Návrh a implementace univerzální architektury pro sběr senzorických dat a automatizaci

Ing. Jan Štěpán

Disertační práce

Design and implementation of universal architecture for sensor data collection and automation

Anotace:

Disertační práce se zabývá v současnosti stále diskutovanějším tématem Internetu věcí (Internet of Things, IoT). V úvodní části práce je definován samotný pojem Internet věcí jako systém vzájemně propojených zařízení, jsou diskutovány různé možnosti využití a jeho přínosy. Následně je popsán doménový a funkční model Internetu věcí a jsou stanoveny základní prvky IoT platforem. Tedy zařízení, která integrují senzory a aktuátory, dále bran provádějících překlad komunikačních protokolů pro zařízení nevybavených IP protokolem, a integračního middlewaru. Podstatou middlewaru je poskytovat data klientským aplikacím, se kterými poté interagují další služby a uživatelé. Na úvodní část navazuje rešerše technologií využitelných v IoT a dekomponováním problematiky z různých hledisek. Dále se práce zabývá prezentací současných výzkumných problémů v oblasti Internetu věcí, jmenovitě na synchronizaci času v systémech, schopností protokolových bran, poskytování dat v reálném čase, edge computingem a virtuálními a externími zařízeními. Po analýze existujících komerčních a open-source řešení je zjištěno, že platforma, která by tyto problémy souhrnně řešila, v současné době neexistuje. Z tohoto důvodu je v další kapitole navržena architektura nového řešení s cílem vyřešit výše uvedené problémy. Ta je v částečně implementována a je ukázáno její využití napříč vědeckými projekty. V závěrečné diskuzi je ukázáno, že předkládané řešení uvedené požadavky splňuje.

Abstract:

The dissertation thesis deals with the currently increasingly discussed topic of the Internet of Things (IoT). The introductory part of the thesis defines the very concept of the Internet of Things as a system of interconnected devices and discusses its various uses and benefits. The domain and functional model of the Internet of Things is described and the basic elements of IoT platforms are presented. Devices integrate sensors and actuators, gateways are used for translating communication protocols for devices not equipped with an IP protocol, and integration middleware. Its essence is to provide data for client applications, which are used for other services and user interactions. The introductory part is followed by presenting relevant technologies usable in IoT and by decomposing the topic from various perspectives. Furthermore, the work deals with the presentation of current research problems, namely the synchronization of time in platforms, the capabilities of protocol gateways, real-time data provision, edge computing and virtual and external devices. After analyzing the existing commercial and open-source solutions, it is found that a platform that would comprehensively solve these problems does not currently exist. For this reason, the next chapter proposes the architecture of the new solution in order to solve the above problems. It is partially implemented and its use across scientific projects is shown. The final discussion shows that the presented solution successfully implements all requirements.

Klíčová slova

Internet věcí, computing, automatizace, senzory, protokoly

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 29. 6. 2021
• Vedoucí: doc. Ing. Vladimír Soběslav, Ph.D.
• Oponent: Jan Čapek, Zoltán Balogh, Peter Brída

Univerzita Hradec Králové

Fakulta informatiky a managementu

Doktorský studijní program / obor:
Aplikovaná informatika / Aplikovaná informatika