Prospective for the integration of Blockchain and the IoT for Cluster implementation

José Ignacio  Rodríguez Molano; Jhonnatan Nicolás  Martínez Baracaldo; Jenny Alexandra  Triana Casallas

doi:10.16925/2357-6014.2020.03.06

Prospectiva de Integración de Blockchain e Internet de las Cosas para una implementación en Clúster

Artículos de investigación

https://doi.org/10.16925/2357-6014.2020.03.06

José Ignacio Rodríguez Molano Ver Biografía

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Jhonnatan Nicolás Martínez Baracaldo Ver Biografía

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Jenny Alexandra Triana Casallas Ver Biografía

Universidad de Oviedo

Introducción: El presente artículo es el resultado de la investigación y acercamiento a las aplicaciones y desarrollos del blockchain e Internet de las Cosas (IoT), estudio desarrollada durante el segundo semestre del año 2019 y primero de 2020.

Problema: Construcción de entornos y medios en una estructura de clúster que permitan a las empresas e instituciones cooperar y competir para alcanzar la eficiencia y el fortalecimiento de la agrupación.

Objetivo: Integrar blockchain e Internet de las Cosas para desarrollar y presentar una arquitectura de dos niveles, desde los cuales se establezca un entorno de apoyo y se ofrezcan una serie de funcionalidades para una implementación en clúster.

Metodología: Revisión de artículos para lograr un acercamiento al blockchain e Internet de las Cosas, planteamiento de la arquitectura, configuración y descripción de los niveles estructural y funcional.
Resultados: Arquitectura con un nivel estructural constituido por una aplicación informática descentralizada basada en blockchain, una red sensorial y de respuesta que incorpora tecnologías de Internet de las Cosas y un componte intermedio de computación en la nube; y un nivel funcional que logra ofrecer a los usuarios soporte y ayuda en sus actividades desde módulos creados con una especialidad en particular.

Conclusión: El nivel estructural permitió ahondar en la integración de las tecnologías base, blockchain e Internet de las Cosas; por su parte el segundo nivel de la arquitectura deja entrever el potencial y versatilidad de dichas tecnologías.

Originalidad: Propuesta de implementación del blockchain, Internet de las Cosas y la computación en la nube en una estructura de clúster.

Limitaciones: La dificultad de acceso a un clúster para realizar una prueba de la arquitectura en un entorno real.

Palabras clave: clúster, blockchain, internet de las cosas, computación en la nube

M. E. Porter, Ser competitivo Nuevas aportaciones y conclusiones. Bilbao: DEUSTO, pp. 215, 2003. [Online]. Available: https://books.google.com.co/books?id=nGdPJwAACAAJ

N. Prusty, Building Blockchain Projects Develop real-time practical DApps using Ethereum and JavaScript. pp. 14, 2017. [Online]. Available: https://books.google.com.co/books?id=80EwDwAAQBAJ

C. Fang, X. Liu, P. M. Pardalos, and J. Pei, “Optimization for a three-stage production system in the IoT: procurement, production and product recovery, and acquisition,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., pp. 689-710, 2016. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-015-7593-1

W. Steiner and S. Poledna, “Fog Computing als Basis für das Industrielle Internet der Dinge,” Elektrotechnik und Informationstechnik, pp. 310-314, 2016. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s00502-016-0438-2

Imran Bashir, Mastering Blockchain Distributed ledgers, decentralization and smart contracts explained, pp. 6, 2017. [Online]. Available: https://books.google.com.co/books?id=3ZlUDwAAQBAJ

F. Knirsch, A. Unterweger, and D. Engel, “Implementing a blockchain from scratch: why, how, and what we learned,” EURASIP J. Inf. Secur., vol. 2019, no. 1, pp. 3, Mar. 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1186/s13635-019-0085-3

J. J. Sikorski, J. Haughton, and M. Kraft, “Blockchain technology in the chemical industry: Machine-to-machine electricity market,” Appl. Energy, pp. 234-246, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.039

M. Yang, T. Zhu, K. Liang, W. Zhou, and R. H. Deng, “A blockchain-based location privacy-preserving crowdsensing system,” Futur. Gener. Comput. Syst., vol. 94, pp. 408–418, May 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.future.2018.11.046

