Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Kế Hoạch Thu Thập và Truyền Dữ Liệu cho Các Dự Án Lớn Dựa Trên IoT LoRa Sử Dụng Mô Hình Lập Trình Nguyên Hợp Tuyến Tính Cải Tiến
Tóm tắt
Nhằm giải quyết vấn đề một số yếu tố an toàn trong các dự án xây dựng quy mô lớn khó phát hiện kịp thời và dễ gây ra tai nạn, một kế hoạch thu thập và truyền dữ liệu tầm xa, tiêu thụ năng lượng thấp sử dụng mạng cảm biến không dây LoRa đã được đề xuất. Đầu tiên, mô hình lập trình nguyên hợp tuyến tính cải tiến (IILP) được sử dụng để triển khai các nút cảm biến, serve giúp thu thập dữ liệu rủi ro an toàn. Tiếp theo, một bộ xử lý ARM với kiến trúc Cortex-M3 hiệu suất cao được nút LoRa sử dụng để kết nối mô-đun LoRa thông qua bus SPI cho việc giao tiếp dữ liệu. Cuối cùng, nút LoRa gửi dữ liệu thu thập được từ cảm biến tới cổng LoRa qua tín hiệu không dây, và dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu đám mây thông qua giao thức TCP/IP. Các thử nghiệm thực nghiệm đã được thực hiện trong các dự án xây dựng đường sắt ngầm thực tế. Các cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, cảm biến dịch chuyển ngang sâu, cảm biến lực trục hỗ trợ và cảm biến mực nước ngầm được lắp đặt trên các nút để giám sát các yếu tố rủi ro an toàn theo thời gian thực trong quá trình xây dựng. Kết quả cho thấy dưới điều kiện đảm bảo tỷ lệ thành công truyền dữ liệu trên 90%, khoảng cách truyền thông đề xuất có thể đạt tới 700 m. So với một số kế hoạch khác, kế hoạch này cho thấy hiệu suất tốt hơn về thông lượng và độ trễ mạng. Kết quả mô phỏng của việc triển khai cảm biến cho thấy mô hình ILP cải tiến có thể cải thiện hiệu suất của việc triển khai cảm biến và tiết kiệm chi phí phần cứng ở một mức độ nhất định. Ngoài ra, kế hoạch đề xuất kết hợp những ưu điểm của công nghệ LoRa với các đặc điểm chi phí bảo trì thấp và tuổi thọ dài, và có ý nghĩa tham khảo tốt cho việc ứng dụng công nghệ Internet vạn vật trong các dự án xây dựng quy mô lớn.
Từ khóa
#LoRa #Internet of Things #thu thập dữ liệu #lập trình nguyên hợp tuyến tính #an toàn xây dựng #cảm biến.Tài liệu tham khảo
Y. F. Sun and M. Ding, Development of management information system based on web GIS for monitoring of pipe-jacking engineering, Applied Mechanics & Materials, Vol. 743, No. 04, pp. 667–672, 2015.
J. C. Bastidas, J. J. Vélez, J. Zambrano, et al., Design of water quality monitoring networks with two information scenarios in tropical Andean basins, Environmental Science & Pollution Research, Vol. 24, No. 2, pp. 1–15, 2017.
P. Li, M. Chen, J. Wang, et al., Development of monitoring management system and data synchronization for greenhouse IOT, Nongye Jixie Xuebao/transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, Vol. 46, No. 8, pp. 224–231, 2015.
C. Lei, H. Bie, G. Fang, et al., A low collision and high throughput data collection mechanism for large-scale super dense wireless sensor networks, Sensors, Vol. 16, No. 7, p. 1108, 2016.
X. H. Liu, L. I. Fang-Min, H. L. Kuang, et al., A distributed data gathering protocol based on actuator control domain for wireless sensor and actuator networks. Journal of Chinese Computer Systems, Vol. 34, No. 5, pp. 1060–1065, 2013.
Z. Riaz, Improving construction plant safety using advanced ICT, Loughborough UniversityLoughborough, 2008.
Thomas L. Saaty and Luis G. Vargas, Models, methods, concepts & applications of the analytic hierarchy process, International, Vol. 7, No. 2, pp. 159–172, 2017.
