Internet das Coisas Industrial: um ensaio de protocolos IoT para manufatura industrial

Palavras-chave: Protocolos, IIoT, plataformas, redes, industria 4.0, programa

Resumo

Em meio às mudanças no mercado de bens e consumo, provocadas pela transformação digital, exige-se que as máquinas de manufaturas sejam mais interativas entre si e com os painéis de monitoramento em nuvem. As conexões via internet das coisas (IoT) promovem este grau de interação e mobilidade desejados. Contudo, o ambiente industrial reivindica melhor confiabilidade e segurança, visto que a Internet das Coisas Industrial (IIoT) apresenta-se com protocolos e plataformas para este fim. Portanto, conhecer as características de protocolos e plataformas, ante a manufatura, adquire importância. O objetivo deste estudo é caracterizar as funcionalidades dos protocolos MQTT, HTTP e CoAP como uma aplicação de manufatura industrial, com painel de monitoramento nas plataformas Adafruit.IO, Tago.IO e Thinger.IO. É proposto um método para a realização de estudos semelhantes, em sistemas de manufatura interativa, com uso de protocolos e plataformas IIoT. Como forma de conexão da máquina com a internet, é utilizado o módulo ESP8266 NodeMCU. Na aplicação, as plataformas IIoT obtiveram resultados muito semelhantes, podendo ser a elas atribuídas o mesmo grau de importância para o estudo. Os protocolos diferenciaram-se, sendo o protocolo MQTT o que melhor respondeu às funcionalidades do sistema de manufatura proposto, ao oferecer sua comunicação assíncrona, sem necessidade de que os equipamentos estejam constantemente interagindo. Já o protocolo HTTP apresentou melhores recursos em APIs, mas sua conexão síncrona demanda uma boa rede de dados em internet. Por fim, o protocolo CoAP apresentou documentação insuficiente para acesso às plataformas e bibliotecas para uso em módulos microcontroladores.

Palavras-chave: Protocolos; IIoT; plataformas; redes; indústria 4.0; programação.

Abstract

Industrial Internet of Things: a trial of IoT protocols for industrial manufacturing

Changes in the goods and consumption market, caused by digital transformation, require manufacturing machines to be more interactive, with each other and with cloud monitoring panels. Connections via the Internet of Things (IoT) promote this desired degree of interaction and mobility, but the industrial environment demands increased reliability and security. The Industrial Internet of Things (IIoT) presents itself with protocols and platforms for this purpose. Knowing the characteristics of protocols and platforms, facing the desired manufacturing, becomes important. The objective of this study is to characterize the functionalities of the MQTT, HTTP and CoAP protocols in an industrial manufacturing application, with a monitoring panel on the Adafruit.IO, Tago.IO and Thinger.IO platforms. A method is proposed for carrying out similar studies in interactive manufacturing systems, using IIoT protocols and platforms. As a way of connecting the machine to the internet, the ESP8266 NodeMCU module is used. In the developed application, the IIoT platforms obtained very similar results, and they can be attributed the same degree of importance for the study. In the evaluation of the protocols, the MQTT protocol was the one that best met the functionalities of the proposed manufacturing system, providing its asynchronous communication, which does not requires the equipment to be constantly interacting. The HTTP protocol has better features in APIs, but its synchronous connection demands a good data network on the internet. The CoAP protocol presented insufficient documentation available for access to platforms and libraries, for use in microcontroller modules.

Keywords: Protocols; IIoT; platforms; networks; industry 4.0; programming.

Resumen

Internet Industrial de las Cosas: un ensayo de protocolos IoT para la fabricación industrial

