esa metodologia para definir el simulador Hydra. Hydra fue integrado en un entorno real de inteligencia ambiental obteniendo datos de sensores y actuadores en el entorno en vez de generarlos desde el propio simulador. Esta integracion permite la prediccion de posibles eventos futuros en el entorno cuyos efectos se podria prevenir o al menos minimizar. Hydra tambien se ha integrado con una plataforma semantica usando un sistema prosumer [Martin et al., 2013] para la creacion sencilla de servicios por usuarios finales sin experiencia creando y desplegando servicios en una plataforma semantica. Este sistema facilita la extraccion de datos que provienen de la plataforma semantica, la ejecucion de simulaciones y la mejora de la experiencia de usuario. Para validar la propuesta se han llevado a cabo experimentaciones, encuestas y simulaciones. Los resultados de la validacion concluyeron que: se puede obtener una simulacion mas completa de entornos de inteligencia ambiental usando Hydra en vez de ejecutar un simulador social y uno de red de forma separada, un metodologia ayudara a la creacion de co-simuladores para entornos de inteligencia ambiental, se pueden predecir eventos futuros en un entorno de inteligencia ambiental usando Hydra y la prosumerizacion ayuda a mejorar la experiencia de usuario. En este trabajo he propuesto la integracion del ns-3 (un simulador de red) y MASON (un simulador social) para crear un sistema que he llamado Hydra y esta basado en una propuesta metodologia que coordina ambos simuladores. Se han propuesto modelos de datos, secuencia y tiempo para definir Hydra y se ha integrado en un entorno de inteligencia ambiental para predecir eventos, asi como tambien se ha integrado en un sistema prosumer para facilitar su uso. Todo este trabajo se valido con resultados positivos. ----------ABSTRACT---------- This PhD Thesis work is developed in the areas of advanced communications, information technology and public safety by the National Institute of Standards and Technology (NIST) and is also embraced in the information society, a science area defined by the European Commission. The idea was conceived due to the lack of Ambient Intelligence (AmI) environment simulators that consider both, the people that traverse these environments and the devices existing in them. On the one hand, current existing social simulators such as Multi-Agent Simulator Of Neighborhoods (MASON), Repast or Swarm are focused on the people that interact in these environments but are not able to do an in-depth simulation of the devices and their communications. On the other hand, current existing network simulators such as ns-3, OMNet++ or NetSim are focused on simulating the devices in AmI environments and the communications among them but are not able to do an exhaustive simulation of people and their behavior. In order to solve this problem, I propose in this work an AmI co-simulator called Hydra, that integrates MASON (a social simulator) and ns-3 (a network simulator). My proposal includes the necessary coordination mechanisms to make the whole simulation work, and all the modules necessary to perform the AmI simulation. Additionally, I propose a global data model, that integrates the objects from the social environment and the network environment; a sequence model able to integrate both simulations and a time model to calculate the limitations of the simulation. Based on the features required in a network simulator, a social simulator and additional ones identified in an AmI simulator, I proposed a methodology for the design of AmI simulators. I used that methodology to define the Hydra simulator. Hydra was integrated into a real AmI environment obtaining the data from the sensors and actuators in the environment rather than generating them in the simulator. This integration enables the prediction of possible future events in the environment that could be prevented or at least minimize its effects. Hydra was also integrated with a semantic platform using a prosumer framework [Martin et al., 2013] for easy service creation by end users with no experience creating and deploying services over a semantic AmI platform. This framework facilitates the extraction of the data provided by the semantic platform, the execution of the simulations and the improvement of the user experience. In order to validate the proposal, several experimentations, surveys and simulations were car ried out. The results from the validation concluded that: a more complete simulation of AmI environments can be obtained using Hydra than executing a social simulator and a network simulator separately, a methodology will help in the creation of co-simulators for AmI environments, future events can be predicted in an AmI environment using Hydra and prosumerization helps improving user experience. In this work, I proposed the integration of ns-3 (a network simulator) and MASON (a social simulator) to create a system I have called Hydra and is based on a proposed methodology that coordinates both simulators. Data, sequence and time models were proposed to define Hydra and it was integrated into an AmI environment for the prediction of events and it was also integrated with a prosumer framework to facilitate its use. All this work was validated with positive results.