Akıllı ev cihazlarının dijital ikizleri üzerinden sosyal ve bilişsel beceriler kazanarak liberalleşmesi için sis bilişim ve dağıtık hesap defteri teknolojisi tabanlı bir mimari tasarım
An architectural design based on fog computing and distributed ledger technologies to liberalize smart home appliances by enabling social and coginitive upskilling via their digital twins
Yazar: CANKAL ALTUN
Danışman: PROF. DR. BÜLENT TAVLI
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Nesnelerin İnterneti (IoT) ekosisteminin belki de insan hayatının en içindeki uygulama alanı olan Akıllı Ev ve akıllı ev tipi cihazları, tüketiciler nezdinde, tüketicilerin bütün iyimser beklentilerine rağmen hayatlarına uyarlamakta tereddüt ettikleri teknolojiler olarak bulundukları emekleme dönemi içinde bocalamasını sürdürmektedir. Bu bocalamanın nedenlerini anlamak üzere derlenen araştırmalar, özel hayatın gizliliğine dair duyulan kaygıları, insan-merkezli yaklaşımın yoksunluğunu, Bilgi'nin özgürlüğünün kısıtlanması ile gerçek değerinin altında kullanılmasını, siber güvenlik ile ilgili endişeleri ve de IoT ve beraber çalıştığı teknolojilerin henüz gerçek potansiyeline ulaşamamış olmasını, tüketicilerin evlerinde IoT çözümlerini kullanmakta yaşadıkları tereddütlerin altında yatan temel sebepler olarak ortaya koymaktadır. Bunların yanında, IoT'nin hali hazırda başa çıkmaya çalıştığı kaynak fakirliği, ölçeklenebilirlik, servis kalitesi, mobilite, heterojenlik, beraber-çalışabilirlik, siber güvenlik, gizlilik ve yenilikçilik gibi zorluklar da hem bu tereddütleri körüklemekte hem de bu tereddütlerin giderilmesini daha mücadeleci bir noktaya taşımaktadır. Akıllı Ev teknolojilerini tüketiciler için çekici hâle getirmek, bahsi geçen zorlukların belirli bir seviyede de olsa hafifletilmesi ve bahsi geçen tereddütlerin giderilmesi yanında, Akıllı Cihazların, insanların İnternet'e olan yaklaşımında ve ilişkilerinde çığır açan Sosyal Medya uygulamalarındaki ilişkilerine benzer sosyal ilişkiler kurarak ve de öğrenme, kavrama, gerektiğinde karar verme gibi bilişsel yeteneklerle donatılarak, insanların ev ortamındaki konforlarını ve yaşam kalitelerini yükseltmek üzere hayatlarına ve karar süreçlerine sezgisel ve pürüzsüz bir biçimde dahil olup, gerçek anlamda katma değer katabilen uygulamaları desteklemeleri ile mümkün görünmektedir. İşte bu tez çalışması, son dönemde stratejik önem arz eden Dijital İkiz (DT), Dağıtık Hesap Defteri Teknolojileri (DLT) ve Sis Bilişim paradigmalarının IoT'nin zorluklarına getirdikleri çözüm potansiyelini kullanmak adına, Akıllı Ev ortamındaki akıllı ev tipi cihazlarının dijital ikizlerini, Sis Bilişim'in bir elemanı olan Akıllı Ev ağ geçidine yerleştiren ve bu Dijital İkizlerin Dağıtık Hesap Defteri Teknolojilerine katılımıyla Sosyal ve Bilişsel Nesnelerin İnterneti uygulamalarına imkân veren özgün bir model önermektedir. Önerilen model, kendisi için belirlenen çift yönlü ve güvenli Akıllı Cihaz – Dijital İkiz bağlaşımı, Dijital Kuklaların engellenmesi, Akıllı Cihaz sahibinin mutlak mülkiyet haklarını kullanması ve Dijital İkizlerin liberalleşmesi gereksinimlerini karşılamanın yanında oluşturduğu teknoloji sentezi ile IoT'nin zorluklarını hafifletmiş ve böylece tüketicilerin tereddütlerini giderebilecek Bilgi'nin serbestliğini ve ekonomik özgürlüğünü destekleyen ve bunu yaparken de güvenlik ve gizlilikten ödün vermeyen, açık bir ekosistemin mümkün ve de faydalı olabileceğini göstermiştir. Son olarak, referans model üzerinde öngörücü bakım, Akıllı Cihaz verisi satışı, kullanım eniyilemesi, Hizmet-olarak-Akıllı-Cihaz ve kullanım/kalite bazlı ücretlendirme gibi dağıtık uygulamaların kullanım senaryolarının incelenmesi ile, Akıllı Cihazların bağlantılı olma, sosyal ve bilişsel yeteneklerinin sadece akıllı olarak addedilmek için değil de tüketicilerin beklentilerini gözeterek, onların yararına çalışmak için akıllı olması durumunda tüketiciler için kullanılabilirlik ve benimsenebilirlik potansiyeline sahip oldukları ortaya konmuştur.

Abstract:
Since the beginning of this century, the Internet of Things (IoT) has been paving the way for a variety of smart home applications based mostly on human-to-things interactions and increasingly on things-to-things interactions. Despite the benefits and initiatives brought by such applications, consumers still show hesitation in adopting IoT-enabled home appliances, mainly due to privacy concerns, lack of support for people-centric approach, IoT ecosystems undervaluing the information by restricting its freedom of circulation, cyber security considerations and the technical immaturity of IoT and its coexisting technologies. As people's attitude toward the Internet has taken on a new dimension with the penetration of social media applications, it is also crucial to give a social structure to IoT in order to bring out the true value of IoT for appliance owners. Therefore, equipping Smart Homes with cognitive tasks, that can benefit from things-to-things social collaboration, will enable further business cases which have the potential to bring a breakthrough in customer perception in IoT-enabled consumer electronics. IoT designs has been facing several challenges, such as resource constraints of the edge nodes, scalability, quality of service, mobility, heterogeneity, interoperability, cyber security, privacy, and innovativeness. Moreover, Smart Homes with social and cognitive capabilities will face even more complexity due to extra requirements, such as ease of use, customer satisfaction management, incentive mechanisms, extensive interoperability, and ownership management. Today's IoT applications on consumer electronics seem to bring more value to their manufacturers than they do to their customers, making them more corporate-centric than human-centric. To break the ice between consumers and IoT, business models arising from the integration of social and cognitive capabilities shall be in consumers' favor. To address the aforementioned issues in IoT applications on consumer electronics, the following three strategic enablers are proposed as solution building blocks: Digital twins (DTs), Fog computing and Distributed Ledger Technologies (DLTs). The main contribution of this thesis work is the creation of a reference model that places the DTs of consumer electronics on a Smart Home gateway as the member of fog; assigns absolute ownership of these DTs to the appliance owners; liberalizes their usage on fog systems via DLTs and DLT-enabled clouds; and enables secure and privacy-aware Social and Cognitive IoT applications. Finally, the study has been completed by analyzing the applicability and operation of use case scenarios such as predictive maintenance, selling appliance data, usage optimization, Appliance-as-a-Service, and usage-based or quality-based pricing.