Melanie Swan, Blockchain Blueprint for a New Economy, First Edition. O’Reilly Media,pp. 53, 2015. [Online]. Available: https://books.google.com.co/books?id=ygzcrQEACAAJ

T.-Y. Chung, I. Mashal, O. Alsaryrah, V. Huy, W.-H. Kuo, and D. P. Agrawal, “Social Web of Things: A Survey,” pp. 1, 2013. [Online]. doi: https://doi.org/ 10.1109/ICPADS.2013.102

Y. Lu and J. Cecil, “An IoT (IoT)-based collaborative framework for advanced manufacturing,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., pp. 1141-1152, 2016. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-015-7772-0

J. M. C. and M. C. E. and G. J. J. R. and C. R. G. Molano José Ignacio Rodríguezand Lovelle, “Metamodel for integration of IoT, Social Networks, the Cloud and Industry 4.0,” J. Ambient Intell. Humaniz. Comput., vol. 9, no. 3, pp. 709–723, Jun. 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s12652-017-0469-5

G. Suciu et al., “Big Data, IoT and Cloud Convergence – An Architecture for Secure E-Health Applications,” J. Med. Syst., art 141, 2015. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s10916-015-0327-y

D. Fernández, H. Ángel, and G. Municio, “Aplicación de la tecnología Blockchain en el Supply Chain en los Sectores Industriales,”, pp. 11, 2017. [Online]. Available: http://uvadoc.uva.es/handle/10324/30884

M. M. Calatayud, G. De Administración, Y. Dirección, and D. E. Empresas, “¿Cómo las empresas pueden hacer rentable la ecología gracias al blockchain? ,pp 29, 2018. [Online]. Available: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/106630/MIR%C3%93%20-%20Blockchain%20para%20salvar%20al%20Medio%20Ambiente%3A%20%C2%BFC%C3%B3mo%20las%20empresas%20pueden%20hacer%20rentable%20la%20ecol....pdf?sequence=1&isAllowed=y

C. Lin, D. He, X. Huang, K. K. R. Choo, and A. V. Vasilakos, “BSeIn: A blockchain-based secure mutual authentication with fine-grained access control system for industry 4.0,” J. Netw. Comput. Appl., pp. 42-52, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnca.2018.05.005

Y. Qian et al., “Towards decentralized IoT security enhancement: A blockchain approach,” Comput. Electr. Eng., pp. 266-273, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2018.08.021

Ž. Turk and R. Klinc, “Potentials of Blockchain Technology for Construction Management,” in Procedia Engineering, pp. 638-645, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.08.052

A. Pazaitis, P. De Filippi, and V. Kostakis, “Blockchain and value systems in the sharing economy: The illustrative case of Backfeed,” Technol. Forecast. Soc. Change, pp. 105-115, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.techfore.2017.05.025

Z. Li, A. V. Barenji, and G. Q. Huang, “Toward a blockchain cloud manufacturing system as a peer to peer distributed network platform,” Robot. Comput. Integr. Manuf., pp.133-144, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.rcim.2018.05.011

Z. Li, L. Liu, A. V. Barenji, and W. Wang, “Cloud-based Manufacturing Blockchain: Secure Knowledge Sharing for Injection Mould Redesign,” in Procedia CIRP, pp.961-966, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.03.004

A. Reyna, C. Martín, J. Chen, E. Soler, and M. Díaz, “On blockchain and its integration with IoT. Challenges and opportunities,” Futur. Gener. Comput. Syst., pp. 173-190, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.future.2018.05.046

A. Angrish, B. Craver, M. Hasan, and B. Starly, “A Case Study for Blockchain in Manufacturing: ‘fabRec’: A Prototype for Peer-to-Peer Network of Manufacturing Nodes,” in Procedia Manufacturing, pp. 1180-1192, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.07.154

N. Kshetri, “1 Blockchain’s roles in meeting key supply chain management objectives,” in International Journal of Information Management, pp. 80-89, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijinfomgt.2017.12.005

H. Min, “Blockchain technology for enhancing supply chain resilience,” Bus. Horiz., pp. 35-45, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.bushor.2018.08.012

