Розробка мобільної кіберфізичної системи інтелектуального моніторингу кліматичних параметрів

Abstract

Розвиток мобільних кіберфізичних систем (МКФС) є перспективним напрямом досліджень і розробок для багатьох галузей, таких як промисловість, охорона здоров’я, домашня автоматизація та багато інших. Саме тому в роботі створено прототип МКФС на базі смартфона, що дає змогу збирати, обробляти і передавати дані з різних пристроїв і сенсорів у режимі реального часу в будь-якому місці. Спроєктовано архітектуру мобільної кіберфізичної системи моніторингу кліматичних параметрів з можливістю оповіщення у Telegram-каналі. Запропоновано алгоритм інтелектуального аналізу та оптимізації процесів передавання даних для розробленого прототипу МКФС. Перевага розробленої системи – можливість визначити пріоритетність моніторингових параметрів, що дає змогу швидко реагувати на критичні зміни температури на об’єкті, де виконують вимірювання. Крім того, реалізовано унікальний метод вимірювання наскрізної затримки передавання даних із використанням часової мітки в метаданих заголовка пакета. Метод дає змогу визначати час обробки пакетів кожного компонента МКФС та в умовах перевищення норм автоматично сповіщати про прийняття необхідних керуючих рішень. Підтримка такого методу в МКФС є особливо ефективним рішенням для моніторингу якості надання сервісу в режимі реального часу на об’єктах критичної інфраструктури. На основі досліджень встановлено, що запропонований алгоритм інтелектуального аналізу та оптимізації даних дав змогу зменшити кількість повідомлень у три рази та обсяг переданої інформації у 2,3 разу. В майбутньому розроблена система у поєднанні зі штучним інтелектом забезпечить надійне та якісне передавання даних навіть у непередбачуваних ситуаціях, що робить її перспективним рішенням для поліпшення якості життя людей та підвищення ефективності функціонування розумних інфраструктур у різних сферах.

The development of Mobile Cyber-Physical Systems (MCPS) is a promising research and development direction for many industries, such as manufacturing, healthcare, home automation, and many others. That is why a prototype MCPS based on a smartphone has been developed to collect, process, and transmit data from various devices and sensors in real-time, anywhere. The architecture of a mobile cyber-physical system for monitoring climatic parameters with telegram notifications has been designed. An algorithm for intelligent analysis and optimization of data transmission processes has been proposed for the developed MCPS prototype. The advantage of the developed system is the ability to determine the priority of monitoring parameters, which allows for a quick response to critical temperature changes at the object where the measurements are taken. Additionally, a unique method for measuring end-to-end data transmission delay using a timestamp in the packet header metadata has been implemented. This method enables the determination of the processing time of each component of the MCPS and, in case of exceeding the norms, automatically notifies about the necessary control decisions. Supporting such a method in MCPS is a particularly effective solution for monitoring the quality of real-time service delivery in critical infrastructure objects. Based on the conducted research, it has been established that the proposed algorithm for intelligent data analysis and optimization has reduced the number of messages by 3 times and the amount of transmitted information by 2.3 times. In the future, the developed system, in combination with artificial intelligence, will ensure reliable and high-quality data transmission even in unpredictable situations, making it a promising solution for improving the quality of life and the efficiency of smart infrastructures in various fields.