bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-4-80-87bsuir-3392Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSРазработка и оптимизация сети Интернета вещей для мониторинга качества продукцииDevelopment and Optimization of the Internet of Things Network for Product Quality MonitoringВишняковВ. А.VishniakouU. А.

Вишняков Владимир Анатольевич, д.т.н., профессор, профессор кафедры инфокоммуникационных технологий

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

тел. +375-44-486-71-82

Vishniakou Uladzimir Anatolievich,  Dr. of Sci. (Tech.), Professor, Professor at the Department of Infocommunication Technologies  

220013, Minsk, P. Brovka St., 6

tel. +375-44-486-71-82

vish@bsuir.byЧжифэнХуZhifengHu

магистрант кафедры инфокоммуникационных технологий 

г. Минск

aster’s Student at the Department of Infocommunication Technologies

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2022290620222048087Copyright © Вишняков В.А., Чжифэн Х., 20222022Вишняков В.А., Чжифэн Х.Vishniakou U.А., Zhifeng H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3392

Целью статьи является анализ методов, подходов, средств технологии Интернета вещей (Internet of Things (IoT)) для контроля качества продукции. Задачами статьи являются: анализ проблем управления молочной фермой, разработка структуры сети IoT для анализа качества молока, разработка алгоритма работы сети IoT контроля качества молока, оптимизация выбора протоколов сети IoT. Для функционирования молочной фермы рассмотрены два типа управления: производством и процессами. Для реализации управления молочной фермой по технологии 4.0 предложено использование сети IoT, в которой рассмотрены различные протоколы организации связи. Предложена структура сети IoT четырехуровнего управления молочной фермой, которая включает анализаторы, шлюз, облачную платформу и различные приложения для фермеров и операторов. Приведен обобщенный алгоритм контроля качества молока на ферме на основе разработанной структуры сети IoT, который включает прием информации от анализаторов, передачу ее через шлюз в облачную платформу для хранения и интеллектуальной обработки, отображение результатов через приложения операторов. Рассмотрено также применение интеллектуальных алгоритмов для управления фермой: обработки данных и обучения ‒ ML, обработки знаний ‒ DT, обеспечения безопасности ‒ FL. Выполнен процесс выбора подходящего протокола сети для контроля молочной фермы с использованием метода анализа иерархий, в котором используются оценки экспертов, соответствующие четырем показателям сети: скорость передачи, расстояние, частота и безопасность. Сформулированные подходы могут быть применимы в различных производственных процессах для мониторинга качества продукции.

The purpose of the article is to analyze methods, approaches and means of Internet of Things (IoT) technology for product quality control. The objectives of the article are: analysis of dairy farm management problems, development of the structure of the IoT network for milk quality analysis, development of an algorithm for the operation of the IoT milk quality control network, optimization of IoT network protocols choice. Two types of management are considered for the functioning of a dairy farm: production and processes. To implement dairy farm management using 4.0 technology, the use of an IoT network is proposed, in which various communication protocols are considered. The structure of the IoT network of four-level dairy farm management is proposed, which includes analyzers, a gateway, a cloud platform and various applications for farmers and operators. A generalized algorithm for milk quality control on a farm based on the developed IoT network structure is presented, which includes receiving information from analyzers, transmitting it through a gateway to a cloud platform for storage and intelligent processing, displaying results through operator applications. The application of intelligent algorithms for farm management is also considered: data processing and training ‒ ML, knowledge processing ‒ DT, security ‒ FL. The process of selecting a suitable network protocol for monitoring a dairy farm is carried out using the hierarchy analysis method, which uses expert estimates corresponding to four network indicators: transmission speed, distance, frequency and security. The formulated approaches can be applied in various production processes to monitor product quality.