J. A. Córdova Loor, “Incidencia del Bitcoin en el comercio internacional en el periodo 2014-2016,” Universidad de las fuerzas armadas, p. 39, 2018. [Online]. Available: http://repositorio.espe.edu.ec/handle/21000/14891

X. Xu, Q. Lu, Y. Liu, L. Zhu, H. Yao, and A. V. Vasilakos, “Designing blockchain-based applications a case study for imported product traceability,” Futur. Gener. Comput. Syst., vol. 92, pp. 399-406, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.future.2018.10.010

W. Viriyasitavat and D. Hoonsopon, “Blockchain characteristics and consensus in modern business processes,” Journal of Industrial Information Integration, vol 13, pp. 32-39, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.jii.2018.07.004

C. Prybila, S. Schulte, C. Hochreiner, and I. Weber, “Runtime verification for business processes utilizing the Bitcoin blockchain,” Future Generation Computer Systems, vol 107, pp. 816-831, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.future.2017.08.024

J. Hwang et al., “Energy Prosumer Business Model Using Blockchain System to Ensure Transparency and Safety,” Energy Procedia, vol 141, pp. 194-198, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.11.037

Y. Chen, G. M. Lee, L. Shu, and N. Crespi, “Industrial internet of things-based collaborative sensing intelligence: Framework and research challenges,” Sensors (Switzerland), pp. 1-9, 2016. DOI: https://doi.org/10.3390/s16020215

Z. Wen, X. Liu, Y. Xu, and J. Zou, “A RESTful framework for Internet of things based on software defined network in modern manufacturing,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., pp. 361-369, 2016. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-015-8231-7

T. Sánchez López, D. C. Ranasinghe, M. Harrison, and D. McFarlane, “Adding sense to the IoT: An architecture framework for Smart Object systems,” Pers. Ubiquitous Comput., pp. 291-308, 2012. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s00779-011-0399-8

Z. Pang, Q. Chen, W. Han, and L. Zheng, “Value-centric design of the internet-of-things solution for food supply chain: Value creation, sensor portfolio and information fusion,” Inf. Syst. Front., pp. 289-319, 2015. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s10796-012-9374-9

M. Liu, J. Ma, L. Lin, M. Ge, Q. Wang, and C. Liu, “Intelligent assembly system for mechanical products and key technology based on internet of things,” J. Intell. Manuf., pp. 271-299, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s10845-014-0976-6

D. Georgakopoulos and P. P. Jayaraman, “Internet of things: from internet scale sensing to smart services,” Computing, pp. 1041-1058, 2016. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s00607-016-0510-0

M. L. Pinedo, Planning and scheduling in manufacturing and services: Second edition. p. 174, 2009. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-0910-7

M. J. Blanco Rojas, K. T. González Rojas, and J. I. Rodríguez Molano, “Propuesta de una arquitectura de la industria 4.0 en la cadena de suministro desde la perspectiva de la ingeniería industrial,” Ing. Solidar., vol. 13, no. 23, p. 77, Sep. 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.16925/in.v23i13.2007

Leonel G. Corona Ramírez, Griselda S. Abarca Jiménez, and Jesús Mares Carreño, Sensores y actuadores Aplicaciones con Arduino. México D.F: Grupo Editorial Patria , p. 279, 2014. https://issuu.com/elisvantop/docs/sensores_y_actuadores_aplicaciones_

C. A. and C.-B. L. E. Rodríguez-Molano José Ignacioand López-Bello, “Modeling and Implementation Data Architecture for the IoT and Industry 4.0,” in Applied Computer Sciences in Engineering, pp. 214–222, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-00353-1_19

Nasonov D., Visheratin A.A., Boukhanovsky A., "Blockchain-Based Transaction Integrity in Distributed Big Data Marketplace. In: Shi Y. et al. (eds) Computational Science – ICCS 2018," Lecture Notes in Computer Science, vol 10860. Springer, pp. 569-577, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-93698-7_43

Masluk A., Gofman M., "Protecting Personal Data with Blockchain Technology. In: Latifi S. (eds) Information Technology - New Generations," Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 738. Springer, 2018. [Online]. doi: 10.1007/978-3-319-77028-4_19

