Interoperability middleware for IIoT gateways based on international standard ontologies and standardized digital representation

• Autor(a) principal: Pereira, Pedro Henrique Morgan
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/248690
• topic: Internet das coisas; Protocolos de comunicação; Indústria 4.0; Interoperabilidade; Interoperability; IoT; IIoT; Industry 4.0; Communication protocols; Ontology; AAS

Devido a recentes avanços nas áreas de microeletrônica, tecnologia da informação, e protocolos de comunicação tornaram possível o desenvolvimento de dispositivos cada vez menores com maior capacidade de processamento e menor consumo energético. Esse contexto contribuiu para o crescente nú- mero desses dispositivos na industria que estão interligados via internet, viabilizando conceitos como Indústria 4.0 e Internet das Coisas Industrial (IIoT). Esses nós possuem diferentes sensores e atuadores que monitoram e controlam os dados do ambiente. Esses equipamentos são desenvolvidos por diferentes empresas, incluindo protocolos de comunicação, estruturas de dados e plataformas de IoT distintos, acarretando em problemas de interoperabilidade. Em cenários de IoT, interoperabilidade, é a capacidade de sistemas se comunicarem e compartilharem serviços. Portanto, esses problemas podem inviabilizar o uso de dispositivos heterogêneos, aumentando o custo financeiro do projeto e seu tempo de desenvolvimento. Na indústria, interoperabilidade se divide em diferentes aspectos, como comunicação e problemas sintáticos, referentes à estrutura de dados distinta. O desenvolvimento de um padrão industrial pode trazer mais desvantagens relacionadas à interoperabilidade, em vez de resolver esses problemas. Portanto, para mitigar problemas relacionados a intoperabilidade industrial, este trabalho propõe o desenvolvimento de um middleware de interoperável para gateways IIoT baseado em padrões internacionais e ontologias. O middleware é responsável por traduzir diferentes protocolos de comunicação, atualizar os dados dos ativos industriais por meio de suas representações digitais, esses armazenados localmente ou remotamente. O middleware adota os padrões ontológicos industriais da IEEE combinadas com modelos digitais padronizados de ativos industriais. Como estudo de caso, são realizadas simulações para a produção de uma solução nutritiva para agricultura, controlada por nós IIoT. O processo utiliza três dispositivos, cada um equipado com pelo menos cinco sensores ou atuadores, por meio de diferentes protocolos de comunicação e estruturas de dados. O desempenho do middleware proposto e seus algoritmos de tradução foram avaliados e apresentados no final do trabalho, os quais resultados foram satisfatórios para mitigar a interoperabilidade em aplicações industriais.