Proiectarea rețelelor IoT tolerante la erori

Abstract

Scopul lucrării: cercetarea și dezvoltarea unui sistem IoT distribuit tolerant la erori bazat pe microcontrolere, care asigură colectarea, transmiterea și vizualizarea stabilă a datelor în condiții de posibile defecțiuni ale nodurilor și resurse hardware limitate. Obiectivele generale: analiza abordărilor existente pentru construirea rețelelor IoT tolerante la erori; proiectarea unei arhitecturi ierarhice de rețea fără fir cu adâncime și număr limitat de conexiuni; dezvoltarea de software pentru noduri și backend; implementarea mecanismelor automate de recuperare a rețelei; evaluarea experimentală a stabilității și fiabilității sistemului dezvoltat. Domeniul de cercetare: Internetul obiectelor, sistemele distribuite fără fir și dispozitivele de calcul încorporate. Principala atenție este acordată problemelor de toleranță la erori, redundanță și supraviețuire a rețelelor construite pe baza microcontrolerelor cu resurse reduse. Capitolul 1. În acest capitol sunt discutate fundamentele teoretice ale construirii rețelelor IoT, analizate tehnologiile și metodele de comunicații wireless existente pentru asigurarea toleranței la erori a sistemelor distribuite și este justifică alegerea hardware-ului și software-ului necesar. În Capitolul 2 este descrisă arhitectura rețelei IoT proiectată, principiile interacțiunii nodurilor, structura părții serverului și modalitățile de schimb de date între componentele rețelei. Capitolul 3 este prezentată implementarea practică a sistemului IoT dezvoltat, inclusiv implementarea software a nodurilor și serverelor, mecanismele de toleranță la erori, vizualizarea topologiei rețelei și rezultatele verificării experimentale a stabilității sistemului. Concluzii: acest sistem IoT de colectare a datelor tolerant la erori demonstrează eficiența, aplicarea practică a abordării propuse și poate fi utilizat în dezvoltarea ulterioară a soluțiilor IoT distribuite.

Purpose of the work: to develop and research a fault-tolerant distributed IoT system based on microcontrollers, providing stable data collection, transmission and visualization in conditions of possible node failures and limited hardware resources. General objectives: analysis of existing approaches to building fault-tolerant IoT networks; design of a hierarchical wireless network architecture with limited depth and number of connections; software development for nodes and backend; implementation of automatic network recovery mechanisms; experimental assessment of the stability and reliability of the developed system. Field of research: Internet of Things, wireless distributed systems, and embedded computing devices. The main attention is paid to the issues of fault tolerance, redundancy and survivability of networks built on the basis of low-resource microcontrollers. Chapter 1: This chapter discusses the theoretical foundations of building IoT networks, analyzes existing wireless communication technologies and methods for ensuring fault tolerance of distributed systems, and justifies the choice of hardware and software. Chapter 2: It describes the architecture of the system being designed, the principles of node interaction, the structure of the server side, and ways to exchange data between system components. Chapter 3: Practical implementation of the developed system is presented here, including software implementation of nodes and servers, fault tolerance mechanisms, visualization of network topology and the results of experimental verification of system stability. Conclusion: this fault-tolerant data collection system demonstrates the effectiveness and practical application of the proposed approach and can be used in the further development of distributed IoT solutions.