Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/43374| Назва: | Моделювання динамічних мереж міської інфраструктури з використанням кіберфізичних систем |
| Інші назви: | Modeling of the city infrastructure dynamic networks using cyber-physical systems |
| Автори: | Коваль, Андрій Андрійович Koval, Andrii Andriiovych |
| Приналежність: | ТНТУ ім. І. Пулюя, Факультет комп’ютерно-інформаційних систем і програмної інженерії, Кафедра комп’ютерних наук, м. Тернопіль, Україна |
| Бібліографічний опис: | Коваль А.А. Моделювання динамічних мереж міської інфраструктури з використанням кіберфізичних систем: кваліфікаційна робота освітнього рівня „Магістр“ „126 – Інформаційні системи і технології “ / А.А. Коваль. – Тернопіль : ТНТУ, 2023. – 72 с. |
| Дата публікації: | 29-гру-2023 |
| Дата подання: | 15-гру-2023 |
| Дата внесення: | 5-січ-2024 |
| Країна (код): | UA |
| Місце видання, проведення: | ТНТУ ім. І.Пулюя, ФІС, м. Тернопіль, Україна |
| Науковий керівник: | Гром'як, Роман Сильвестрович |
| Члени комітету: | Тиш, Євгенія Володимирівна |
| УДК: | 517.5 |
| Теми: | моделювання modelling мережа network кіберфізичні системи cyber physical systems архітектура програмного забезпечення software architect класифікація систем system classification вбудоване програмне забезпечення embedded software обчислення computing мікроконтролер microcontroller |
| Короткий огляд (реферат): | Кваліфікаційна робота присв’ячена моделюванню динамічних мереж міської інфраструктури з використанням кіберфізичних систем. В першому розділі кваліфікаційної роботи розглянуто еволюцію кфберфізичних систем. Висвітлено Інтернет речей як елемент КФС. Проаналізовано основні парадигми кібефізичних систем.В другому розділі кваліфікаційної роботи описано основні виклики при розробці та інтеграції КФС. Досліджено архітектуру та поведінкову парадигму для КФС. Подано порівняльний опис функціонального та архітектурного дизайну кіберфізичних систем. В третьому розділі кваліфікаційної роботи Розроблено концепцію Kevoree. Запропоновано динамічну компонентну модель Kevoree. Спроєктовано мікропрограму для підтримки основних змін. Протестовано безшовну динамічну адаптацію мікроконтролерів. В четвертому розділі кваліфікаційної роботи розглянуто забезпечення безпечної роботи з обладнанням. The qualification work is devoted to modelling dynamic networks of urban infrastructure using cyber-physical systems.The first chapter of the qualification work discusses the evolution of cyber-physical systems. The Internet of Things as an element of CPS is highlighted. The main paradigms of cyber-physical systems are analysed.The second section of the qualification work describes the main challenges in the development and integration of CPS. The architecture and behavioural paradigm for CPS are investigated. A comparative description of the functional and architectural design of cyber-physical systems is given.In the third section of the qualification work, the Kevoree concept is developed. The dynamic component model of Kevoree is proposed. Firmware to support major changes was designed. Seamless dynamic adaptation of microcontrollers is tested. The fourth section of the qualification work deals with ensuring safe operation of the equipment. |
| Зміст: | ВСТУП 7 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ 9 1.1 Еволюція кіберфізичних систем 10 1.2 Парадигма КФС 12 1.3 Інтернет речей 13 1.4 Висновок до першого розділу 16 2 МЕТОДОЛОГІЇ ДЛЯ ПРОЄКТУВАННЯ КФС 18 2.1 Основні виклики при розробці та інтеграції КФС 18 2.2 Функціональний та архітектурний дизайн КФС 20 2.3 Методи та інструменти для моделювання та імітації КФС 21 2.4 Управління життєвим циклом продукту для КФС 22 2.5 Архітектура та поведінкова парадигма для кіберфізичних систем 24 2.6 Висновок до другого розділу 31 3 ДИНАМІЧНА КОМПОНЕНТНА МОДЕЛЬ ДЛЯ КІБЕРФІЗИЧНИХ СИСТЕМ 32 3.1 Динамічна компонентна модель Kevoree 32 3.2 Концепція kevoree для мікроконтролерів 34 3.3 Практичне