طراحی یک معماری اینترنت اشیا چندلایه توزیع شده و مقیاس پذیر با قابلیت تاب آوری بالا رویکردی مبتنی بر میکروکنترلرهای هیبریدی و پروتکل های صنعتی RTU

این مقاله یک معماری نوین اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT) را معرفی می کند که با هدف غلبه بر چالش های رایج مانند مقاومت در برابر نویز و تداخلات الکترومغناطیسی (EMI)، پایداری ارتباطات و پردازش داده در محیط های صنعتی طراحی شده است. معماری پیشنهادی، رویکردی توزیع شده و هیبریدی را با به کارگیری ریزپردازنده های ESP۳۲-WROVER به عنوان هسته پردازش مرکزی و میکروکنترلرهای ATmega۸A برای کنترل توزیع شده در لایه میدانی پیاده سازی می کند. از سویی ارتباطات بین نود ماژول های مختلف ورودی / خروجی و ارتباطی از طریق شبکه بی سیم WiFi تحت IEEE۸۰۲.۱۱ برقرار می گردد و از سوی دیگر ارتباطات صنعتی پایدار و مقاوم در برابر نویز از طریق پروتکل Modbus بر بستر باس RS۴۸۵ تضمین شده است که در مقایسه با پروتکل های بی سیم مزایای قابل توجهی در محیط های پرنویز صنعتی ارائه می دهد. لایه اپلیکیشن با استفاده از MQTT Broker به پلتفرم ابری ThingsBoard متصل شده و امکان نظارت و مدیریت متمرکز داده ها را فراهم می سازد. داده های سنسورها ابتدا در لایه میدانی جمع آوری شده سپس از طریق ارتباط UART بین ESP۳۲ و ATmega۸A همگام سازی شده و در نهایت پس از بسته بندی به فرمت JSON به صورت امن به پلتفرم ابری ارسال می شوند. مکانیزم های افزونه ای شامل کارت حافظه SD و ماژول GSM برای ذخیره سازی موقت داده ها و ارتباط پشتیبان در زمان قطعی شبکه اصلی طراحی شده اند. نتایج ارزیابی عملکرد نشان می دهد که معماری پیشنهادی قادر است تاخیر سرتاسری را کمتر از ۲۰ میلی ثانیه حفظ کرده و نرخ خطای بیت (BER) در ارتباط RS۴۸۵ را زیر ۰.۰۱ درصد نگه دارد که حاکی از پایداری و قابلیت اطمینان بالای سیستم در شرایط عملیاتی واقعی است. این معماری راهکاری کارآمد و مقیاس پذیر و با تاب آوری بالا برای پیاده سازی سیستم های IoT در کاربردهای صنعتی حساس ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

اینترنت اشیاء ، صنعتی IIoT ، معماری ارتباطی هیبریدی ، شبکه های حسگر ، هوشمند ، معماری مقیاس پذیر