Endüstriyel IoT Bulut Uygulamaları için Düşük Maliyetli Modbus/MQTT Ağ Geçidi Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi

Günümüzde, bulut teknolojileri endüstriyel alanlarda kullanılan cihaz ve makinelerden toplanan verilerin gerçek zamanlı olarak takip edilmesinde önemli çözümler sunmaktadırlar. Sahada elde edilen verilerin bulut platformlarına aktarılabilmesi için farklı türden ağ geçitlerinden yararlanılmaktadır. Bu çalışmada endüstriyel alanlarda kullanılabilecek düşük güç tüketimine sahip, düşük maliyetli nesnelerin interneti (Internet of Things, IoT) temelli bir ağ geçidi prototipi tasarımı sunulmaktadır. Bulut platforma aktarılacak verilerin sahadan ağ geçidi üzerine alınması için endüstriyel veri iletişiminde sıklıkla kullanılan Modbus protokolü kullanılmıştır. Ağ geçidinde toplanan verilerin bulut platformuna kablosuz ortamda aktarımını sağlamak için IoT uygulamalarında sıkça kullanılan Mesaj Kuyruk Telemetri Ulaştırma Protokolü (Message Queuing Telemetry Transport, MQTT) protokolü kullanılmıştır. Tasarlanan ağ geçidi, veriler üzerinde farklılığı algılayabilecek bir algoritma ile programlanmıştır. Verilerin hızlı bir şekilde görselleştirilmesi ve depolanması için IBM Watson IoT Platformu tercih edilmiştir. Ayrıca çalışmada tasarlanan ağ geçidinin performans analizi için MQTT sunucusu olarak Mosquitto kullanılmıştır. Deneysel test çalışmalarında, farklı boyutlarda yüklere sahip veri mesajlarının farklı seviyelerde servis kalitesinde (Quality of Service, QoS) uçtan uca gecikme süreleri ve istatistiksel sonuçları verilmiştir.

Design and Implementation of Low-Cost of Modbus/MQTT Gateway for Industrial IoT Cloud Applications

Nowadays, cloud technologies offer remarkable solutions in real-time tracking of data collected from devices and machines used in industrial areas. In such cases, different types of gateways are used to transfer the obtained data to the cloud platforms. This study presents a new design of gateway prototype based on the Internet of Things (IoT), which can be used in industrial areas with low-cost and low power consumption features. Modbus protocol, which is commonly used for data communication in industrial areas, is used to gather the data to be transferred to the cloud platform from the industrial area to the gateway. The Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) protocol, which is popularly used in IoT applications, has been employed to transfer the data collected in the proposed gateway to the cloud platform in a wireless environment. The designed gateway is programmed with an algorithm that is capable of differentiating the gathered data. IBM Watson IoT Platform is adopted for rapid monitoring and storing the data. Also, Mosquitto was used as MQTT server for performance analysis of the gateway designed in the study. Furthermore, for experimental test studies, end-to-end latency and statistical results of different levels of data messages with different levels of service quality such as quality of service (QoS) are shown.

