Дослідження методів автоматизації процесів управління критичною інфраструктурою з використанням технологій 4G/5G та IoT
Автор: Іванишин Святослав Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні мережі зв'язку
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Дипломна робота присвячена розробці та дослідженню систем автоматизації для управління критичною інфраструктурою із застосуванням сучасних технологій Інтернету речей (IoT), 4G/5G і NB-IoT. У рамках роботи проаналізовано тенденції розвитку IoT, розглянуто архітектури автоматизації, впроваджено інтеграційні рішення з використанням платформи Home Assistant, а також створено та протестовано прототип системи моніторингу температури на основі технологій LTE/NB-IoT. Перший розділ зосереджений на вивченні сучасних тенденцій розвитку технологій IoT, 4G та 5G і їхнього застосування для управління критичною інфраструктурою. Окреслено можливості цих технологій щодо підвищення стабільності, надійності та ефективності роботи систем. Проведено огляд архітектур і ключових компонентів IoT-систем, що застосовуються для моніторингу та автоматизації об’єктів критичної інфраструктури. Особливу увагу приділено методам розгортання IoT-рішень та їхній адаптації до умов конкретних об’єктів. Висновки підсумовують перспективи подальшого розвитку IoT як основи для цифровізації критичних об’єктів. У другому розділі детально описано методи автоматизації, які базуються на платформі Home Assistant. Наведено приклад інтеграції об’єктів критичної інфраструктури з Home Assistant, що дозволяє централізовано контролювати IoTпристрої, автоматизувати процеси моніторингу та зменшити залежність від хмарних рішень. Також представлено метод моніторингу та управління акумуляторними батареями LiFePO4 на основі спеціалізованого аддона Batmon. Розглянуто сценарії автоматизації, спрямовані на підвищення енергоефективності та надійності систем. Крім того, проаналізовано переваги використання технології NB-IoT для задач моніторингу й автоматизації, включаючи стабільність зв’язку, низьке енергоспоживання та здатність працювати у складних умовах. У третьому розділі описано процес розгортання прототипу системи моніторингу температури для критичної інфраструктури з використанням технологій LTE/NB-IoT. Проведено аналіз функціональних можливостей прототипу, що базується на платформах Raspberry Pi 3 і LTE IoT 3 Click. Детально описано процес підготовки та налаштування компонентів системи, зокрема конфігурацію зв’язку між пристроями та використання MQTT-протоколу. Визначено технічні переваги LTE/NB-IoT у задачах моніторингу, серед яких стабільність передачі даних, широке покриття та здатність функціонувати в умовах слабкого сигналу. Четвертий розділ присвячений практичній реалізації та тестуванню прототипу системи моніторингу. Описано процес автоматизації параметрів мережі та функціональності клієнта MQTT за допомогою Python-скриптів. Здійснено збір ключових показників ефективності системи, включаючи затримки передачі даних, пропускну здатність і якість зв’язку. Проведені експерименти показали, що реалізований прототип забезпечує стабільну роботу, низькі затримки та високу надійність передачі даних навіть за низької якості сигналу. Наведено рекомендації щодо оптимізації роботи системи для підвищення її ефективності в реальних умовах. У п’ятому розділі проведено техніко-економічне обґрунтування розробленого прототипу. Об’єктом дослідження є процеси автоматизації управління критичною інфраструктурою з використанням сучасних інформаційно-комунікаційних технологій, таких як NB-IoT, 4G/5G та IoT. Предметом дослідження є методи інтеграції та автоматизації управління критичною інфраструктурою шляхом застосування протоколів NB-IoT, інструментів моніторингу в реальному часі та архітектур IoT-систем.. Метою роботи є дослідження методів автоматизації процесів управління критичною інфраструктурою з використанням NB-IoT технології та розробка прототипу системи моніторингу температури об’єктів критичної інфраструктури.