A Survey on Industrial Internet With ISA100 Wireless

Raptis, Theofanis P.; Passarella, Andrea; Conti, Marco

doi:10.1109/access.2020.3019665

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“…IEEE has developed, however, IEEE 802.15.4, a protocol for Low-Power Wireless Personal Area Networks. This protocol has driven the design of many related wireless standards, tailored to industrial communication requirements, such as ZigBee [ 11 ], WIA-PA [ 12 ], ISA100 Wireless [ 13 ] and WirelessHART [ 14 ]. The last one is of interest to our current study.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Toward a Detailed Evaluation of Wireless Industrial Data Distribution Approaches

Raptis

Formica

Pagani

et al. 2022

Sensors

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Data distribution is a cornerstone of efficient automation for intelligent machines in Industry 4.0. Although in the recent literature there have been several comparisons of relevant methods, we identify that most of those comparisons are either theoretical or based on abstract simulation tools, unable to uncover the specific, detailed impacts of the methods to the underlying networking infrastructure. In this respect, as a first contribution of this paper, we develop more detailed and fine-tuned solutions for robust data distribution in smart factories on stationary and mobile scenarios of wireless industrial networking. Using the technological enablers of WirelessHART, RPL and the methodological enabler of proxy selection as building blocks, we compose the protocol stacks of four different methods (both centralized and decentralized) for data distribution in wireless industrial networks over the IEEE 802.15.4 physical layer. We implement the presented methods in the highly detailed OMNeT++ simulation environment and we evaluate their performance via an extensive simulation analysis. Interestingly enough, we demonstrate that the careful selection of a limited set of proxies for data caching in the network can lead to an increased data delivery success rate and low data access latency. Next, we describe two test cases demonstrated in an industrial smart factory environment. First, we show the collaboration between robotic elements and wireless data services. Second, we show the integration with an industrial fog node which controls the shop-floor devices. We report selected results in much larger scales, obtained via simulations.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Toward a Detailed Evaluation of Wireless Industrial Data Distribution Approaches

Raptis

Formica

Pagani

et al. 2022

Sensors

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“…Las redes inalámbricas de sensores son implementadas con varias arquitecturas de red, asociadas con los siguientes protocolos: 6LowPAN (Chen et al, 2011), WirellesHart (Luo et al, 2021), ISA100 (Raptis et al, 2020), ZigBee (Baqer et al, 2018), los cuales utilizan el protocolo IEEE 802.15.4 como protocolo de enlace.…”

Section: Introductionunclassified

Diagramas de estados para la conversión del protocolo MQTT-SN a MQTT utilizando UML

Panchi

Acosta

2022

rte

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Las implementaciones del convertidor de protocolos MQTT-SN a MQTT han considerado que MQTT-SN opera sobre capa de red. En redes inalámbricas de sensores con topología lineal, existe una sola ruta y los nodos inalámbricos tienen una única interface, por lo tanto, no serían necesarios protocolos de enrutamiento. En este artículo se presenta el diagrama de estados del convertidor de protocolos para ser utilizado en una red con MQTT-SN encapsulado en capa de enlace como un insumo para su posterior implementación. Para desarrollar el diagrama de estados se utilizó la metodología del lenguaje de modelado unificado, los diagramas de estados contienen procesos que permiten la codificación del convertidor de protocolos. Se realizó una revisión teórica y funcional de los protocolos MQTT y MQTT-SN para conocer los mensajes incluidos en cada uno, así como de los campos de mensaje que interactúan en el proceso de conversión. El evento asociado con la llegada de mensajes al convertidor, activan los cambios de estados y desencadena una serie de procesos que concluyen en la generación de un mensaje convertido. Para encontrar inconsistencias o solucionar problemas de lógica en los estados y procesos obtenidos en el diagrama de estados, se utilizó la herramienta UPPAAL.

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“…Por otra parte, no existe una única arquitectura de red para las redes inalámbricas de sensores que operan con el protocolo IEEE 802.15.4. Es por esta razón que, en la actualidad, existen protocolos como 6lowPAN (Chen et al, 2011), Zigbee (Agarwal, 2015), ISA100 (Raptis et al, 2020) y Wireless HART (Luo et al, 2021) que operan en diferentes arquitecturas. Otra manera de optimizar el consumo de energía por procesamiento en el nodo es con arquitecturas propias para cada aplicación, solución que es realizada por los fabricantes, lo que crea sistemas propietarios de redes inalámbricas de sensores.…”

Section: Introductionunclassified

Algoritmo para el monitoreo de estructuras lineales a gran escala

Sánchez

Acosta

2022

rte

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Se presenta el diseño de un algoritmo que opera a nivel de enlace para sincronizar los nodos que forman parte de una topología lineal multisalto, con el objetivo de que los nodos puedan transmitir y recibir tramas en un mismo intervalo de tiempo y evitar la utilización de protocolos a nivel de red para tener conectividad de extremo a extremo. Para comprobar la validez del algoritmo se implementó un prototipo de red con topología lineal que utiliza el protocolo IEEE 802.15.4. El algoritmo se ejecuta en cada nodo de la red. Para ello, se calculó el intervalo de tiempo en el cual los nodos deben estar activos para que todos los nodos que forman parte de la topología lineal multisalto puedan trasmitir los datos de monitoreo al nodo frontera en el mismo intervalo de tiempo. Las pruebas se realizaron en varios escenarios en los cuales uno o varios nodos transmiten sus datos y se comprobó que los estos se activan simultáneamente para operar en modo activo. A partir de los resultados se validó el funcionamiento algoritmo el cual proporciona una herramienta para la creación de aplicaciones asociadas con el monitoreo de infraestructura lineales.

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A Survey on Industrial Internet With ISA100 Wireless

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Toward a Detailed Evaluation of Wireless Industrial Data Distribution Approaches

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Diagramas de estados para la conversión del protocolo MQTT-SN a MQTT utilizando UML

Algoritmo para el monitoreo de estructuras lineales a gran escala

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