Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı

A scheduling method for sporadic traffics in industrial iot

Endüstriyel nesnelerin internetinde düzensiz trafikler için bir çizelgeleme yöntemi

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 473258 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

Internet of Things technology continues to develop as a commercial value and it has become one of the core elements of Industry 4.0 paradigm. Together with that, IEEE 802.15.4e standard provides Time-Slotted Channel Hopping (TSCH) operation mode especially for industrial applications that have strict QoS requirements. In spite of the fact that the standard defines frame structure in MAC layer, there has been no standardization in scheduling for TSCH frame yet. It brings serious challenge for engineering design since industrial applications have stringent demands such as high reliability, low latency and energy efficiency. Industrial applications can generate two types of traffic flows, which are periodic and sporadic. There have been many studies on periodic traffic flow in which it is proven that dedicated cell property of TSCH can fulfill the requirements. Whereas, there is a lack of research on sporadic traffic, which can be handled with shared cell property of TSCH. To this end, a shared cell scheduling method for sporadic traffic flows in Industrial IoT is introduced in this thesis. Proposed method exploits the tree structure of RPL protocol, which is a decisive standard for Industrial IoT, in order to divide the network into independent subnetworks that consist of one parent node and a number of child nodes. The method takes its basis from the idea that the whole network optimization can be achieved by separate subnetwork optimizations, which corresponds to finding an optimum number of shared cells and distribution of child nodes among these cells to handle traffic, which originated from child nodes, with meeting QoS requirements. The method is based on estimations according to a heuristic model of the subnetworks. The results obtained by simulations prove that proposed method minimizes energy consumption without violating QoS requirements. It is also observed that optimum results can be accomplished with this method whether traffic generation rate of child nodes in a subnetwork are the same or different. Thus, granting parent nodes the ability to manage trade-offs between energy consumption, latency and reliability is the outcome of this thesis.

Summary:

Nesnelerin İnterneti teknolojisi, ticari bir değer olarak gelişimini sürdürmektedir ve Endüstri 4.0 paradigmasının temel unsurlarından biri haline gelmiştir. Bununla beraber, IEEE 802.15.4e standardına Zaman Dilimli Kanal Atlamalı (TSCH) çalışma modu eklenmiştir. Bu mod özellikle katı hizmet kalitesi (QoS) gereksinimleri olan endüstriyel uygulamalar için tasarlanmıştır. TSCH standardı ortama erişim kontrolü katmanında çerçeve yapısını tanımlamış olmasına rağmen, çerçevenin çizelgelenmesi ile ilgili bir standart bulunmamaktadır. Endüstriyel uygulamalar yüksek güvenilirlik, düşük gecikme süresi ve enerji verimliliği gibi katı taleplere sahip olduğu için TSCH çerçeve çizelgelenmesi ciddi bir mühendislik tasarımı gerektirir. Endüstriyel uygulamada trafik akışı periyodik veya düzensiz olabilir. Periyodik trafik üzerine çokça çalışma mevcuttur. Bu çalışmalar gösteriyor ki TSCH standardında bulunan özel hücre atama yöntemi bahsedilen gereksinimleri karşılayabilmektedir. Buna rağmen, paylaşımlı hücre atama yöntemi ile düzensiz trafikleri çizelgeleme konusunda yeteri kadar araştırma mevcut değildir. Bu tez çalışmasında, Endüstriyel IoT için paylaşımlı hücre kullanımı ile düzensiz trafik çizelgeleme yöntemi sunulmuştur. Önerilen yöntem, ağı bir üst düğüm ve birden fazla alt düğümlerden oluşan bağımsız alt ağlara bölmek için, Endüstriyel IoT teknolojisinde kesinleşmiş standart olan RPL protokolünün ağaç yapısını kullanmaktadır. Yöntem, her bir alt ağın ayrı ayrı optimize edilmesinin tüm ağı optimize edeceği fikrine dayanmaktadır. Bir alt ağı optimize etmek için, QoS gereksinimlerini karşılayan optimum paylaşımlı hücre sayısı ve alt düğümlerde oluşan trafiği karşılayabilecek optimum alt düğüm dağılımı bulunur. Önerilen yöntem, bir alt ağın deneysel modeli ile yapılan tahminlere dayanmaktadır. Deneylerle elde edilen sonuçlara göre, önerilen yöntem QoS gereksinimlerini bozmadan enerji tüketimini düşürebilmektedir. Ayrıca, bir alt ağdaki alt düğümlerin trafik üretim oranlarının eşit ve farklı olduğu durumlar ile yapılan deneylerde, iki durumda da optimum sonuçların elde edilebildiği görülmüştür. Bu tezin sonucunda, üst düğümlere güvenilirlik, gecikme süresi ve enerji tüketimi arasında olan ödünleşme ilişkisini yönetebilme yeteneği verilmektedir.