Ανάλυση Τάσεων και Πρόγνωση Μελλοντικής Κατάστασης Συσκευών στα Άκρα του δικτύου με χρήση Digital Twins

Abstract

Το Ψηφιακό δίδυμο (Digital twin) είναι το ψηφιακό μοντέλο ενός φυσικού αντικειμένου που προσφέρει ποικίλες υπηρεσίες και έρχεται να αναβαθμίσει τον τρόπο εργασίας σε πολλούς τομείς, όπως στη βιομηχανία και στο σύστημα υγείας. Σε αυτό το πλαίσιο, στόχος της διπλωματικής εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη και αναλυτική παρουσίαση μίας ολοκληρωμένης λύσης για την παρακολούθηση και την πρόβλεψη της επόμενης κατάστασης ενός ορόφου γραφείων που αποτελείται από τέσσερα δωμάτια, με τη βοήθεια συσκευών στα άκρα του δικτύου και μέσω της τεχνικής των Digital twins. Στην εργασία αυτή, αναλύονται οι αρχές λειτουργίας του Digital twin, που σαν ιδέα με τον τίτλο αυτόν πρωτοεμφανίστηκε το 2010, οι προσπάθειες προτυποποίησης της ιδέας από οργανισμούς και η υπάρχουσα βιβλιογραφία (θεωρητική και από πρακτικές εργασίες). Ύστερα, καταγράφονται υποψήφιες τεχνολογίες απαραίτητες για την υλοποίηση, όπως πρωτόκολλα επικοινωνίας για τη λήψη δεδομένων από τις συσκευές και αλγόριθμοι πρόβλεψης. Πρακτικώς, συλλέγονται περιβαλλοντικά δεδομένα από τα σημεία μετρήσεων, τα οποία υλοποιούνται με αισθητήρες συνδεδεμένους σε πλακέτες ανάπτυξης ESP32. Έτσι, με τη βοήθεια του πρωτοκόλλου MQTT και του λογισμικού Eclipse Ditto, προσφέρεται στον χρήστη μια σειρά υπηρεσιών, όπως οπτική αναπαράσταση των δεδομένων, μέθοδοι πρόβλεψης της κατάστασης του δωματίου και ειδοποιήσεις στην περίπτωση ανίχνευσης ακραίων μετρήσεων. Τα γραφήματα διατίθενται μέσω της χρησιμοποιούμενης βάσης δεδομένων InfuxDB, ενώ για τις προβλέψεις χρησιμοποιείται το μοντέλο Prophet. Επιπροσθέτως, αναλύονται τρόποι βελτίωσης της μεθόδου πρόβλεψης και εξάγονται ποσοτικά (μέση τιμή, διασπορά κτλ) και ποιοτικά συμπεράσματα από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν. Συμπερασματικά, διαπιστώνεται η πληθώρα επιλογών στην υλοποίηση του Digital twin και επιβεβαιώνονται τα θεωρητικά οφέλη.