Aquisição de Dados Escalável e Ciente da Aplicação para Gêmeos Digitais

  • Rafael Trevisan UFRGS
  • Francisco Paiva Knebel UFRGS
  • Juliano Araújo Wickboldt UFRGS
  • Mara Abel UFRGS

Resumo


Gêmeo Digital é o nome dado a um tipo de sistema que possui total integração entre uma parte física e uma parte digital atualizada em tempo real. No geral, são sistemas de grande escala com intenso fluxo de dados entre as suas apartes (física e digital). Para realizar a aquisição de dados nesse tipo de sistema, utiliza-se comumente protocolos como MQTT. Este trabalho reconhece as limitações desse protocolo quando utilizado condições de tráfego intenso e explora alternativas para aumentar o fluxo de dados minimizando a perda de mensagens e o uso de recursos. Para isso é usado o modo cluster nativo de implementações de brokers MQTT, adicionando um componente à arquitetura do sistema ao qual chamamos de “Cluster Manager”. Este componente foi desenvolvido com o objetivo de monitorar a saúde de um cluster de brokers e ajustar a composição do cluster ao fluxo de mensagens. Os resultados da implantação desse componente ajudaram a determinar margens de perda e latências no envio de mensagens críticas, utilizando diferentes estratégias para escalar o cluster sob cargas de trabalho representativas de aplicações de Gêmeos Digitais. Também foi determinado que o uso de parâmetros muito sensíveis para escalar o sistema faz com que mais nodos que o necessário sejam instanciados e recursos desperdiçados.

Referências

3GPP (2021). Policy and charging control architecture. Technical Specification (TS) 23.203, 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Version 17.2.0.

Banks, A., Briggs, E., Borgendale, K., and Gupta, R. (2019). MQTT Version 5.0. https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/mqtt-v5.0.html. Online; acessado em 09 Ago, 2020.

Boschert, S. and Rosen, R. (2016). Digital twin-the simulation aspect. In Mechatronic futures, pages 59-74. Springer.

Cunha, B. and Batista, D. (2021). Avaliação da integração do protocolo mqtt em uma plataforma de cidades inteligentes. In Anais Estendidos do XXXIX Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos, pages 217-224, Porto Alegre, RS, Brasil. SBC.

Damjanovic-Behrendt, V. and Behrendt, W. (2019). An open source approach to the design and implementation of Digital Twins for Smart Manufacturing. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 32(4-5):366-384.

EMQ Inc. (2022). EMQ X. [link]. Online; acessado em 04 Fev, 2022.

Ferrari, P., Sisinni, E., Brandao, D., and Rocha, M. (2017). Evaluation of communication latency in industrial IoT applications. In 2017 IEEE International Workshop on Measurements & Networking (M&N), pages 1-6.

Grieves, M. (2016). Origins of the Digital Twin Concept. Technical report, Florida Institute of Technology / NASA.

Human, C., Basson, A. H., and Kruger, K. (2021). Digital Twin Data Pipeline Using MQTT in SLADTA. In Borangiu, T., Trentesaux, D., Leitão, P., Cardin, O., and Lamouri, S., editors, Service Oriented, Holonic and Multi-Agent Manufacturing Systems for Industry of the Future, pages 111-122, Cham. Springer International Publishing.

Koziolek, H., Grüner, S., and Rückert, J. (2020). A Comparison of MQTT Brokers for Distributed IoT Edge Computing. In Jansen, A., Malavolta, I., Muccini, H., Ozkaya, I., and Zimmermann, O., editors, Software Architecture, pages 352-368, Cham. Springer International Publishing.

Maaloul, S., Aniss, H., Kassab, M., and Berbineau, M. (2021). Classification of C-ITS Services in Vehicular Environments. IEEE Access, 9:117868-117879.

Mishra, B. (2018). Performance evaluation of MQTT broker servers. In International Conference on Computational Science and Its Applications, pages 599-609. Springer.

Thean, Z. Y., Voon Yap, V., and Teh, P. C. (2019). Container-based MQTT Broker Cluster for Edge Computing. In 2019 4th International Conference and Workshops on Recent Advances and Innovations in Engineering (ICRAIE), pages 1-6.

Trevisan, R., Knebel, F. P., and Wickboldt, J. A. (2020). Uma Avaliação do uso de MQTT para a Implementação de Digital Twins. In Anais da XVIII Escola Regional de Redes de Computadores, pages 41-47. SBC.
Publicado
23/05/2022
TREVISAN, Rafael; KNEBEL, Francisco Paiva; WICKBOLDT, Juliano Araújo; ABEL, Mara. Aquisição de Dados Escalável e Ciente da Aplicação para Gêmeos Digitais. In: WORKSHOP DE GERÊNCIA E OPERAÇÃO DE REDES E SERVIÇOS (WGRS), 27. , 2022, Fortaleza. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2022 . p. 57-70. ISSN 2595-2722. DOI: https://doi.org/10.5753/wgrs.2022.223478.