Klinkmüller C., Ponomarev A., Tran A.B., Weber I., van der Aalst W., "Mining Blockchain Processes: Extracting Process Mining Data from Blockchain Applications. In: Di Ciccio C. et al. (eds) Business Process Management: Blockchain and Central and Eastern Europe Forum," Lecture Notes in Business Information Processing, vol 361. Springer, pp. 71-86, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-30429-4_6

Tai S., Bermbach D., "Cloud Computing," In: Alhajj R., Rokne J. (eds) Encyclopedia of Social Network Analysis and Mining. Springer, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7131-2

Sosan, R., Azim, C.F., "RETRACTED ARTICLE: Mobile Cloud Computing: The Taxonomy and Comparison of Mobile Cloud Computing Application Models," Wireless Pers Commun 89, 1435, 2016. DOI: https://doi.org/10.1007/s11277-016-3339-0

Müller, D., "Cloud Computing," Datenschutz Datensich 41, pp. 371–376, 2017. [Online]. doi: https://doi.org/10.1007/s11623-017-0794-z

Li W., Wang P., "Two-factor authentication in industrial Internet-of-Things: Attacks, evaluation and new construction," Future Generation Computer Systems. Sciencedirect, pp, 694-708, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.future.2019.06.020

Kravari K., Bassiliades N., " StoRM: A social agent-based trust model for the internet of things adopting microservice architecture," Simulation Modelling Practice and Theory. Sciencedirect, pp. 286-302, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.simpat.2019.03.008

Boukadi K., Faci N., Maamar Z., Ugljanin E., Sellami M., Baker T., Al-Khafajiy M., "Norm-based and commitment-driven agentification of the IoT," IoT. Sciencedirect, pp. 100042, 2019. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.iot.2019.02.002

Chouikha M., Dhaou S., "A Multi-Faceted Analysis of Knowledge Management Systems," Procedia Computer Science. Sciencedirect, pp. 646-654, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.10.086

Ekambaram A., Sørensen A., Bull-Berg H., Olsson N., "The role of big data and knowledge management in improving projects and project-based organizations," Procedia Computer Science. Sciencedirect, pp. 851-858, 2018. [Online]. doi: https://doi.org/10.1016/j.procs.2018.10.111

[1]

J. I. . Rodríguez Molano, J. N. . Martínez Baracaldo, and J. A. . Triana Casallas, “Prospectiva de Integración de Blockchain e Internet de las Cosas para una implementación en Clúster”, ing. Solidar, vol. 16, no. 3, pp. 1–30, Sep. 2020, doi: 10.16925/2357-6014.2020.03.06.

Descargar cita

Derechos de autor 2020 Ingeniería Solidaria

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.

Compromiso ético y cesión de derechos

El autor debe declarar que su trabajo es original e inédito y que no se ha postulado a evaluación simultánea para su publicación por otro medio. Además, debe asegurar que no tiene impedimentos de ninguna naturaleza para la concesión de los derechos previstos en el contrato.

El autor se compromete a esperar el resultado de evaluación de la revista Ingeniería Solidaria, antes de considerar su presentación a otro medio; en caso de que la respuesta de publicación sea positiva, adicionalmente, se compromete a responder por cualquier acción de reivindicación, plagio u otra clase de reclamación que al respecto pudiera sobrevenir por parte de terceros.

Asimismo, debe declarar que, como autor o coautor, está de acuerdo por completo con los contenidos presentados en el trabajo y ceder todos los derechos patrimoniales, es decir, su reproducción, comunicación pública, distribución, divulgación, transformación, puesta a disposición y demás formas de utilización de la obra por cualquier medio o procedimiento, por el término de su protección legal y en todos los países del mundo, al Fondo Editorial de la Universidad Cooperativa de Colombia, de manera gratuita y sin contraprestación presente o futura.

Número

Vol. 16 Núm. 3 (2020)

Publicado

2020-09-02

Descargas

PDF (Inglés)

Cómo citar

[1]

Descargar cita

Métricas

File downloads

473

Twitter

https://plu.mx/plum/a/?doi=10.16925/2357-6014.2020.03.06