дослідження 36 3.4 μ-Kevoree 37 3.5 Мікропрограма для підтримки основних змін 38 3.6 Безшовна динамічна адаптація мікроконтролерів 39 3.7 Обчислювальний експеримент 42 3.7.1 Час простою 44 3.7.2 Нестабільне використання пам'яті 48 3.7.3 Постійне використання пам'яті 49 3.7.4 Затримка перезавантаження при відновленні 50 3.8 Результати експериментальних досліджень 51 3.9 Висновок до третього розділу 52 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 54 4.1 Питання щодо охорони праці 54 4.2 Питання щодо безпеки в надзвичайних ситуаціях 57 4.3 Висновок до четвертого розділу 61 ВИСНОВКИ 62 ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ 64 ДОДАТКИ |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/43374 |
| Власник авторського права: | © Коваль Андрій Андрійович, 2023 |
| Перелік літератури: | 1 Kitchin, Rob. "The Data Revolution: A critical analysis of big data, open data and data infrastructures." The Data Revolution (2021): 1-100. 2 Liagkou, Vasiliki, et al. "Challenges and opportunities in industry 4.0 for mechatronics, artificial intelligence and cybernetics." Electronics 10.16 (2021): 2001. 3 Zhou, Yuchen, et al. "Cyber-physical-social systems: A state-of-the-art survey, challenges and opportunities." IEEE Communications Surveys & Tutorials 22.1 (2019): 389-425. 4 Ren, Ju, et al. "A survey on end-edge-cloud orchestrated network computing paradigms: Transparent computing, mobile edge computing, fog computing, and cloudlet." ACM Computing Surveys (CSUR) 52.6 (2019): 1-36. 5 Schranz, Melanie, et al. "Swarm intelligence and cyber-physical systems: concepts, challenges and future trends." Swarm and Evolutionary Computation 60 (2021): 100762. 6 Rymarczyk, Jan. "Technologies, opportunities and challenges of the industrial revolution 4.0: theoretical considerations." Entrepreneurial business and economics review 8.1 (2020): 185-198. 7 Serpanos, Dimitrios, et al. "Embedded artificial intelligence: The ARTEMIS vision." Computer 53.11 (2020): 65-69. 8 Rodriguez-Rincon, Daniela, et al. "Study on the proposal evaluation system for the EU R&I framework programme. Final Report." (2022). 9 Pomante, Luigi, et al. "Design and management of image processing pipelines within CPS: 2 years of experience from the FitOptiVis ECSEL Project." 2020 23rd Euromicro Conference on Digital System Design (DSD). IEEE, 2020. 10 de Amorim Silva, Rafael, and Rosana T. Vaccare Braga. "Enhancing future classroom environments based on systems of systems and the internet of anything." IEEE Internet of Things Journal 7.10 (2020): 10475-10482. 11 Ande, Ruth, et al. "Internet of Things: Evolution and technologies from a security perspective." Sustainable Cities and Society 54 (2020): 101728. 12 Nakagawa, Elisa Yumi, et al. "Industry 4.0 reference architectures: State of the art and future trends." Computers & Industrial Engineering 156 (2021): 107241. 13 Thomason, Jane. "Big tech, big data and the new world of digital health." Global Health Journal 5.4 (2021): 165-168. 14 Mcharek, Mehdi, et al. "Collaboration and multidisciplinary design optimization for mechatronic systems." IECON 2019-45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Vol. 1. IEEE, 2019. 15 Azzouzi, Elmehdi, et al. "A survey on systems engineering methodologies for large multi-energy cyber-physical systems." 2019 IEEE international systems conference (SysCon). IEEE, 2019. 16 Cervo, Andrea, et al. "Decentralized line equipment detection and production control by multi-agent technology." IECON 2019-45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Vol. 1. IEEE, 2019. 17 Weyns, Danny, et al. "A research agenda for smarter cyber-physical systems." Journal of Integrated Design and Process Science 25.2 (2021): 27-47. 18 Shi, Yang, and Kunwu Zhang. "Advanced model predictive control framework for autonomous intelligent mechatronic systems: A tutorial overview and perspectives." Annual Reviews in Control 52 (2021): 170-196. 