___

  • [1] Al-Fuqaha, A., Guizani, M., Mohammadi, M., Aledhari, M., Ayyash, M. (2015). Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies, Protocols, and Applications, IEEE Communications Surveys & Tutorials, 17, 2347-2376.
  • [2] Gubbi, J., Buyya, R., Marusic, S., Palaniswami, M. (2013). Internet of Things (IoT): A vision, architectural elements, and future directions. Future Generation Computer Systems, 29, 1645-1660.
  • [3] Gilchrist, A.(2016). Industry 4.0: The Industrial Internet of Things. Apress, Thailand,259.
  • [4] Deveci, F. (2016). Tarihi HaberleÅŸme Metodu: Modbus RTU. http://www.firatdeveci.com/, http://www.firatdeveci.com/tarihi-haberlesme-metodu-modbus-rtu/, (25.10.2019).
  • [5] Shinde, S.A., Nimkar, P.A., Singh, S., Salpe, V.D, Jadhav Y.R. (2016). MQTT-Message Queuing Telemetry Transport protocol. International Journal of Research, 3, 240-244.
  • [6] Astarloa, A., Bidarte, U., Jimenez, J., Zuloaga, A., Lazaro, J. (2018). Intelligent gateway for Industry 4.0- compliant production. IECON 2016 - 42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 23-26 October 2016, Italy, 4902-4907.
  • [7] Lundgaard, L.E. (1992). Partial discharge. XIV. Acoustic partial discharge detection-practical application. IEEE Electrical Insulation Magazine, 8, 34-43.
  • [8] IEEE Standart (2006). IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems, in IEEE Std P493/D4.
  • [9] IBM. (2015). IBM Watson IoT Platform. https://www.ibm.com/watson/, https://www.ibm.com/cloud/watson-iot-platform, (06.12.2019).
  • [10] Lee, S., Kim, H., Hong, D.K., Ju, H. (2013). Correlation Analysis of MQTT Loss and Delay According to QoS Level, The International Conference on Information Networking 2013 (ICOIN), 11 April 2013, 714-717.
  • [11] Nugur, A., Pipattanasomporn, M., Kuzlu, M., Rahman, S. (2018). Design and Development of an IoT Gateway for Smart Building Applications. IEEE Internet of Things Journal, 6, 1-10.
  • [12] Nguyen-Hoang, P., Vo-Tan, P. (2019). Development An Open-Source Industrial IoT Gateway. 2019 19th International Symposium on Communications and Information Technologies, 25-27 September 2019, Vietnam, 201-204.
  • [13] Corotinschi, G., Gaitan, V.G. (2018). Enabling IoT connectivity for Modbus networks by using IoT edge gateways. 14th International Conference on DEVELOPMENT AND APPLICATION SYSTEMS, 24-26 June 2018, Romania, 175-179.
  • [14] Shu, F., Lu, H., Ding, Y. (2019). Novel Modbus Adaptation Method for IoT Gateway, 2019 IEEE 3rd Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC), 06 June 2019, China, 632-637.
  • [15] Tranca, D.C., Palacean, A.V., Mihu, A.C., Rosner, D. (2017). ZigBee based wireless Modbus Aggregator for Intelligent Industrial Facilities, 2017 25th Telecommunication Forum (TELFOR), 21-22 November 2017, Serbia.
  • [16] Shaout, A., Crispin, B. (2018). Using the MQTT Protocol in Real Time for Synchronizing IoT Device State, The International Arab Journal of Information Technology, 15, 515-521.
  • [17] Sun, C., Guo, K., Xu, Z., Ma, J., Hu, D. (2019). Design and Development of Modbus/MQTT Gateway for Industrial IoT Cloud Applications Using Raspberry Pi, IEEE Internet of Things Journal, 2, 2267-2271.
  • [18] Koyanagi, F. (2018). Arduino MEGA 2560 With WiFi Built-in - ESP8266. https://www.instructables.com/, https://www.instructables.com/id/Arduino-MEGA-2560-With-WiFi-Built-in-ESP8266/, (28.11.2019).
  • [19] Erman, Z. (2017). Arduino MEGA 2560. http://roboromania.ro/, http://roboromania.ro/datasheet/ArduinoMega-2560-roboromania.pdf, (28.11.2019).
  • [20] Genetek. PD Annunciator - GENETEK Güç, Enerji, Elektrik Sistemleri. https://genetek.com.tr/, https://genetek.com.tr/wp-content/uploads/2019/03/PD-Annunciator-TR.pdf, (18.09.2019).
  • [21] Bayılmış, C., Küçük, K. (2019). Nesnelerin İnterneti: Teori ve Uygulamaları. Papatya Bilim, Türkiye, 256.
  • [22] Crespo, E. (2016). Simple Modbus Master. Github, https://github.com/jecrespo/simplemodbus/blob/master/Modbus%20RTU%20libraries%20for%20Arduino/SimpleModbusMasterManual.pdf, (28.11.2019).
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi-Cover
  • Yayın Aralığı: 2
  • BaÅŸlangıç: 2014
  • Yayıncı: BİLECİK ÅžEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Co Katkılı SnO2 Numunelerinin Sentez ve Karakterizasyonu

Tankut ATEŞ, Omer KAYGİLİ, Niyazi BULUT, Havva Esma OKUR, Serhat KESER, İ.s. YAHIA, Süleyman KÖYTEPE, Turgay SEÇKİN, İmren ÖZCAN, Turan INCE

Farklı Ultrasonik Ses Dalgası Uygulamalarının Solanum torvum Tohumlarındaki Çimlenme ve Çıkış Değerleri Üzerine Etkisi

Murat DEMİRSOY, Metin AYDIN, Burak GÜRBÜZ

Plazma Transferli Ark (PTA) Yöntemi ile Üretilen WC Kompozit Kaplamalarda Enerji Girdisinin Mikroyapısal ve Tribolojik Özelliklere Etkisi

Koray KILIÇAY

Uçaklarda Kullanım Amaçlı Interleaved Süper Lift Luo Dönüştürücü Tasarımı

Gürhan ERTAŞGIN

Akaryakıt İstasyonu Yakıt Satış Otomasyonu Veriler Üzerinden Bir Veri Madenciliği Çalışması

İlhan TARIMER, Buse Cennet KARADAĞ

Türkiye’deki Enerji Dağıtım Şirketlerinin Etkinliklerinin Veri Zarflama Analizi ile Değerlendirilmesi

Ezgi GÜLER, Suheyla YEREL KANDEMİR, Emin AÇIKKALP

İsoindolsübstitüe-kalkon Türevlerine İyot Katalizli Tiyofenol Katılması

Yakup BUDAK, Ahmet Doğan ÇAKIR, Oğuz ÖZBEK, Meliha Burcu GÜRDERE, Mustafa CEYLAN

HepG2 Hücrelerinin Kısa Uçlu β-catenin Kodlayan İfade Vektörüyle Transfeksiyonu

OÄŸuzhan KARAOSMANOÄžLU

Yeni bir Sıvı Membran Sistemi (ÇDSM) ile Ağır Metal İyonlarının Ekstraksiyonu

Kadriye ESEN ERDEN, Ramazan DONAT

İndirgenmiş Grafen Oksit/Çinko Oksit Kompozitlerin Üretimi ve Süper Kapasitör Uygulamaları

Ayça TANRIVERDİ