технология IoTпротоколыструктура сетиалгоритмы обработкиоптимизацияIoT technologyprotocolsnetwork structureprocessing algorithmsoptimizationReferencesVate-U-Lan P., Quigley D., Masouras P. Smart dairy farming through the Internet of Things (IoT). Asian International Journal of Social Sciences. 2017;7:23-36.Vate-U-Lan P., Quigley D., Masouras P. Smart dairy farming through the Internet of Things (IoT). Asian International Journal of Social Sciences. 2017;7:23-36.Latino M., Corallo A., Menegoli M., Nuzzo B. Agriculture 4.0 as Enabler of Sustainable Agri-Food: A Proposed Taxonomy. IEEE Transactions on Engineer. 2021;8:1-20.Latino M., Corallo A., Menegoli M., Nuzzo B. Agriculture 4.0 as Enabler of Sustainable Agri-Food: A Proposed Taxonomy. IEEE Transactions on Engineer. 2021;8:1-20.Akbar M.O., Shahbaz khan M.S., Ali M.J., Azfar H., Qaiser G., Pasha M., Pasha U., Missen A.S. Akhtar N. IoT for Development of Smart Dairy Farming. Journal of Food Quality. 2020;2:1-8.Akbar M.O., Shahbaz khan M.S., Ali M.J., Azfar H., Qaiser G., Pasha M., Pasha U., Missen A.S. Akhtar N. IoT for Development of Smart Dairy Farming. Journal of Food Quality. 2020;2:1-8.Рентюк В.И. Краткий путеводитель по беспроводным технологиям «Интернета вещей». Часть 2. Ближний радиус действия. Control Engineering. 2018;1(73):51-57.Rentyuk V.I. [Brief guide to wireless technologies of the Internet of things. Part 2. Short range]. Control Engineering. 2018;1:51-57. (In Russ)Рентюк В.И. Краткий путеводитель по беспроводным технологиям «Интернета вещей». Часть 4. Дальний радиус действия. Control Engineering. 2018;3(75):82-87.Rentyuk, V.I. [Brief guide to wireless technologies of the Internet of things. Part 4. Long range]. Control Engineering. 2018;3:82-87. (In Russ)Shoham Y, Leyton-Brown K. Multiagent systems: algorithmic, game-theoretic, and logical foundations. Cambridge University Press; 2009.Shoham Y, Leyton-Brown K. Multiagent systems: algorithmic, game-theoretic, and logical foundations. Cambridge University Press; 2009.Вишняков В.A., Аль-Масри А.Х., Аль-Хаджи C.К. Организация управления и структуры в локальных сетях интернет вещей. Системный анализ и прикладная информатика. 2020;2:11-16.Visniakou U.A., Al−Masri A.H. Al−Hajj S.K. [Organization of management and structure in local networks internet of things]. System analysis and application informatics. 2020;2:11-16. (In Russ)Кошкаров А.В. Методы машинного обучения в цифровом сельском хозяйстве: алгоритмы и кейсы. Международный журнал перспективных исследований. 2018;8(1):11-26.Koshkarov A.V. [Machine learning methods in digital agriculture: algorithms and cases]. International Journal of Advanced Studies.2018;8(1):11-26. (In Russ)Pylianidis C., Osinga S., Athanasiadis A. Introducing digital twins to agriculture. Computers and Electronics in Agriculture. 2021;2:1-25.Pylianidis C., Osinga S., Athanasiadis A. Introducing digital twins to agriculture. Computers and Electronics in Agriculture. 2021;2:1-25.Gengler N. Symposium review: Challenges and opportunities for evaluating and using the genetic potential of dairy cattle in the new era of sensor data from automation. Journal of Dairy Science. 2019;102(6):5756-5763.Gengler N. Symposium review: Challenges and opportunities for evaluating and using the genetic potential of dairy cattle in the new era of sensor data from automation. Journal of Dairy Science. 2019;102(6):5756-5763.Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. Москва: Радио и связь; 2003.Saati T. [Decision-making. Hierarchy Analysis method]. Moskow: Radio i svjas; 2003. (In Russ)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.