Розробка засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних
Автор: Добровольський Василь Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерні системи та мережі
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: В магістерській роботі розглянуто підходи до розробки засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних. Як показує аналіз, системи та технології збору і обробки інформації невпинно розвиваються уже декілька десятиліть. За цей час елементна база для їх побудови змінювалася і розвивалася. Від систем на дискретній логіці до засобів на мікроконтролерах – такий шлях пройшли технології збору даних. За ці десятиліття назви таких систем змінювалася від автоматизованих систем управління до складних кіберфізичних систем, постійно удосконалюються засоби обробки даних і відповідні алгоритми їх обробки [1, 2]. Тобто, процедури отримання інформації з кінцевого датчика постійно вдосконалюються і розвиваються на більш високому технологічному рівні. Сьогодні технології збору даних у зв’язку з розвитком і повсюдним впровадженням глобальної мережі Інтернет та розвитком апаратних засобів, які в основному представлені мікроконтролерами та мікропроцесорами, перейшли на новий рівень – рівень кіберфізичних систем. Концепція кіберфізичних систем забезпечує прозорість отримання даних з датчиків і забезпечує зростання ефективності використання різноманітної інформації не тільки у сфері промислового виробництва, але і повсякденному житті. Сьогодні міжмашинна взаємодія, збір даних з датчиків і технології автоматизації використовуються при створенні «розумного» дому і виробництва, а кількість підключених до мережі пристроїв перевищила кількість користувачів. Аналіз показує, що кіберфізичні системи – це загалом технології, які визначають функціонування датчиків, пристроїв обробки, їх протоколів та інтерфейсів як на рівні окремого пристрою, так і системи загалом. Отже, з метою аналізу розробки засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних виконується завдання даної роботи. У роботі розглянуто концепцію кіберфізичних систем та базові технології передавання даних. Проаналізовано мережі, що використовуються для передачі даних кіберфізичних систем, відповідні протоколи прикладного рівня для передачі. Сьогодні зростає інтерес до кіберфізичних систем (КФС), що є фізичними системами з можливістю інтеграції обчислень та фізичних процесів. При цьому, робота КФС пов’язана з сенсорними системами, що обладнані механізмами з достатніми обчислювальними можливостями для ефективної взаємодії з мережевими ресурсами. Наведено місце створюваного пристрою на базі мікроконтролера для передачі даних безпровідними засобами для кіберфізичних систем. Наведено структурну схему пристрою, алгоритм його функціонування. Описано розробку апаратних засобів пристрою для застосування у мережах безпровідної передачі даних, програмного забезпечення пристрою та тестування функціонування пристрою. Виконано аналіз відповідних промислових компонентів для застосування у мережах безпровідної передачі даних. Для моделювання пристрою Інтернету речей використано у розробці сучасний безпроводовий мікроконтролер та обрано для реалізації промисловий модуль Wi-Fi модуль ESP8266 serial WIFI Witty cloud Development Board ESP-12F [1]. Для моделювання певного технологічного параметра на малому підприємстві використано вбудований аналоговий датчик освітленості, сигнал з якого оцифровується вбудованим АЦП. Після обробки і підготовки даних відповідно до протоколу HTTP дані надсилаються на хмарні ресурси у мережі Інтернет [3]. Для практичної реалізації розробленого алгоритму функціонування засобів кіберфізичних систем реалізовано макет пристрою для застосування у мережах безпровідної передачі даних. Створений пристрій на мікроконтролері може бути компонентом кіберфізичної системи для застосування у мережах безпровідної передачі даних. На прикладі створеної моделі інформаційної системи для кіберфізичної системи продемонстровано можливість її функціонування для забезпечення передачі даних у мережах безпровідної передачі даних і отримання даних на комп’ютерному обладнанні у мережі. Мала складність і вартість пропонованих засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних отримана шляхом застосування мікроконтролерів забезпечує можливість широкого впровадження його для різноманітних кіберфізичних систем тощо. Метою магістерської роботи є аналіз розробки засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних. Об’єктом досліджень є дослідження принципів створення засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних. Предметом досліджень є пошук шляхів реалізації поставленої задачі мінімальними засобами. Задачі дослідження: – дослідження сучасних принципів функціонування засобів для застосування у мережах безпровідної передачі даних; – дослідження технологій та шляхів для практичної реалізації засобів кіберфізичних систем для мереж безпровідної передачі даних; – розробка структурної схеми та алгоритмів роботи пристрою для мереж безпровідної передачі даних; – реалізація програмних засобів пристрою; – дослідження функціонування пристрою у реальних умовах у мережах безпровідної передачі даних. Практична цінність. Результати отримані при виконанні магістерської кваліфікаційної роботи можуть бути використані для розробки засобів кіберфізичних систем для застосування у мережах безпровідної передачі даних. Ключові слова: засоби кіберфізичних систем, мережі безпровідної передачі даних, пристрій для мереж безпровідної передачі даних.