An evolving multivariate time series compression algorithm for IoT applications

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Costa, Hagi Jakobson Dantas da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
IoT
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/62451
Resumo: The Internet of Things (IoT) is transforming how devices interact and share data, especially in areas like vehicle monitoring. However, transmitting large volumes of real-time data can result in high latency and substantial energy consumption. In this context, Tiny Machine Learning (TinyML) emerges as a promising solution, enabling the execution of machine-learning models on resource-constrained embedded devices. This paper aims to develop two online multivariate time series compression approaches specifically designed for TinyML, utilizing the Typicality and Eccentricity Data Analytics (TEDA) framework. The proposed approaches are based on data eccentricity and do not require predefined mathematical models or assumptions about data distribution, thereby optimizing compression performance. Both approaches were applied to two case studies: one using the Freematics ONE+ device for vehicle monitoring in an embedded scenario, and another using the OBD-II dataset collected from the Freematics ONE+ in a non-embedded context. The results indicate that the proposed approaches, whether for parallel or sequential compression, present significant improvements in runtime and compression errors. These findings highlight the potential of the approaches to improve the performance of embedded IoT systems, enhancing the efficiency and sustainability of vehicular applications.
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spelling An evolving multivariate time series compression algorithm for IoT applicationsMultivariate time series compressionIoTOnline algorithmsEvolving algorithmsTinyMLCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThe Internet of Things (IoT) is transforming how devices interact and share data, especially in areas like vehicle monitoring. However, transmitting large volumes of real-time data can result in high latency and substantial energy consumption. In this context, Tiny Machine Learning (TinyML) emerges as a promising solution, enabling the execution of machine-learning models on resource-constrained embedded devices. This paper aims to develop two online multivariate time series compression approaches specifically designed for TinyML, utilizing the Typicality and Eccentricity Data Analytics (TEDA) framework. The proposed approaches are based on data eccentricity and do not require predefined mathematical models or assumptions about data distribution, thereby optimizing compression performance. Both approaches were applied to two case studies: one using the Freematics ONE+ device for vehicle monitoring in an embedded scenario, and another using the OBD-II dataset collected from the Freematics ONE+ in a non-embedded context. The results indicate that the proposed approaches, whether for parallel or sequential compression, present significant improvements in runtime and compression errors. These findings highlight the potential of the approaches to improve the performance of embedded IoT systems, enhancing the efficiency and sustainability of vehicular applications.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA Internet das Coisas (IoT) está transformando a forma como os dispositivos interagem e compartilham dados, especialmente em áreas como o monitoramento veicular. No entanto, a transmissão de grandes volumes de dados em tempo real pode resultar em alta latência e consumo substancial de energia. Nesse contexto, o Tiny Machine Learning (TinyML) surge como uma solução promissora, permitindo a execução de modelos de aprendizado de máquina em dispositivos embarcados com recursos limitados. Este trabalho tem como objetivo desenvolver duas abordagens online de compressão de séries temporais multivariadas especificamente projetadas para TinyML, utilizando o framework Typicality and Eccentricity Data Analytics (TEDA). As abordagens propostas são baseadas na excentricidade dos dados e não exigem modelos matemáticos predefinidos ou suposições sobre a distribuição dos dados, otimizando assim o desempenho da compressão. Ambas as abordagens foram aplicadas a dois estudos de caso: um utilizando o dispositivo Freematics ONE+ para monitoramento veicular em um cenário embarcado, e outro utilizando o conjunto de dados OBD-II coletado do Freematics ONE+ em um contexto não embarcado. Os resultados indicam que as abordagens propostas, seja para compressão paralela ou sequencial, apresentam melhorias significativas no tempo de execução e nos erros de compressão. Esses achados destacam o potencial das abordagens para melhorar o desempenho de sistemas IoT embarcados, aprimorando a eficiência e a sustentabilidade de aplicações veiculares.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOSilva, Ivanovitch Medeiros Dantas dahttp://lattes.cnpq.br/6563621187728660https://orcid.org/0000-0002-0116-6489http://lattes.cnpq.br/3608440944832201Silva, Marianne Batista Diniz daViegas, Carlos Manuel DiasGendriz, Ignacio SanchezCosta, Hagi Jakobson Dantas da2025-02-04T20:57:18Z2025-02-04T20:57:18Z2024-12-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCOSTA, Hagi Jakobson Dantas da. An evolving multivariate time series compression algorithm for IoT applications. Orientador: Dr. Ivanovitch Medeiros Dantas da Silva. 2024. 55f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/62451info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2025-02-04T20:58:00Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/62451Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2025-02-04T20:58Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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