Artificial intelligence and blockchain technologies for smart cities / Ayoub Kharkhache

Public ISBD Titre : Artificial intelligence and blockchain technologies for smart cities Type de document : document électronique Auteurs : Ayoub Kharkhache, Auteur ; Ziad Abdallah Djabar, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse Editeur : Sétif:UFA1 Année de publication : 2024 Importance : 1 vol (89 f .) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Smart City Fire Detection Blockchain Machine learning IoT Index. décimale : 004 Informatique Résumé : The rapid urbanization of the 21st century has presented numerous challenges for city management, ranging from infrastructure inefficiencies to sustainability issues. This thesis explores the integration of Artificial Intelligence (AI) and Blockchain technologies as transformative solutions for the development of smart cities. AI, with its capabilities in data analytics and machine learning, offers innovative approaches to optimize urban services, enhance decision-making processes, and improve citizen engagement. Blockchain technology, known for its decentralization, transparency, and security, complements AI by ensuring data integrity and enabling secure, transparent transactions and interactions within the urban ecosystem. This study delves into various application domains where AI and Blockchain can synergistically contribute to smart city initiatives, including energy management, transportation, healthcare, and public safety. Through a comprehensive review of current literature and case studies, the research highlights successful implementations and identifies key challenges and opportunities. Additionally, the thesis proposes a conceptual framework for integrating AI and Blockchain in smart city projects, emphasizing the need for a collaborative, multi-stakeholder approach to address technical, regulatory, and social implications. The findings of this research suggest that the convergence of AI and Blockchain technologies holds significant promise for creating more efficient, resilient, and sustainable urban environments. The proposed framework aims to guide policymakers, city planners, and technologists in harnessing these advanced technologies to realize the full potential of smart cities. Note de contenu : Sommaire 0.1 Contexte and motivation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 0.2 Objectives and Contributions : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 0.3 Organization of the manuscript : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1 Internet of things and Smart cities 15 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2 Internet of things IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.1 Architecture of IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.2 Real-World IoT Architecture Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3 Smart Cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.1 Internet of things for smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.2 IoT Wireless technologies used in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.3 IoT applications in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.3.4 Machine learning and IoT in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.3.5 Challenges in smart citiy implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.3.6 From smart city 1.0 to smart city 5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2 Blockchain Technology 29 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3 Blockchain Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4 Structure of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.1 Transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.2 Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.3 Network layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.4 Consensus operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5 Blockchain Variants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.1 Public Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.2 Private Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.3 Consortium Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.4 Hybrid Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6 Smart Contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6.1 Solidity Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.2 Smart Contract Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.7 Mining Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.7.1 How does Blockchain Work ? : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.8 Blockchain Frameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.8.1 Bitcoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.8.2 Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3 Blockchain technology in smart cities 44 3.1 Common security issues in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2 Blockchain in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.1 Governance and Administration : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.2 Livelihood Services : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.3 Industrial Development : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2.4 Ecological Environment : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.3 Blockchain challenges in smart cities: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 fire detection and prediction : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4.1 fire detection techniques : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4.2 fire detection models : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4.3 blockchain in forest fire detection : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4 Contribution 54 4.1 Leveraging Blockchain and Machine Learning for Forest Fire Detection in Smart Cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.2 Global architecture : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.3 Proposed blockchain and machine learning-based idea for Fire Détéction . . . . 61 4.4 Algorithms of the Proposed blockchain and machine learning-based study for Fire Détéction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5 IMPLEMENTATION AND RESULTS 66 5.1 introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1 cupcarbon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.2 Node JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.3 Web3.JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.4 Npm (Node Package Manager) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.5 VS Code (Visual Studio Code) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4 Programming languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.1 Solidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.2 JavaScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.4.3 python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.5 data Collection and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.5.1 simulation scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.5.2 Data collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.5.3 implementation steps : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.5.4 results : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Côte titre : MAI/0952 Artificial intelligence and blockchain technologies for smart cities [document électronique] / Ayoub Kharkhache, Auteur ; Ziad Abdallah Djabar, Auteur ; Lakhdar Goudjil, Directeur de thèse . - [S.l.] : Sétif:UFA1, 2024 . - 1 vol (89 f .) ; 29 cm. Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Informatique Mots-clés : Smart City Fire Detection Blockchain Machine learning IoT Index. décimale : 004 Informatique Résumé : The rapid urbanization of the 21st century has presented numerous challenges for city management, ranging from infrastructure inefficiencies to sustainability issues. This thesis explores the integration of Artificial Intelligence (AI) and Blockchain technologies as transformative solutions for the development of smart cities. AI, with its capabilities in data analytics and machine learning, offers innovative approaches to optimize urban services, enhance decision-making processes, and improve citizen engagement. Blockchain technology, known for its decentralization, transparency, and security, complements AI by ensuring data integrity and enabling secure, transparent transactions and interactions within the urban ecosystem. This study delves into various application domains where AI and Blockchain can synergistically contribute to smart city initiatives, including energy management, transportation, healthcare, and public safety. Through a comprehensive review of current literature and case studies, the research highlights successful implementations and identifies key challenges and opportunities. Additionally, the thesis proposes a conceptual framework for integrating AI and Blockchain in smart city projects, emphasizing the need for a collaborative, multi-stakeholder approach to address technical, regulatory, and social implications. The findings of this research suggest that the convergence of AI and Blockchain technologies holds significant promise for creating more efficient, resilient, and sustainable urban environments. The proposed framework aims to guide policymakers, city planners, and technologists in harnessing these advanced technologies to realize the full potential of smart cities. Note de contenu : Sommaire 0.1 Contexte and motivation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 0.2 Objectives and Contributions : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 0.3 Organization of the manuscript : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1 Internet of things and Smart cities 15 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2 Internet of things IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.1 Architecture of IoT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.2 Real-World IoT Architecture Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.3 Smart Cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.1 Internet of things for smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.2 IoT Wireless technologies used in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.3 IoT applications in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.3.4 Machine learning and IoT in smart cities . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.3.5 Challenges in smart citiy implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.3.6 From smart city 1.0 to smart city 5.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2 Blockchain Technology 29 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.2 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.3 Blockchain Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.4 Structure of Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.1 Transaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.2 Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4.3 Network layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.4.4 Consensus operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.5 Blockchain Variants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.1 Public Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.2 Private Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.5.3 Consortium Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.5.4 Hybrid Blockchain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6 Smart Contract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.6.1 Solidity Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.6.2 Smart Contract Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.7 Mining Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.7.1 How does Blockchain Work ? : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.8 Blockchain Frameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.8.1 Bitcoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.8.2 Ethereum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3 Blockchain technology in smart cities 44 3.1 Common security issues in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.2 Blockchain in smart cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.1 Governance and Administration : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.2 Livelihood Services : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.3 Industrial Development : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.2.4 Ecological Environment : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.3 Blockchain challenges in smart cities: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4 fire detection and prediction : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4.1 fire detection techniques : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.4.2 fire detection models : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4.3 blockchain in forest fire detection : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4 Contribution 54 4.1 Leveraging Blockchain and Machine Learning for Forest Fire Detection in Smart Cities : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.2 Global architecture : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.3 Proposed blockchain and machine learning-based idea for Fire Détéction . . . . 61 4.4 Algorithms of the Proposed blockchain and machine learning-based study for Fire Détéction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5 IMPLEMENTATION AND RESULTS 66 5.1 introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.2 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3 Development Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.1 cupcarbon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.2 Node JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.3.3 Web3.JS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.4 Npm (Node Package Manager) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.3.5 VS Code (Visual Studio Code) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4 Programming languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.1 Solidity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.4.2 JavaScript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.4.3 python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 5.5 data Collection and implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.5.1 simulation scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.5.2 Data collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.5.3 implementation steps : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.5.4 results : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Côte titre : MAI/0952

Exemplaires (1)

Code-barres	Cote	Support	Localisation	Section	Disponibilité
MAI/0952	MAI/0952	Mémoire	Bibliothéque des sciences	Anglais	Disponible Disponible

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