En medio de los cambios en el mercado de bienes y de consumo provocados por la transformación digital, se requiere que las máquinas de fabricación sean más interactivas, tanto entre sí como con los paneles de control en la nube. Las conexiones dela Internet de las Cosas (IoT) promueven este grado deseado de interacción y movilidad, pero el entorno industrial exige una mayor fiabilidad y seguridad. La Internet Industrial de las Cosas (IIoT) se presenta con protocolos y plataformas para este fin. Conocer las características de los protocolos y las plataformas relacionados a la fabricación cobra importancia. El objetivo de este estudio es caracterizar las funcionalidades de los protocolos MQTT, HTTP y CoAP en una aplicación de fabricación industrial, con panel de control en las plataformas Adafruit.IO, Tago.IO y Thinger.IO. Se propone un método para realizar estudios similares, en sistemas de fabricación interactivos, utilizando protocolos y plataformas IIoT. Como forma de conectar la máquina a internet, se utiliza el módulo ESP8266 NodeMCU. En la aplicación, las plataformas IIoT obtuvieron resultados muy similares, pudiendo asignarles el mismo grado de importancia para el estudio. Los protocolos, en cambio, se mostraron diferentes, siendo el MQTT el que mejor respondió a las funcionalidades del sistema de fabricación propuesto, ofreciendo su comunicación asíncrona, no requiriendo que los equipos estén constantemente interactuando. El protocolo HTTP presentaba mejores recursos en las API, pero su conexión sincrónica exige una buena red de datos de internet. Por último, el protocolo CoAP presentó una documentación insuficiente para el acceso a las plataformas y bibliotecas, para su uso en módulos de microcontroladores.

Palabras clave: Protocolos; IIoT; plataformas; redes; industria 4.0; programa.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

João Alvarez Peixoto, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul (UERGS)

https://lattes.cnpq.br/3242194031865969

Vitor Macedo Ochôa, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul (UERGS)

https://lattes.cnpq.br/3242194031865969

André Borin Soares, Universidade Estadual do Rio Grande do Sul (UERGS)

https://lattes.cnpq.br/3242194031865969

Referências

ADAFRUIT. The internet of things for everyone. 2022. Disponível em: https://io.adafruit.com/. Acesso em 30 jun. 2022.

AGHENTA, Lawrence Oriaghe; IQBAL, Mohammad Tariq. Low-Cost, Open Source IoT-Based SCADA System Design Using Thinger.IO and ESP32 Thing. Electronics, [S.L.], v. 8, n. 8, p. 1-24, 24 jul. 2019. Https://doi.org/10.3390/electronics8080822. Disponível em: https://www.mdpi.com/2079-9292/8/8/822/htm. Acesso em: 07 jun. 2022.

CASTRO, Miguel; JARA, Antonio J.; SKARMETA, Antonio F.. Enabling end-to-end CoAP-based communications for the Web of Things. Journal Of Network And Computer Applications, [S.L.], v. 59, p. 230-236, jan. 2016. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jnca.2014.09.019. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1084804514002264. Acesso em: 23 maio 2022.

KANG, Do-Hun; PARK, Min-Sung; KIM, Hyoung-Sub; KIM, Da-Young; KIM, Sang-Hui; SON, Hyeon-Ju; LEE, Sang-Gon. Room Temperature Control and Fire Alarm/Suppression IoT Service Using MQTT on AWS. 2017 International Conference On Platform Technology And Service (Platcon), [S.L.], v. 1, n. 1, p. 1-5, fev. 2017. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/platcon.2017.7883724. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/7883724. Acesso em: 01 maio 2022.

KIRSCHE, Michael; KLAUCK, Ronny. Unify to bridge gaps: bringing xmpp into the internet of things. 2012 Ieee International Conference On Pervasive Computing And Communications Workshops, [S.L.], v. 1, n. 1, p. 455-458, mar. 2012. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/percomw.2012.6197534. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/6197534. Acesso em: 09 mar. 2022.

MISHRA, Biswajeeban; KERTESZ, Attila. The Use of MQTT in M2M and IoT Systems: a survey. Ieee Access, [S.L.], v. 8, n. 1, p. 201071-201086, 2020. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). http://dx.doi.org/10.1109/access.2020.3035849. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/9247996. Acesso em: 21 abr. 2022.

MUNIRATHINAM, Sathyan. Industry 4.0: industrial internet of things (IIot). Advances In Computers, [S.L.], v. 117, n. 1, p. 129-164, 2020. ISBN: 978-0-12-818756-2. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0065245819300634. Acesso em: 04 maio 2022.

