1276

COM3 137

Hasanain Hazim Azeez

ارائه يك زبان الگو براي طراحي سيستم هاي IIoT شامل دستگاه هاي ناهمگن

دكتري

22-12-2024

170 p.

بهمن زماني , شكوفه كلاه دوز رحيمي

محمدرضا شعرباف

الگوهاي طراحي , زبان الگو , اينترنت صنعتي اشياء

The Industrial Internet of Things (IIoT) is rapidly transforming industrial operations by integrating diverse, heterogeneous devices into unified systems. However, managing this heterogeneity presents significant challenges related to interoperability, security, an‎d scalability. This dissertation introduces a comprehensive pattern language specifically designed for IIoT systems, consisting of a set of interconnected design patterns that address these critical challenges. The proposed pattern language includes key patterns such as Publish/Subscribe, Device Gateway, Edge Computing, Device Management, Security (Device Authentication), an‎d Scalability. These patterns are intricately linked, with each pattern addressing a distinct aspect of IIoT system design while complementing the others. For instance, the Publish/Subscribe pattern ensures efficient data exchange between devices, while the Device Gateway an‎d Edge Computing patterns manage the flow of data from edge devices to central systems. The Device Management an‎d Security patterns reinforce system integrity an‎d security, while the Scalability pattern ensures the system can grow without compromising performance. Together, these patterns form a cohesive language that enables the creation of robust, secure, an‎d scalable IIoT architectures. Empirical validation through real-world case studies, such as the Al-Kut Textile Factory, demonstrates the practical applicability an‎d effectiveness of the pattern language in resolving key operational challenges, including device integration an‎d predictive maintenance. The case studies highlight how the coordinated use of these patterns leads to improved system performance an‎d resilience. The validation process, guided by the Delphi method, ensures that the framework is iteratively refined based on expert feedback, resulting in a robust solution for IIoT system design. In conclusion, this dissertation contributes to the field of IIoT by offering a validated, structured pattern language that effectively addresses device heterogeneity, security, an‎d scalability. This work provides a valuable framework for both researchers an‎d practitioners, paving the way for the development of resilient an‎d efficient IIoT systems capable of meeting the deman‎ds of modern industrial environments.

اينترنت صنعتي اشياء (IIoT) با ادغام دستگاه‌هاي متنوع و ناهمگن در سيستم‌هاي يكپارچه، به سرعت در حال تغيير عمليات صنعتي است. با اين حال، مديريت اين ناهگوني چالش‌هاي مهمي را در رابطه با قابليت همكاري، امنيت و مقياس‌پذيري ايجاد مي‌كند. اين رساله يك زبان الگوي جامع را معرفي مي‌كند كه به طور خاص براي سيستم‌هاي IIoT طراحي شده و شامل مجموعه‌اي از الگوهاي طراحي به هم پيوسته براي پرداختن به چالش‌هاي حياتي مطرح شده است. زبان الگوي پيشنهادي شامل الگوهاي كليدي مانند انتشار/اشتراك، درگاه دستگاه، محاسبات لبه، مديريت دستگاه، امنيت (تأييد هويت دستگاه) و مقياس پذيري است. اين الگوها به طور پيچيده اي به هم مرتبط هستند و هر الگو به جنبه اي متمايز از طراحي سيستم IIoT مي پردازد و در عين حال مكمل ساير الگوها است. به عنوان مثال، الگوي انتشار/اشتراك، تبادل كارآمد داده بين دستگاه ها را تضمين مي كند، در حالي كه الگوهاي درگاه دستگاه و محاسبات لبه، جريان داده ها را از دستگاه هاي لبه به سيستم‌هاي مركزي مديريت مي‌كنند. الگوهاي مديريت دستگاه و امنيت يكپارچگي و امنيت سيستم را تقويت مي‌كنند، در حالي كه الگوي مقياس پذيري تضمين مي‌كند كه سيستم مي‌تواند بدون به خطر انداختن عملكرد رشد نمايد. اين الگوها با هم يك زبان منسجم را تشكيل مي‌دهند كه امكان ايجاد معماري‌هاي قوي، ايمن و مقياس‌پذير IIoT را فراهم مي‌كند. اعتبار سنجي تجربي از طريق مطالعات موردي در دنياي واقعي، مانند كارخانه نساجي Al-Kut، حاكي از كاربرد عملي و اثربخشي زبان الگو را در حل چالش‌هاي عملياتي كليدي، از جمله يكپارچه‌سازي دستگاه و نگهداري پيش‌بيني‌كننده است. مطالعه موردي انجام شده نشان مي‌دهد كه چگونه استفاده هماهنگ از اين الگوها منجر به بهبود عملكرد و انعطاف‌پذيري سيستم مي‌شود. فرآيند اعتبار سنجي، كه توسط روش دلفي هدايت مي شود، تضمين مي كند كه چارچوب به طور مكرر بر اساس بازخورد متخصص پالايش مي‌شود، كه منجر به راه حلي قوي براي طراحي سيستم IIoT مي‌شود. در نتيجه، اين پايان نامه با ارائه يك زبان الگوي معتبر و ساختاريافته كه به طور موثر به ناهمگوني، امنيت و مقياس پذيري دستگاه مي پردازد، به حوزه IIoT كمك مي‌كند. اين كار چارچوب ارزشمندي را هم براي محققان و هم براي پزشكان فراهم مي‌كند و راه را براي توسعه سيستم‌هاي انعطاف‌پذير و كارآمد IIoT كه قادر به پاسخگويي به خواسته‌هاي محيط‌هاي صنعتي مدرن هستند هموار مي‌كند.

حسنين عزيز

983605003

مهندسي كامپيوتر - نرم افزار

مهندسي نرم افزار

121157

121158

6

121159

121160

121161

121162

121163

121164

121165

121166

121167

121168

Design Patterns , Pattern Language , Industrial Internet of Things