Jialong Jiao, Huilong Ren and Shuzheng Sun, Assessment of surface ship environment adaptability in seaways: a fuzzy comprehensive evaluation method, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol. 8, No. 4, pp. 344–359, 2016.
A. Lavric, V. Popa, Internet of Things and LoRa™ low-power wide-area networks: a survey. In International Symposium on Signals, Circuits and Systems, pp. 1–5. IEEE, New York (2017).
I. Khan, F. Belqasmi, R. Glitho, et al., Wireless sensor network virtualization: a survey, IEEE Communications Surveys & Tutorials, Vol. 18, No. 1, pp. 553–576, 2017.
L. Kechmane, B. Nsiri, A. Baalal, et al., A hybrid particle swarm optimization algorithm for the capacitated location routing problem, International Journal of Intelligent Computing & Cybernetics., Vol. 11, No. 1, pp. 106–120, 2018.
A. Nazari, D. Thiruvady, A. Aleti, et al., A mixed integer linear programming model for reliability optimisation in the component deployment problem, Journal of the Operational Research Society, Vol. 67, No. 8, pp. 1050–1060, 2016.
W. Du, Z. Li, J. C. Liando, et al., From rateless to distanceless: enabling sparse sensor network deployment in large areas, IEEE/ACM Transactions on Networking (TON), Vol. 24, No. 4, pp. 2498–2511, 2016.
P. Schulz, M. Matthe, H. Klessig, et al., Latency critical IoT applications in 5G: perspective on the design of radio interface and network architecture, IEEE Communications Magazine, Vol. 55, No. 2, pp. 70–78, 2017.
L. O. H. Z. Toresano, S. K. Wijaya, Prawito et al, Data acquisition system of 16-channel EEG based on ATSAM3X8E ARM Cortex-M3 32-bit microcontroller and ADS1299. In American Institute of Physics Conference Series (2017).
M. I. Jais, T. Sabapathy, M. Jusoh, et al, Received signal strength indication (RSSI) code assessment for wireless sensors network (WSN) deployed Raspberry-Pi. In International Conference on Robotics, Automation and Sciences, pp. 1–4. IEEE, New York (2017).
M. J. Sun, M. P. Edgar, D. B. Phillips, et al., Improving the signal-to-noise ratio of single-pixel imaging using digital microscanning, Optics Express, Vol. 24, No. 10, pp. 10476–10485, 2016.
F. Guan, L. Peng, L. Perneel, et al., Open source FreeRTOS as a case study in real-time operating system evolution, Journal of Systems & Software, Vol. 118, No. C, pp. 19–35, 2016.
Q. Y. Zhang, X. W. Wang and M. Huang, An intelligent fault-tolerant QoS routing mechanism based on PSO and SA hybrid optimization, Journal of Northeastern University, Vol. 38, No. 3, pp. 325–330, 2017.
H. Dalman and M. Bayram, Interactive fuzzy goal programming based on taylor series to solve multiobjective nonlinear programming problems with interval type-2 fuzzy numbers, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, Vol. 26, No. 4, pp. 2434–2449, 2018.
S. Sen, S. Chowdhury, K. Ahmed, et al., Design of a porous cored hexagonal photonic crystal fiber based optical sensor with high relative sensitivity for lower operating wavelength, Photonic Sensors, Vol. 7, No. 1, pp. 55–65, 2017.
Y. Zhou, R. Zhao, Q. Luo, et al., Sensor deployment scheme based on social spider optimization algorithm for wireless sensor networks, Neural Processing Letters, Vol. 48, No. 1, pp. 71–94, 2018.
S. Zhang, Y. H. Ko and R. Magnusson, Broadband guided-mode resonant reflectors with quasi-equilateral triangle grating profiles, Optics Express, Vol. 25, No. 23, p. 28451, 2017.
M. Ling, J. Cao, Z. Jiang, et al., Development of a multistage compliant mechanism with new boundary constraint, Review Ofentific Instruments, Vol. 89, No. 1, p. 015009, 2018.