Design and implementation of a customized micro server platform for indoor monitoring and control

Abstract

Nesnelerin interneti uygulamalarının (IoT) sanayide kullanılmasıyla ortaya çıkan endüstriyel nesnelerin interneti (IIoT) konsepti son kullanıcılarına çalışma alanlarında ihtiyaç duyduğu verimlilik, esneklik, takip edilebilirlik ve güvenlik gibi önemli fonksiyonları sağlamaktadır. Endüstriyel nesnelerin interneti uygulamalarının başında gelen kapalı ortam izleme ve kontrol sistemleri bu unsurların sağlanmasında büyük rol oynamaktadır. Bu sistemler yıllar içerisinde kablolu alarm sistemlerinden, veri toplama terminallerine, kablosuz sensör ağlarına ardından bulut bilişim destekli akıllı ağ geçitlerine evrilmiştir. Ancak günümüzde tek bir son kullanıcının kontrol etmek istediği nokta sayısı on binleri bulabildiği gibi, yüksek servis kalitesi ve ticari beklentilerin karşılanması da zorunludur. Bu noktada günümüzde var olan bulut bilişim çözümleri gerekli servis kalitesini sağlayamazken sunulan yeni kenar ve sis bilişim çözümleri ise maliyet açısından kabul edilebilir sınırların çok üzerinde kalmaktadır.Tüm bu beklentileri karşılamak adına bu çalışmada sis bilişim konseptine uygun, kompakt yazılım yapısına sahip, optimum performans ve maliyet sunabilen, çalışma alanına göre özelleştirilebilir, modüler, tek kartlı bilgisayar tabanlı bir mikro sunucu platformu tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Gerçek senaryolar altında uygulanan test süreçlerinden elde edilen sonuçlar incelendiğinde geliştirilen donanımların ve tamamı açık kaynak kodlu olan yazılım altyapısının kapalı ortam izleme ve kontrol uygulamaları için yeterli ve kullanılabilir olduğu, ayrıca maliyet olarak hali hazırda kullanılan sistemlere göre daha verimli olduğu görülmüştür.

The Industrial Internet of Things (IIoT) concept, emerging from the use of the Internet of Things (IoT) applications in industry, provides end-users with important functions such as productivity, flexibility, traceability, and security in their workplaces. Indoor monitoring and control systems, which are the leading applications of the IIoT, play a major role in providing these elements. Over the years, these systems have evolved from wired alarm systems to data collection terminals, wireless sensor networks, and then to intelligent gateways with cloud support. However, the number of points a single end-user wants to control can reach up to tens of thousands, as well as high service quality and commercial expectations. At this point, the existing cloud computing solutions do not provide the required service quality, while the new edge and fog computing solutions are far beyond the acceptable limits in terms of cost.In order to meet all these expectations, a modular, single-board computer-based micro-server platform with a compact software structure, offering optimum performance and cost, is designed and developed in accordance with the fog computing concept.When the results obtained from the test processes implemented under real scenarios are examined, it is seen that the hardware used and the software infrastructure, which are all open-source, are sufficient and usable for indoor monitoring and control applications and they are more efficient in comparison to the systems that are currently used.