Teollisen esineiden internetin ohjelmisto-ohjatun resurssien hallinnan ratkaisut

Teollisen esineiden internetin (IIoT) ja Teollisuus 4.0:n tarkoituksena on virtaviivaistaa tuotantoprosesseja ja pitää valmistus kannattavana. Tämä tarjoaa yrityksille mahdollisuuden lisätä tuottavuutta ja samalla parantaa tehokkuutta, turvallisuutta ja vähentää kustannuksia. IIoT on osoittanut huomattavaa edistystä viime vuosina sekä tutkimuksen että teollisuuden lisääntyneen kiinnostuksen ansiosta, mikä on tapahtunut asiaan liittyvien teknologioiden, kuten teollisten langattomien verkkojen (IWN), ohjelmisto-ohjattujen verkkojen (SDN), pilvipalvelujen ja reunalaskennan (MEC) ansiosta. Huolimatta näiden teknologioiden todistetusta kyvystä edistää IIoT:n ja Industry 4.0:n kulkua, yhtä tärkeä mutta vähemmän tutkittu ongelma on varmistaa, että resurssit, joista nämä tekniikat ovat riippuvaisia, kohdennetaan optimaalisesti ja käytetään tehokkaasti.

Tässä väitöskirjassa ehdotetaan ohjelmistojen määrittelemää lähestymistapaa IIoT-järjestelmien resurssienhallinnan ja tehokkuuden parantamiseksi. Ensinnäkin SDN-pohjainen tietojen purkujärjestelmä on suunniteltu koordinoimaan tietojen purkua IIoT-sovelluksille. Näin rajoitetut IIoT-laitteet voivat välittää vaativampia toimintojaan energian ja resurssien optimointiin. Toiseksi kehitetään järjestelmämalli, joka hyödyntää SDN-, MEC- ja konttiteknologioiden välistä synergiaa IIoT-sovellusten edistämisessä resurssien hallinnan lisäämiseksi, erityisesti konttien reunamikropalveluissa. Kolmanneksi kehitetään uusi SDN-yhteensopiva resurssienhallintajärjestelmä (SDRM), joka perustuu SMT (Satisfiability Modulo Theory) -rajoitusohjelmointiin. Tämän avulla SDRM pystyy automaattisesti laskemaan optimaalisen resurssien kohdistuksen eri IIoT-verkkomalleille ja säätämään dynaamisesti varattuja resursseja ennalta määritettyjen rajoitusten perusteella palvelutasosopimuksen (SLA) varmistamiseksi. Lopuksi tarkastellaan yhteistyöhön perustuvan eunapilvilaskennan vaikutuksia tällaisiin SDN-pohjaisiin IIoT-toteutuksian.

Toteutusmalliemme tulokset osoittavat SDN-pohjaisten ratkaisujen käytön toteutettavuuden, tehokkuuden ja suorituskyvyn parantamisen resurssien optimoinnissa IIoT-toteutuksissa. Näin ollen tämän tutkimuksen tulokset auttavat sekä tutkijoita että järjestelmäsuunnittelijoita kehittämään resurssitehokkaampia IIoT-ratkaisuja.