NAIK, Nitin; JENKINS, Paul. Web protocols and challenges of Web latency in the Web of Things. 2016 Eighth International Conference On Ubiquitous And Future Networks (Icufn), [S.L.], v. 1, n. 1, p. 845-850, jul. 2016. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/icufn.2016.7537156. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/7537156. Acesso em: 07 abr. 2022.

PEIXOTO, João Alvarez; OLIVEIRA, José Antonio Barata; ROCHA, André Dionísio; PEREIRA, Carlos Eduardo. The Migration from Conventional Manufacturing Systems for Multi-Agent Paradigm: the first step. Ifip Advances In Information And Communication Technology, [S.L.], v. 450, p. 111-118, 2015. Springer International Publishing. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-16766-4_12. Disponível em: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-16766-4_12. Acesso em: 04 mar. 2022.

PEIXOTO, João Alvarez; PEREIRA, Luisa Muller. Industria 4.0 na auto-organização dos sistemas produtivos. Revista Eletrônica Científica da Uergs, [S.L.], v. 4, n. 3, p. 525-538, 23 out. 2018. Revista Eletronica Cientifica da UERGS. http://dx.doi.org/10.21674/2448-0479.43.525-538. Disponível em: http://pev-proex.uergs.edu.br/index.php/revuergs/article/view/1557. Acesso em: 23 maio 2022.

PEIXOTO, João Alvarez. ESP8266 NodeMCU: do pisca led à internet das coisas. Porto Alegre: Uergs, 2021. 210 p. ISBN: 978-65-86105-23-0. Disponível em: https://academico.uergs.edu.br/miolo25/html/file.php?folder=material&file=27380_esp8266_nodemcu_-_do_pisca_led_a_internet_das_coisas.pdf.

PIVOTO, Diego G.s.; ALMEIDA, Luiz F.F. de; RIGHI, Rodrigo da Rosa; RODRIGUES, Joel J.P.C.; LUGLI, Alexandre Baratella; ALBERTI, Antonio M.. Cyber-physical systems architectures for industrial internet of things applications in Industry 4.0: a literature review. Journal Of Manufacturing Systems, [S.L.], v. 58, n. 1, p. 176-192, jan. 2021. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmsy.2020.11.017. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0278612520302119. Acesso em: 01 jun. 2022.

TAGOIO. TagoIO Platform. 2022. Disponível em: https://tago.io/. Acesso em 25 mai. 2022.

THINGER. Connect and Manage your Internet of Things products within minutes. 2022. Disponível em: https://thinger.io/. Acesso em 30 jun. 2022.

UGRENOVIC, Dejana; GARDASEVIC, Gordana. CoAP protocol for Web-based monitoring in IoT healthcare applications. 2015 23Rd Telecommunications Forum Telfor (Telfor), [S.L.], v. 1, n. 1, p. 79-82, nov. 2015. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/telfor.2015.7377418. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/7377418. Acesso em: 09 maio 2022.

VERMA, Pawan Kumar; VERMA, Rajesh; PRAKASH, Arun; AGRAWAL, Ashish; NAIK, Kshirasagar; TRIPATHI, Rajeev; ALSABAAN, Maazen; KHALIFA, Tarek; ABDELKADER, Tamer; ABOGHARAF, Abdulhakim. Machine-to-Machine (M2M) communications: a survey. Journal Of Network And Computer Applications, [S.L.], v. 66, n. 1, p. 83-105, maio 2016. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jnca.2016.02.016. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1084804516000990. Acesso em: 01 maio 2022.

YOON, Gunjae; CHOI, Jungwoo; PARK, Huihwan; CHOI, Hoon. Topic naming service for DDS. 2016 International Conference On Information Networking (Icoin), [S.L.], v. 1, n. 1, p. 378-381, jan. 2016. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/icoin.2016.7427138. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/document/7427138. Acesso em: 08 maio 2022.

Publicado
2022-12-23
Como Citar
Peixoto, J. A., Ochôa, V. M., & Soares, A. B. (2022). Internet das Coisas Industrial: um ensaio de protocolos IoT para manufatura industrial. Revista Eletrônica Científica Da UERGS , 8(3), 178-187. https://doi.org/10.21674/2448-0479.83.178-187
Seção
N. Especial Ciências Exatas e Engenharias 2022