A decentralized API registration and discovery system on the Ethereum blockchain utilized for smart cities

datacite.contributor.RelatedPersonΛογοθέτης, Μιχαήλ
datacite.contributor.RelatedPersonΛυμπερόπουλος, Δημήτριος
datacite.contributor.SupervisorΔενάζης, Σπύρος
dc.contributor.authorΠαππάς, Θωμάς
dc.contributor.otherPappas, Thomas
dc.date.accessioned2023-03-07T12:34:27Z
dc.date.available2023-03-07T12:34:27Z
dc.date.issued2023-03-02
dc.degreegraduateThesis
dc.description.abstractThe rapid emergence of the Internet of Things (IoT) technology has prospered the concept of smart city, which refers to an urban area that facilitates the coexistence of people, organizations, environment and technology. IoT plays a major role, as it enables the sensing of physical events that occur, along with actuating on various objects in a city, thus granting valuable information and services for the citizens. Usually, the architecture of a smart city IoT implementation can be conceptualized in five distinct layers. The realization of IoT in smart cities faces a significant obstacle in the form of interoperability challenges inside and between these five layers. Interoperability denotes the capacity of various systems to communicate and exchange data smoothly, without requiring manual intervention. The absence of interoperability between IoT devices and software systems can lead to information silos, wherein data cannot be accessed or utilized by other systems. This thesis focuses on the discoverability of Layer 3 platform systems by Layer 4 applications, without prior knowledge of them, in a complex city scenario. Layer 3 platforms abstract the sensor and networking layers from the end-user applications and are responsible for the registration, discovery and management of devices (sensors, actuators), security, semantics and communication management with other software systems. Generally, platforms expose RESTful northbound APIs, so applications can onboard and receive data and functionality. The proliferation of these APIs is a prominent issue and a common place for the accumulation of the API specifications of the platforms is necessary. After examining the importance of transparency of operations in a collaborative environment such as a smart city, the utilization of Peer-to-Peer systems is unfolded. Taking into consideration the advantages, but also the limitations of blockchain networks, the solution proposed is a decentralized API Directory that can be deployed in any Ethereum Virtual Machine (EVM) compatible public or private blockchain. This API Directory can be used as a common place for smart-city IoT platforms to publish their API specifications, formulated on the OpenAPI specification standard, and for end-user applications to discover them based on location and desired category. Finally, a smart parking use case is demonstrated as a proof of concept for the system.
dc.description.translatedabstractΗ ραγδαία εμφάνιση της τεχνολογίας του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT) ευνόησε την έννοια της έξυπνης πόλης, η οποία αναφέρεται σε μια αστική περιοχή που διευκολύνει τη συνύπαρξη ανθρώπων, οργανισμών, περιβάλλοντος και τεχνολογίας. Το IoT παίζει σημαντικό ρόλο, καθώς επιτρέπει την ανίχνευση φυσικών γεγονότων που συμβαίνουν (sensing) μαζί με την ενέργεια πάνω σε διάφορα αντικείμενα (actuation) σε μια πόλη, παρέχοντας έτσι πολύτιμες πληροφορίες και υπηρεσίες για τους πολίτες. Συνήθως, η αρχιτεκτονική μιας εφαρμογής IoT σε μια έξυπνη πόλη μπορεί να συλληφθεί σε πέντε διακριτά επίπεδα. Η υλοποίηση του IoT στις έξυπνες πόλεις αντιμετωπίζει ένα σημαντικό εμπόδιο με τη μορφή θεμάτων διαλειτουργικότητας εντός και μεταξύ αυτών των πέντε επιπέδων. Η διαλειτουργικότητα δηλώνει την ικανότητα των διαφόρων συστημάτων να επικοινωνούν και να ανταλλάσσουν δεδομένα ομαλά, χωρίς να απαιτείται χειροκίνητη παρέμβαση. Η απουσία διαλειτουργικότητας μεταξύ των συσκευών και των συστημάτων λογισμικού μπορεί να οδηγήσει σε σιλό πληροφοριών, όπου τα δεδομένα δεν μπορούν να προσπελαστούν ή να αξιοποιηθούν από άλλα συστήματα. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην ανιχνευσιμότητα των συστημάτων πλατφόρμας επιπέδου 3 από εφαρμογές χρήστη επιπέδου 4, χωρίς προηγούμενη γνώση τους, σε ένα σύνθετο σενάριο πόλης. Οι πλατφόρμες επιπέδου 3 αφαιρούν από τις εφαρμογές χρήστη την πολυπλοκότητα που έρχεται από τα επίπεδα αισθητήρων και δικτύωσης. Οι πλατφόρμες αυτές είναι υπεύθυνες για την εγγραφή, την ανακάλυψη και τη διαχείριση των συσκευών (αισθητήρες, ενεργοποιητές), την ασφάλεια, τη σημασιολογική οργάνωση της πληροφορίας και τη διαχείριση της επικοινωνίας με άλλα συστήματα λογισμικού. Γενικά, οι πλατφόρμες εκθέτουν RESTful APIs βόρειας κατεύθυνσης, ώστε οι εφαρμογές να μπορούν να επιβιβάζονται και να λαμβάνουν δεδομένα και λειτουργίες. Ο πολλαπλασιασμός αυτών των API είναι ένα σημαντικό ζήτημα και έτσι, ένας κοινός τόπος για τη συσσώρευση των προδιαγραφών API των πλατφορμών είναι απαραίτητος. Αφού εξεταστεί η σημασία της διαφάνειας των λειτουργιών που λαμβάνουν χώρα σε ένα συνεργατικό περιβάλλον όπως μια έξυπνη πόλη, αναγνωρίζεται η αξιοποίηση των ομότιμων συστημάτων (Peer-to-Peer). Λαμβάνοντας υπόψη τα πλεονεκτήματα, αλλά και τους περιορισμούς των δικτύων blockchain, η λύση που προτείνεται είναι ένας αποκεντρωμένος κατάλογος API που μπορεί να αναπτυχθεί σε οποιοδήποτε δημόσιο ή ιδιωτικό blockchain συμβατό με το Ethereum Virtual Machine (EVM). Αυτός ο κατάλογος API μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κοινός τόπος για τις πλατφόρμες IoT των έξυπνων πόλεων, όπου θα δημοσιεύουν τις προδιαγραφές των API τους, διατυπωμένες με βάση το πρότυπο προδιαγραφών OpenAPI, και για τις εφαρμογές χρηστών να τις ανακαλύπτουν με βάση την τοποθεσία και την επιθυμητή κατηγορία. Τέλος, παρουσιάζεται μια περίπτωση χρήσης έξυπνης στάθμευσης ως απόδειξη της έννοιας και λειτουργίας του συστήματος.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/24723
dc.language.isoen
dc.rightsCC0 1.0 Universal*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/*
dc.subjectBlockchain network
dc.subjectInternet of Things (IoT)
dc.subjectAPI directories
dc.subjectSmart cities
dc.subject.alternativeΔιαδίκτυο των Πραγμάτων
dc.subject.alternativeΈξυπνες πόλεις
dc.titleA decentralized API registration and discovery system on the Ethereum blockchain utilized for smart cities
dc.title.alternativeΑποκεντρωμένο σύστημα εγγραφής και ανεύρεσης API στο Ethereum blockchain για την χρήση σε έξυπνες πόλεις

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Thesis_Pappas_Thomas (eng).pdf
Size:
4.72 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: