Autor: RODRÍGUEZ SELA, Fernando
Título: Contribución a la provisión segura y eficiente de servicios coreografiados sobre redes P2P en entornos de Industria 4.0
Fecha: 2025
Materia: ---
Escuela: E.T.S.I. DE SISTEMAS INFORMÁTICOS
Departamento: SISTEMAS INFORMATICOS
Acceso electrónico: https://oa.upm.es/92047/
Director/a(s):
- Director/a: BORDEL SÁNCHEZ, Borja
Resumen: The fourth industrial revolution, known as Industry 4.0, is driving the digital transformation of production processes from multiple fronts through the integration of different technologies such as the Internet of Things (IoT), artificial intelligence, Big Data and robotics. All these technologies require high computing power and in many cases it is necessary to use devices with very low capacities, such as sensors, mobile devices or other computing requirements that require new needs. In order to meet the needs of Industry 4.0, the use of distributed and decentralized computing networks is necessary, but as mentioned above, many of these devices have very limited hardware, which makes it difficult to manage tasks in a choreographed and efficient way. In other words, this evolution also poses new challenges in terms of coordination, security, reliability and power consumption. In this context, this Thesis focuses on the study and development of advanced solutions for decentralized computing, with the aim of overcoming the limitations inherent to traditional centralized and distributed models. We explore strategies aimed at reducing the dependence on central orchestrators, minimizing the amount of communications required between nodes, improving security through reliable random number generation and optimizing the management of computational resources in environments with high heterogeneity and mobility, as well as guaranteeing reliable computational results with the use of unmanaged equipment. Among the main contributions of this research are: an architecture for the choreographed execution of services in mobile node networks, a lightweight communication protocol imple- mentable in hardware for sensor networks, a secure and efficient mechanism for the validation of results in P2P networks, a random number generation system based on hyperchaotic circuits and the design of a decentralized volunteer computing network supported by game theory. In addition, as a transversal axis, energy efficiency is pursued from different points of view (reducing communications, optimizing choreographic processes, offloading work to CPUs and through the design of efficient execution evaluation mechanisms), therefore this work is framed within the Green Computing movement. As a result, a comprehensive vision of what a decentralized computing infrastructure for robust, secure, scalable and sustainable Industry 4.0 environments should look like is proposed, laying the groundwork for future research in this emerging field. RESUMEN La cuarta revolución industrial, conocida como Industria 4.0, está impulsado la transformación digital de los procesos productivos desde múltiples frentes mediante la integración de distintas tecnologías como el Internet de las Cosas (IoT), la inteligencia artificial, el Big Data y la robótica. Todas estas tecnologías requieren una gran capacidad de computación y en muchos casos es necesario el uso de dispositivos de muy bajas capacidades, como sensores, dispositivos móviles u otros requisitos de computación que requieren de nuevas necesidades. Para lograr cubrir las necesidades de la Industria 4.0, es necesario el uso de redes de computación distribuidas y descentralizadas, pero como se comentó anteriormente, muchos de estos dispositivos disponen de un hardware muy limitado, lo que dificulta la gestión de tareas de manera coreografiada y eficiente. Es decir, esta evolución también plantea nuevos desafíos en términos de coordinación, seguridad, fiabilidad y consumo energético. En este contexto, la presente Tesis se centra en el estudio y desarrollo de soluciones avanzadas para la computación descentralizada, con el objetivo de superar las limitaciones inherentes a los modelos centralizados y distribuidos tradicionales. Se exploran estrategias orientadas a reducir la dependencia de orquestadores centrales, minimizar la cantidad de comunicaciones necesarias entre nodos, mejorar la seguridad mediante generación fiable de números aleatorios y optimizar la gestión de recursos computacionales en entornos con alta heterogeneidad y movilidad, así como garantizar una fiabilidad de resultados computacionales con el uso de equipos no gestionados por nosotros. Entre los principales aportes de esta investigación se encuentran: una arquitectura para la ejecución coreografiada de servicios en redes de nodos móviles, un protocolo de comunicación ligero implementable en hardware para redes de sensores, un mecanismo seguro y eficiente para la validación de resultados en redes P2P, un sistema de genearción de números aleatorios basado en circuitos hipercaóticos y el diseño de una red descentralizada de computación voluntaria apoyada en teoría de juegos. Además, como eje transversal, se persigue la eficiencia energética desde diferentes puntos de vista (reduciendo comunicaciones, optimizando procesos coreográficos, descargando trabajo a las CPU y mediante el diseño de mecanismos de evaluación de ejecuciones eficiente), por tanto este trabajo se encuentra enmarcado dentro del movimiento del Green Computing. Como resultado, se propone una visión integral de cómo debería ser una infraestructura de computación descentralizada para entornos de Industria 4.0, robusta, segura, escalable y sostenible, sentando las bases para futuras investigaciones en este campo emergente.