19 Bork, Dominik, Dimitris Karagiannis, and Benedikt Pittl. "A survey of modeling language specification techniques." Information Systems 87 (2020): 101425. 20 Leander, Björn. Dynamic Access Control for Industrial Systems. Diss. Malardalen University (Sweden), 2023. 21 Hinkelman, Kathryn, et al. "Modelica-based modeling and simulation of district cooling systems: A case study." Applied Energy 311 (2022): 118654. 22 Masoom, Alireza, et al. "Modelica-based simulation of electromagnetic transients using Dynaωo: Current status and perspectives." Electric Power Systems Research 197 (2021): 107340. 23 Abugabbara, Marwan, et al. "Modelica-based simulations of decentralised substations to support decarbonisation of district heating and cooling." Energy Reports 7 (2021): 465-472. 24 Barbieri, Giacomo, Cesare Fantuzzi, and Roberto Borsari. "A model-based design methodology for the development of mechatronic systems." Mechatronics 24.7 (2014): 833-843. 25 Lee, Edward Ashford, and Sanjit Arunkumar Seshia. Introduction to embedded systems: A cyber-physical systems approach. MIT press, 2016. 26 Sagi, Surya Vamsi Varma, and Leonard Petnga. "Ontological Modeling of Time and Time-Based Reasoning for Systems of Systems." Recent Trends and Advances in Model Based Systems Engineering. Cham: Springer International Publishing, 2022. 165-176. 27 Lee, Sangil, and Kwangyeol Ryu. "Development of the Architecture and Reconfiguration Methods for the Smart, Self-Reconfigurable Manufacturing System." Applied Sciences 12.10 (2022): 5172. 28 Li, Jichun, and Yi-Tung Chen. Computational partial differential equations using MATLAB®. Crc Press, 2019. 29 Schranz, M., and M. Sende. "Modeling swarm intelligence algorithms for cps swarms." ACM SIGAda Ada Letters 40.1 (2020): 64-73. 30 Diaz, Anna, et al. "Sustainable product development in a circular economy: Implications for products, actors, decision-making support and lifecycle information management." Sustainable Production and Consumption 26 (2021): 1031-1045. 31 Leng, Jiewu, et al. "Blockchain-empowered sustainable manufacturing and product lifecycle management in industry 4.0: A survey." Renewable and sustainable energy reviews 132 (2020): 110112. 32 Mcharek, Mehdi, et al. "Collaborative design process and product knowledge methodology for mechatronic systems." Computers in Industry 105 (2019): 213-228. 33 Zheng, Chen, et al. "Interface model-based configuration design of mechatronic systems for industrial manufacturing applications." Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 59 (2019): 373-384. 34 Akundi, Aditya, and Viviana Lopez. "A review on application of model based systems engineering to manufacturing and production engineering systems." Procedia Computer Science 185 (2021): 101-108. 35 Sacks, Rafael, et al. "Toward artificially intelligent cloud-based building information modelling for collaborative multidisciplinary design." Advanced Engineering Informatics 53 (2022): 101711. 36 Liu, X. L., et al. "Industrial blockchain based framework for product lifecycle management in industry 4.0." Robotics and computer-integrated manufacturing 63 (2020): 101897. 37 Xu, Li Da. "The contribution of systems science to Industry 4.0." Systems Research and Behavioral Science 37.4 (2020): 618-631. 38 Andronie, Mihai, et al. "Big Data Management Algorithms, Deep Learning-Based Object Detection Technologies, and Geospatial Simulation and Sensor Fusion Tools in the Internet of Robotic Things." ISPRS International Journal of Geo-Information 12.2 (2023): 35. 39 Stark, Rainer, and Rainer Stark. "Major Technology 5: Product Data Management and Bill of Materials—PDM/BOM." Virtual Product Creation in Industry: The Difficult Transformation from IT Enabler Technology to Core Engineering Competence (2022): 223-272. 40 Stark, John. "Product lifecycle management (PLM)." Product Lifecycle Management (Volume 1) 21st Century Paradigm for Product Realisation. Cham: Springer International Publishing, 2022. 