Abstract
Использование технологии цифровых двойников в управлении производственным циклом имеет жизненно важное значение для компаний из-за проблем, связанных с передачей данных с высокой скоростью в плотные сети, и необходимости обеспечения высокого уровня безопасности. В данном исследовании представлена углубленная оценка операционной эффективности и уровня безопасности трех протоколов промышленного интернета вещей (IIoT) (MQTT 5.0, WebSocket и HTTP/2) в архитектуре, включающей датчики BME280 и микроконтроллер ESP32-S3. Исследование также предоставляет объективные доказательства предпочтительного использования двоичного формата кодирования протокольных буферов (Protobuf) для передачи данных. Методология, использованная в данном исследовании, представляла собой полную оценку пропускной способности данных, времени кругового пути (RTT) и нагрузки на ресурсы. Для повышения уровня безопасности был проведен эмпирический анализ для проверки влияния протокола Transport Layer Security (TLS) 1.3 на время обработки и влияния использования аппаратных модулей безопасности (HSM) для обработки TLS. Кроме того, для управления сетевым трафиком использовались адаптивные алгоритмы фильтрации на уровне граничных вычислений. Экспериментальные результаты показывают, что MQTT 5.0 в настоящее время обеспечивает меньшую задержку, чем два других протокола, а WebSocket обеспечивает стабильность для веб-приложений. Основная научная инновация этого исследования — предложение многоуровневой архитектуры IIoT с использованием бинарной инкапсуляции данных Protobuf. По сравнению с традиционным JSON, использование этого метода обмена данными может снизить нагрузку на сеть на 67,06% и более и повысить устойчивость сети к кибератакам. Результаты этого исследования обеспечивают стратегическую основу для проектирования корпоративных цифровых моделей, которые являются «умными» и способны обеспечивать мониторинг систем в реальном времени.