АРХІТЕКТУРА IоT-ШЛЮЗУ ДЛЯ ІНТЕГРАЦІЇ З ПЛАТФОРМАМИ ЦИФРОВИХ ДВІЙНИКІВ

Анотація

У статті досліджено особливості забезпечення якості обслуговування (QoS) в IoT edge-gateway, реалізованому на ресурсно-обмеженій платформі Raspberry Pi, у контексті застосування в системах цифрових двійників. Обґрунтовано доцільність переходу від cloud-only підходу до edge-архітектур для зменшення затримок, мережевого навантаження та підвищення стійкості до перебоїв зв’язку. Розроблено та реалізовано прототип IoT-шлюзу, який забезпечує приймання телеметрії від сенсорних вузлів (ESP32/Arduino), буферизацію, збереження та доступ до даних через API.

Запропоновано методику оцінювання впливу режимів збереження телеметричних даних на показники QoS шлюзу, зокрема на затримку збереження, пропускну здатність та рівень втрат. Для експериментального дослідження сформовано контрольований профіль навантаження в діапазоні частот 1–10 Гц із використанням стабільного генератора телеметрії. Оцінювання виконано на основі статистичних характеристик затримок (середнє значення, медіана, p95, p99).

Проведено порівняльний аналіз двох стратегій збереження даних: синхронного (sync) та пакетного (batch). Встановлено, що режим sync забезпечує низьку та стабільну затримку збереження на рівні близько 1.6 мс у всьому дослідженому діапазоні частот, тоді як режим batch зменшує інтенсивність дискових операцій, але призводить до зростання затримки до сотень мілісекунд і формування верхніх перцентилів на рівні близько 1 секунди.

Отримані результати показують, що режим збереження є визначальним фактором QoS IoT edge-gateway і повинен обиратися залежно від вимог прикладної системи: мінімальна затримка оновлення стану або оптимізація використання ресурсів. Запропонована методика та реалізований стенд можуть бути використані для подальших досліджень і практичного налаштування edge-вузлів у платформах цифрових двійників.