1-32. 41 Aranda-Mena, Guillermo, and Ron Wakefield. "Interoperability of building information—Myth of reality?." eWork and eBusiness in Architecture, Engineering and Construction. ECPPM 2006. CRC Press, 2020. 127-133. 42 Pal, Kamalendu. "Internet of things and blockchain technology in apparel manufacturing supply chain data management." Procedia Computer Science 170 (2020): 450-457. 43 Alam, Tanweer. "Cloud Computing and its role in the Information Technology." IAIC Transactions on Sustainable Digital Innovation (ITSDI) 1.2 (2020): 108-115. 44 Watanabe, Kentaro, Takashi Okuma, and Takeshi Takenaka. "Evolutionary design framework for Smart PSS: Service engineering approach." Advanced Engineering Informatics 45 (2020): 101119. 45 Fradi, Mouna, et al. "Conflict management for mechatronic systems design." 2021 IEEE International Symposium on Systems Engineering (ISSE). IEEE, 2021. 46 Lv, Zhihan, et al. "Trustworthiness in industrial IoT systems based on artificial intelligence." IEEE Transactions on Industrial Informatics 17.2 (2020): 1496-1504. 47 Costa Júnior, Ademir Almeida da. "A maturity model based on ISO/IEC/IEEE 42010: 2011 to identify technical debt in software architecture." (2020). 48 Lu, Ye, et al. "A Comprehensive Control Method for Tendon-Sheath System using Friction Model-Based Angle Estimation and Feedforward-Feedback Control in Time-Varying Configurations." IEEE Transactions on Industrial Electronics (2023). 49 Dan, Ning, Yuhao Yuan, and Jin Feng. "Fault-Tolerant Control of Speed Sensor for PMSM Based on Improved Maximum-Likelihood Voting." 2019 IEEE 8th joint international information technology and artificial intelligence conference (ITAIC). IEEE, 2019. 50 Hariri, Reihaneh H., Erik M. Fredericks, and Kate M. Bowers. "Uncertainty in big data analytics: survey, opportunities, and challenges." Journal of Big Data 6.1 (2019): 1-16. 51 Loquercio, Antonio, Mattia Segu, and Davide Scaramuzza. "A general framework for uncertainty estimation in deep learning." IEEE Robotics and Automation Letters 5.2 (2020): 3153-3160. 52 Tohidi, Seyed Shahabaldin, and Yildiray Yildiz. "Discrete adaptive control allocation." 2021 American Control Conference (ACC). IEEE, 2021. 53 Mittal, Anuj, Caroline C. Krejci, and Michael C. Dorneich. "An agent-based approach to designing residential renewable energy systems." Renewable and Sustainable Energy Reviews 112 (2019): 1008-1020. 54 Lan, Kai, and Yuan Yao. "Integrating life cycle assessment and agent-based modeling: a dynamic modeling framework for sustainable agricultural systems." Journal of Cleaner Production 238 (2019): 117853. 55 Dai, Erfu, et al. "Agent-based model of land system: Theory, application and modelling framework." Journal of Geographical Sciences 30 (2020): 1555-1570. 56 Bueno, Adauto, Moacir Godinho Filho, and Alejandro G. Frank. "Smart production planning and control in the Industry 4.0 context: A systematic literature review." Computers & Industrial Engineering 149 (2020): 106774. 57 Langmann, Reinhard, and Michael Stiller. "The PLC as a smart service in industry 4.0 production systems." Applied Sciences 9.18 (2019): 3815. 58 Schade, Florian, et al. "Dynamic Partial Reconfiguration for Adaptive Sensor Integration in Highly Flexible Manufacturing Systems." Procedia CIRP 107 (2022): 1311-1316. 59 Kovalenko, Ilya, Dawn Tilbury, and Kira Barton. "The model-based product agent: A control oriented architecture for intelligent products in multi-agent manufacturing systems." Control Engineering Practice 86 (2019): 105-117. 60 Karnouskos, Stamatis, et al. "Key directions for industrial agent based cyber-physical production systems." 2019 IEEE International Conference on Industrial Cyber Physical Systems (ICPS). IEEE, 2019. 61 Karnouskos, Stamatis, et al. "Industrial agents as a key enabler for realizing industrial cyber-physical systems: Multiagent systems entering industry 4.0." IEEE Industrial Electronics Magazine 14.3 (2020): 18-32. 