https://www.mdu.se/

The rapid growth of the Internet of Things (IoT) has led to increasingly complex and data-intensive systems, often with conflicting or interdependent application requirements. Many IoT applications have strict timing requirements, particularly for safety-critical services, e.g., in the industrial domain. However, due to the vastness of the IoT ecosystem, decisions about where, how, and what timing attributes to measure are often ad hoc and context-specific, fragmenting the community’s understanding of what “timing” entails. Moreover, security and privacy requirements are often overlooked within IoT. Common approaches to uphold confidentiality, integrity, and availability are often not suitable for resource-constrained IoT devices, as they may introduce unacceptable overhead. Consequently, designing a secure and time-critical IoT system is a challenging task. 

These challenges motivate the goal of this licentiate thesis, which is to support timing and security in IoT systems through edge-centric approaches. To achieve this, the research follows an Action Design Research-inspired process and combines systematic literature reviews, surveys, and experimental evaluations using real IoT devices. The findings include a consolidated view of timing definitions, a cross-domain synthesis of explicitly reported timing-related requirements, and a unified categorization of timing metrics in the literature. In addition, comparative experiments of edge-centric data-reduction techniques highlight accuracy and reduction trade-offs for different applications, while a study of lightweight security mechanisms demonstrates how protocol choices and configuration influence timing behavior. Overall, this thesis contributes foundational knowledge for reasoning about timing and security in IoT systems by establishing key definitions, requirements, and metrics, and by evaluating selected technical mechanisms to meet these requirements.

Den snabba tillväxten av Internet of Things (IoT) har lett till alltmer komplexa och dataintensiva system, ofta med motstridiga eller ömsesidigt beroende applikationskrav. Många IoT-applikationer har strikta tidskrav, särskilt för säkerhetskritiska tjänster, till exempel inom industrin. På grund av IoT-ekosystemets omfattning är dock beslut om var, hur och vilka tidsattribut som ska mätas ofta ad hoc och beroende av specifika tillämpningar eller kontexter, vilket fragmenterar forskningsområdets förståelse av vad ”tid” innebär. Vidare förbises ofta krav på säkerhet och integritet inom IoT. Vanliga metoder för att upprätthålla sekretess, integritet och tillgänglighet är ofta inte lämpliga för resursbegränsade IoT-enheter, eftersom de kan medföra oacceptabel resurskostnad. Följaktligen är det en utmanande uppgift att designa ett säkert och tidskritiskt IoT-system.

Dessa utmaningar motiverar målet med denna licentiatavhandling, vilket är att stödja tidsaspekter och säkerhet i IoT-system genom edge-centrerade tillvägagångssätt. För att uppnå detta följer forskningen en process inspirerad av Action Design Research och kombinerar systematiska litteraturstudier, enkäter och experimentella studier med verkliga IoT-enheter. Resultaten inkluderar en samlad bild av tidsdefinitioner, en tvärdomänsyntes av explicit rapporterade tidsrelaterade krav samt en enhetlig kategorisering av tidsmått i litteraturen. Dessutom belyser experimentella jämförelser av edge-centrerade datareduktionstekniker avvägningar mellan noggrannhet och reduktion för olika tillämpningar, medan en studie av resurseffektiva säkerhetsmekanismer visar hur val av protokoll och konfiguration påverkar tidsaspekter. Sammanfattningsvis bidrar denna avhandling med grundläggande kunskap för att resonera om tid och säkerhet i IoT-system genom att etablera centrala definitioner, krav och mått samt genom att utvärdera utvalda tekniska mekanismer för att uppfylla dessa krav.