Sensor data transmission from a physical twin to a digital twin
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2019-05-06
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
90 + 15
Series
Abstract
A digital twin is a digital counterpart of a physical thing such as a machine. The term digital twin was first introduced in 2010. Thereafter, it has received an extensive amount of interest because of the numerous benefits it is expected to offer throughout the product life cycle. Currently, the concept is developed by the world’s largest companies such as Siemens. The purpose of this thesis is to examine which application layer protocols and communication technologies are the most suitable for the sensor data transmission from a physical twin to a digital twin. In addition, a platform enabling this data transmission is developed. As the concept of a digital twin is relatively new, a comprehensive literature view on the definition of a digital twin in scientific literature is presented. It has been found that the vision of a digital twin has evolved from the concepts of ‘intelligent products’ presented at the beginning of the 2000s. The most widely adopted definition states that a digital twin accurately mirrors the current state of its corresponding twin. However, the definition of a digital twin is not yet standardized and varies in different fields. Based on the literature review, the communication needs of a digital twin are derived. Thereafter, the suitability of HTTP, MQTT, CoAP, XMPP, AMQP, DDS, and OPC UA for sensor data transmission are examined through a literature review. In addition, a review of 4G, 5G, NB-IoT, LoRa, Sigfox, Bluetooth, Wi-Fi, Z-Wave, ZigBee, and WirelessHART is presented. A platform for the management of the sensors is developed. The platform narrows the gap between the concept and realization of a digital twin by enabling sensor data transmission. The platform allows easy addition of sensors to a physical twin and provides an interface for their configuration remotely over the Internet. It supports multiple sensor types and application protocols and offers both web user iterface and REST API.Digitaalinen kaksonen on fyysisen tuotteen digitaalinen vastinkappale, joka sisältää tiedon sen nykyisestä tilasta. Digitaalisen kaksosen käsite otettiin ensimmäisen kerran käyttöön vuonna 2010. Sen jälkeen digitaalinen kaksonen on saanut paljon huomiota, ja sitä ovat lähteneet kehittämään maailman suurimmat yritykset, kuten Siemens. Tämän työn tarkoituksena tutkia, mitkä sovelluskerroksen protokollat ja langattomat verkot soveltuvat parhaiten anturien keräämän datan lähettämiseen fyysiseltä kaksoselta digitaaliselle kaksoselle. Sen lisäksi työssä esitellään alusta, joka mahdollistaa tämän tiedonsiirron. Digitaalisen kaksosesta esitetään laaja kirjallisuuskatsaus, joka luo pohjan työn myöhemmille osioille. Digitaalisen kaksosen konsepti pohjautuu 2000-luvun alussa esiteltyihin ajatuksiin ”älykkäistä tuotteista”. Yleisimmän käytössä olevan määritelmän mukaan digitaalinen kaksonen heijastaa sen fyysisen vastinparin tämän hetkistä tilaa. Määritelmä kuitenkin vaihtelee eri alojen välillä eikä se ole vielä vakiintunut tieteellisessä kirjallisuudessa. Kirjallisuuskatsauksen avulla johdetaan digitaalisen kaksosen kommunikaatiotarpeet. Sen jälkeen arvioidaan seuraavien sovelluskerroksen protokollien soveltuvuutta anturidatan lähettämiseen kirjallisuuskatsauksen avulla: HTTP, MQTT, CoAP, XMPP, AMQP, DDS ja OPC UA. Myös seuraavien langattomien verkkojen soveltuvuutta tiedonsiirtoon tutkitaan: 4G, 5G, NB-IoT, LoRaWAN, Sigfox, Bluetooth, Wi-Fi, Z-Wave, ZigBee ja WirelessHART. Osana työtä kehitettiin myös ohjelmistoalusta, joka mahdollistaa anturien hallinnan etänä Internetin välityksellä. Alusta on pieni askel kohti digitaalisen kaksosen käytän-nön toteutusta, sillä se mahdollistaa tiedon keräämisen fyysisestä vastinkappaleesta. Sen avulla sensorien lisääminen fyysiseen kaksoseen on helppoa, ja se tukee sekä useita sensorityyppejä että sovelluskerroksen protokollia. Alusta tukee REST API –rajapintaa ja sisältää web-käyttöliittymän.Description
Supervisor
Tammi, KariThesis advisor
Autiosalo, JuusoKeywords
digital twin, IoT, communication, application layer protocol, wireless networks