62 Yang, Yiding, et al. "Learning dynamics via graph neural networks for human pose estimation and tracking." Proceedings of the IEEE/CVF conference on computer vision and pattern recognition. 2021. 63 Lokey-Vega, Anissa, and Stephanee Stephens. "A batch of one: A conceptual framework for the personalized learning movement." Journal of Online Learning Research 5.3 (2019): 311-330. 64 Camilli, Matteo, Raffaela Mirandola, and Patrizia Scandurra. "Taming model uncertainty in self-adaptive systems using bayesian model averaging." Proceedings of the 17th Symposium on Software Engineering for Adaptive and Self-Managing Systems. 2022. 65 Moin, Armin, et al. "Supporting AI engineering on the IoT edge through model-driven TinyML." 2022 IEEE 46th Annual Computers, Software, and Applications Conference (COMPSAC). IEEE, 2022. 66 Song, Hui, et al. "Model-based fleet deployment in the IoT–edge–cloud continuum." Software and Systems Modeling 21.5 (2022): 1931-1956. 67 Abiodun, Oludare Isaac, et al. "Comprehensive review of artificial neural network applications to pattern recognition." IEEE access 7 (2019): 158820-158846. 68 Weyns, Danny. An introduction to self-adaptive systems: A contemporary software engineering perspective. John Wiley & Sons, 2020. 69 Longfei, Shangguan, and Priyantha Bodhi, eds. Mobile and Ubiquitous Systems: Computing, Networking and Services: 19th EAI International Conference, MobiQuitous 2022, Pittsburgh, PA, USA, November 14-17, 2022, Proceedings. Vol. 492. Springer Nature, 2023. 70 Ouareth, Selma, Soufiane Boulehouache, and Mazouzi Smaine. "Self-Adaptation Through Reinforcement Learning Using a Feature Model." International Journal of Organizational and Collective Intelligence (IJOCI) 12.4 (2022): 1-20. 71 Zhao, Kang, Zhiya Zuo, and Jennifer V. Blackhurst. "Modelling supply chain adaptation for disruptions: An empirically grounded complex adaptive systems approach." Journal of Operations Management 65.2 (2019): 190-212. 72 Stoica, Radu, et al. "Understanding the design trade-offs of hybrid flash controllers." 2019 IEEE 27th International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS). IEEE, 2019. 73 Bencomo, Nelly, Sebastian Götz, and Hui Song. "Models@ run. time: a guided tour of the state of the art and research challenges." Software & Systems Modeling 18 (2019): 3049-3082. 74 Moin, Armin, et al. "Supporting AI engineering on the IoT edge through model-driven TinyML." 2022 IEEE 46th Annual Computers, Software, and Applications Conference (COMPSAC). IEEE, 2022. 75 Mamro, Oleksandr, and Andrii Lagun. "Micro-service support by module architecture application of the service platform for OSGI Java additions." Measuring equipment and metrology, 1 (81), 2020 1 (2020): 30-33. 76 Erazo-Garzón, Lenin, et al. "Models@ runtime and Internet of Things: A Systematic Literature Review." 2021 Second International Conference on Information Systems and Software Technologies (ICI2ST). IEEE, 2021. 77 Moin, Armin, et al. "A model-driven approach to machine learning and software modeling for the IoT: Generating full source code for smart Internet of Things (IoT) services and cyber-physical systems (CPS)." Software and Systems Modeling 21.3 (2022): 987-1014. 78 Стручок В.С. Безпека в надзвичайних ситуаціях. Методичний посібник для здобувачів освітнього ступеня «магістр» всіх спеціальностей денної та заочної (дистанційної) форм навчання / В.С.Стручок. — Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2022. — 156 с 79 Vogel-Heuser, Birgit, Jay Lee, and Paulo Leitão. "Agents enabling cyber-physical production systems." at-Automatisierungstechnik 63.10 (2015): 777-789. |
| Тип вмісту: | Master Thesis |
| Розташовується у зібраннях: | 126 — інформаційні системи та технології |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Mag_2023_STm_61_Koval_A_A.pdf | 1,71 MB | Adobe PDF | Переглянути/відкрити |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.
Інструменти адміністратора