Розроблення інтерактивної системи IoT з використанням технології цифрових двійників
Автор: Хом'як Віталій Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Проектування та адміністрування інформаційних комунікаційних мереж
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню та розробці інтерактивної IoT-системи з використанням технологій цифрових двійників. Ця тема є надзвичайно актуальною в умовах стрімкого розвитку цифрових технологій, які формують нові підходи до автоматизації та управління процесами. Інтеграція цифрових двійників та IoT дозволяє значно підвищити ефективність у багатьох галузях, таких як промисловість, медицина, транспорт, сільське господарство та урбаністика. У сучасному світі ці галузі активно застосовують новітні технології для забезпечення адаптивності, ефективності та екологічної стійкості систем. Основною метою даного дослідження є створення концептуальної моделі інтерактивної IoT- системи, яка забезпечить моніторинг і управління складними об’єктами в режимі реального часу, враховуючи їхні поточні стани та змінні зовнішні умови. Робота орієнтована на використання передових технологій, таких як периферійні обчислення, штучний інтелект, автоматизація процесів і засоби кібербезпеки. У першому розділі дослідження було проведено глибокий аналіз сучасних технологій цифрових двійників та IoT, їх історичний розвиток і перспективи подальшого впровадження. Огляд включає аналіз архітектур цифрових двійників, протоколів зв’язку, таких як MQTT, ZigBee та Z-Wave, і сучасних платформ для управління IoT- системами, таких як Home Assistant. Значну увагу було приділено визначенню переваг інтеграції цифрових двійників у системи моніторингу та управління, зокрема можливості їхнього використання для синхронного відображення стану фізичних об’єктів у віртуальному просторі. Такий підхід дозволяє забезпечити оперативність і точність управління, підвищуючи адаптивність і продуктивність складних систем [1]. Наукова новизна роботи полягає у розробці IoT-системи, що інтегрує цифрові двійники для прогнозування, симуляції та оптимізації процесів. У другому розділі роботи представлено концептуальну модель інтерактивної IoT-системи, яка демонструє архітектурний підхід до поєднання фізичних пристроїв і цифрових двійників. Враховано аспекти обробки великих обсягів даних, які надходять від сенсорів, і алгоритми їхньої аналізу для виявлення аномалій, оптимізації ресурсів і автоматизації процесів. Особливу увагу приділено питанням кібербезпеки, які включають локальну обробку даних, шифрування переданих даних і захист від несанкціонованого доступу. Запропонована модель також орієнтована на підтримку масштабованості, що дозволяє адаптувати систему до збільшення кількості пристроїв або інтеграції нових функцій [2]. У третьому розділі роботи детально описано реалізацію інтерактивної IoT- системи на базі платформи Home Assistant. Система включає інтеграцію різноманітних сенсорів, контролерів та виконавчих пристроїв, що дозволяє реалізовувати складні сценарії автоматизації. Впровадження цифрових двійників забезпечило можливість створення тривимірних моделей об’єктів для візуалізації їхніх станів у реальному часі. Особливу увагу приділено управлінню енергоспоживанням та автоматизації технологічних процесів, таких як контроль клімату, освітлення та безпеки. Система також підтримує інтуїтивно зрозумілий веб- інтерфейс і мобільний додаток, що спрощує управління для кінцевих користувачів [3]. Практична значущість дослідження полягає у можливості застосування розробленої IoT-системи для підвищення ефективності технологічних процесів, зменшення витрат на технічне обслуговування та підвищення надійності складних систем. В економічній частині роботи виконано ретельний аналіз капітальних та операційних витрат, який підтверджує доцільність впровадження системи в сучасні виробничі середовища та міську інфраструктуру. Додатково наведено рекомендації щодо реалізації подібних систем з урахуванням особливостей різних галузей, включаючи енергетичну ефективність та сталий розвиток [4]. Результати роботи підтверджують, що інтеграція цифрових двійників і IoT- технологій відкриває широкі можливості для створення адаптивних, ефективних і стійких систем. Такі системи забезпечують оптимізацію використання ресурсів, прогнозування можливих збоїв і автоматизацію складних процесів. Подальший розвиток включає впровадження алгоритмів штучного інтелекту, розширення можливостей аналізу великих даних та інтеграцію з іншими сучасними технологіями, що дозволить вдосконалити управління складними об’єктами та системами [5].