Модели устройств и технологии передачи обработки данных в сетях интернета вещей

Предметом исследований является анализ и определение информационной модели устройств, выбор технологий и протоколов сбора и анализа данных, протоколов маршрутизации для сетей Интернета вещей (IoT). Цель статьи ‒ создание информационной модели IoT устройств, определение технологий и протоколов передачи и обработки данных и маршрутизации в системах Интернет вещей.

Построение информационной модели IoT-устройства включает определение источников данных и их форматов, создание модели и структуры данных, их  анализ с помощью таких инструментов как: Eclipse Vorto ThingBoard, Ubodots IoT, Node-Red-UI, freeboard.io. Приведен пример описания модели устройств управления микроклиматом с использованием инструментария Eclipse Vorto.

Рассмотрены две основные технологии обработки данных от IoT устройств: IBM Watson IoT, Cisco IWF с примерами их применения. Обсуждены радиочастотная, инфракрасная, оптическая и гальваническая технологии для взаимодействия между устройствами сбора данных и передачи данных в сетях IoT с примерами их использования. 

Обсуждены области применения трех основных сетевых протоколов IoT: MQTT (большие корпоративные сети), CoAP (ограниченные сети в интернете), Bluetooth Low Energy (локальные сети без интернета с небольшим объемом данных).В качестве дополнительных протоколов для сетей  могут использоваться Wi-Fi WebSockets, ZigBee, LoRA, Simple RF, XMPP, RFID, NFC. Обсуждены особенности использования протоколов маршрутизации в IoT сетях: RPL (с низким энергопотреблением), cognitive RPL (для интеллектуальных сетей), CARP (для сетей подводной связи), Е-CARP (для многократного использования данных). Результаты исследований применяются для построения сети IoT анализа качества продукции.

1. Uckelmann D., Harrison M., Michahelles F. Architecting the Internet of Things. Berlin: Springer-Verlag, 2011. ‒ P. 386.

2. Razzaque M., at al. Middleware for Internet of Things: A Survey in IEEE Internet of Things Journal, vol. 3, No. 1, 2016, pp. 70-95.

3. Hussain F. Internet of Things: Building Blocks and Business Models. Cham: Springer, 2017. ‒ P. 73.

4. Laverman J., at al. Integrating Vehicular Data into Smart Home IoT Systems Using Eclipse Vorto, IEEE 84th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), September 2016, pp. 20-26.

5. Vorto Introduction, Eclipse Vorto, 2016. [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https:// www. eclipse.org/vorto/documentation/overview/introduction.html. – Дата доступа: 03.01.2022.

6. Ranjan R., at al. The Next Grand Challenges: Integrating the Internet of Things and Data Science, IEEE Cloud Computing, vol. 5, No. 3, 2018, pp. 12-26.

7. Natchimuthu N., Sajeev A. A communication protocol using a Markov type function for stations in a wireless local area network, The 8th International Conference on Communication Systems, November 2002, pp. 829-833.

8. Al-Fuqaha A., at al. Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies Protocols and Applications, IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 17, iss. 4, 2015, pp. 2347-2376.

9. Morns I., at al. Protocols for sub-sea communication networks, Conference Proceedings on MTS/IEEE Oceans 2001, November 2001, pp. 2076-2082.

10. Gomez C., Paradells C. Wireless home automation networks: A survey of architectures and technologies, IEEE Communications Magazine, vol. 48, No. 6, 2010, pp. 92-101.

11. Sheng Z., Leung Z., Ding Z. Cooperative wireless networks: from radio to network protocol designs, IEEE Communications Magazine, vol. 49, No. 5, 2011, pp. 64-69.

12. Novelli L., at al. Application Protocols and Wireless Communication for IoT: A Simulation Case Study Proposal, The 11th International Symposium on Communication Systems, Networks & Digital Signal Processing (CSNDSP), July 2018, pp. 372-378.

13. Huynh N., at al. Design and demonstration of a wireless sensor network platform for substation asset management, Open Access Proceedings Journal, vol. 1, 2017, pp. 105-108.

14. Gursu M., at al. A wireless technology assessment for reliable communication in aircraft, IEEE International Conference on Wireless for Space and Extreme Environments (WiSEE), December 2015, pp. 51-57.

15. Visniakou U.A. Model and structure of the network internet of things for monitoring milk quality / U.A. Visniakou, A.H. Al−Masri, S.K. Al−Hajj // Системный анализ и прикладная информатика. – № 1, 2021. – P. 39-44.