Lifecycle-based Modeling of Smart City Ecosystem

par Ahmed Hefnawy

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Abdelaziz Bouras et de Chantal Bonner.

Soutenue le 19-01-2018

à Lyon , dans le cadre de École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon , en partenariat avec DISP - Décision et Information pour les Systèmes de Production (Lyon, INSA) (équipe de recherche) et de Université Lumière (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Ahmed Lbath.

Le jury était composé de Chantal Bonner, Nadine Cullot, Sylvain Kubler.

Les rapporteurs étaient Sebti Foufou, Hoda Anis Baraka.

  • Titre traduit

    Modélisation du cycle de vie de l'écosystème de la ville intelligente


  • Résumé

    Le développement, l'exploitation et la maintenance des systèmes urbains intelligents sont des tâches très complexes et impliquent de nombreux acteurs de différentes disciplines et domaines. Dans la plupart des cas, ces systèmes se trouvent à différentes phases de conception, de déploiement et d'exploitation, c'est-à-dire à différentes phases de leur cycle de vie. Par conséquent, les concepts de gestion du cycle de vie sont très importants pour mieux gérer le développement des villes intelligentes en tant qu'écosystème complet à travers les différentes phases du cycle de vie. Cet argument est étayé par les résultats de notre enquête sur les villes intelligentes, où les informations récoltées des parties prenantes interrogées prouvent la pertinence d’une approche cycle de vie pour répondre aux neuf préoccupations identifiées; non alignement sur les objectifs stratégiques, échec réglementaire au niveau des différentes phases, retard dans le «time to market», processus disjoints, partage des connaissances et traçabilité des données difficiles, échange inefficace de données/informations; et utilisation inefficace et inefficiente des infrastructures. Pour répondre aux préoccupations mentionnées ci-dessus, cette thèse propose l'application des éléments fondamentaux du cycle de vie aux villes intelligentes, ce qui nécessite l'introduction de la notion de temps dans la modélisation urbaine intelligente en ajoutant le point de vue « cycle de vie » comme nouvelle dimension de leurs architectures multicouches. L'approche proposée comprend deux éléments. Le premier est le modèle tridimensionnel qui permet aux développeurs de villes intelligentes d'envisager trois points de vue : les couches de l'architecture, le temps (phases du cycle de vie) et les domaines. Le deuxième correspond à la notion d'interaction qui permet l'intégration entre les systèmes de gestion du cycle de vie et les plateformes IoT. Cette approche est validée à travers un cas d'utilisation d’un système de stationnement intelligent « Smart Parking », proposé dans le cadre de la Coupe du Monde™ de la FIFA 2022. Le système de stationnement intelligent proposé est stratégiquement aligné sur les objets Smart Qatar et relie toutes les parties prenantes concernées à travers les différentes phases du cycle de vie. Pour assurer l'interopérabilité sémantique, le système de stationnement intelligent utilise les normes DATEX II pour les données statiques et dynamiques liées au stationnement. Enfin, le cas d'utilisation met l'accent sur l'intégration entre les données liées au cycle de vie et les données IoT à travers l'interaction entre un système de cycle de vie Aras Innovator® (construction de nomenclatures, gestion de configurations, etc.) et une plate-forme d’implémentation de référence IoT O-MI/O-DF (publication peer-to-peer, découverte d'informations liées au stationnement sous une forme agrégée).


  • Résumé

    Smart city system development, operation and maintenance are very complex tasks and involve numerous stakeholders from different disciplines and domains. In most cases, these systems are at different phases of design, deployment and operation, i.e. at different phases of lifecycle. Hence, lifecycle management concepts are very important to better manage smart city development as a complete ecosystem across different phases of lifecycle. This argument is supported by the findings of our smart city survey, where the information gathered from interviewed stakeholders proves the relevance of a lifecycle approach to address the identified nine concerns; non-alignment to strategic objectives, regulatory failure at different phases, delay in “time to market”, disjointed processes, difficult knowledge sharing and data traceability, inefficient and delayed exchange of data/ information, and inefficient and ineffective use of infrastructure.To address the abovementioned concerns, this thesis proposes the application of lifecycle management concepts in smart cities, which requires the introduction of the time notion to smart city modeling by adding the lifecycle viewpoint as a new dimension to the multi-layered architecture. The proposed smart city lifecycle-based approach consists of two components. First, the three-dimensional model that enables smart city developers to consider three viewpoints: Architecture Layers, Time (Lifecycle Phases), and Domains. Second, the interaction approach that enables integration between lifecycle management systems and IoT platforms. This approach is validated through a use-case of Smart Parking System, proposed as part of the FIFA World Cup™ 2022. The proposed smart parking system is strategically aligned to Smart Qatar objectives and connects all relevant stakeholders across the different lifecycle phases. To ensure semantic interoperability, the smart parking system uses the DATEX II standards for static and dynamic parking related data. Finally, the use-case focuses on the integration between lifecycle related data and IoT data through the interaction between Aras Innovator® lifecycle system (BoM construction, configuration management, etc.) and the O-MI/O-DF IoT Reference Implementation Platform (peer-to-peer publication and discovery of parking-related information in an aggregated form).

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