IIoT based framework for large-scale distributed smart farms

IIoT based framework for large-scale distributed smart farms. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Final_Eprint.pdf
Restricted to Repository staff only until 13 January 2022.

Download (8MB)

Arabic Abstract

يصل عدد السكان إلى عشرة مليارات نسمة بحلول عام 2050 ، ويعتقد الخبراء أن القطاع الزراعي يحتاج إلى زيادة الإنتاج بنسبة 70٪ لتلبية الطلب. تعتمد الممارسات الزراعية التقليدية على التكنولوجيا البدائية التي تخلق فجوة في الإنتاجية مع انخفاض الإنتاجية. إن التحول النموذجي نحو دمج التقنيات الجديدة في قطاع الزراعة من شأنه أن يعزز الإنتاجية ، ويحسن التكلفة ، ويشجع التنمية المستدامة. نستعرض في هذا البحث ضرورة دمج النهج التكنولوجي للثورة الصناعية الرابعة في المجال الزراعي. نناقش الفجوة في إدارة سلسلة التوريد للقطاع الصناعي والقطاع الزراعي ونحدد قضايا أنظمة الإنتاج الخاصة بالبائع. نقترح إطار عمل يستند إلى Industrial Internet of Things (IIoT) مع نموذج اتصال متعدد الوسائط من أجل التكامل المنهجي لأنظمة الإنتاج الزراعي متعددة البائعين. يستخدم نموذجنا Data Distribution Service (DDS) برمجية وسيطة لتمكين الاتصال بين أنظمة الإنتاج غير المتجانسة لأداء عمليات الزراعة بطريقة منسقة. يتوافق نموذج الاتصال مع مستويات الأتمتة في القطاع الصناعي ، واستخدام Quality of Service (QoS) سياسة يكيّف النظام وفقًا لمتطلبات المجال. يتم إجراء التحليل القائم على دراسة الحالة والعمل التجريبي لتقييم أداء النظام من حيث الإنتاجية ومتوسط ​​الكمون ونسبة تسليم الحزمة. تشير النتائج إلى أن نموذجنا يمكن أن يتيح إمكانية التشغيل البيني بين أنظمة الإنتاج متعددة البائعين في الوقت الفعلي مع تحمل الحد الأدنى من زمن الوصول. يعمل النظام على تحسين الأداء باستخدام التجميع أثناء الاتصال.

English Abstract

The population would reach ten billion by 2050, and experts believe that the agricultural sector needs to boost production by 70% to satisfy the demand. Traditional farming practices rely on primitive technology that creates a yield gap with low productivity. A paradigm shift towards merging new technologies in the agriculture sector would enhance productivity, optimize cost, and encourage sustainable development. In this research, we review the necessity for the fusion of the Fourth Industrial Revolution technological approach in the agricultural domain. We discuss the gap in supply chain management for the Industrial sector and Agricultural sector and identify the issues of vendor-specific production systems. We propose an Industrial Internet of Things (IIoT) based framework with a multimodal communication model for the systematic integration of multi-vendor agricultural production systems. Our model utilizes the Data Distribution Service (DDS) middleware to enable communication between heterogeneous production systems to perform farming operations in a coordinated manner. The communication model complies with the automation levels in the industrial sector, and the use of Quality of Service (QoS) policies adapts the system according to domain requirements. Case study based analysis and experimental work are conducted to evaluate the performance of the system in terms of throughput, average latency, and packet delivery ratio. The results suggest our model can enable interoperability between multi-vendor production systems in real-time while incurring minimum latency. The system improves performance with the use of batching during communication.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Computer
Department: College Of Computer Sciences and Engineering > Computer Engineering Dept
Committee Advisor: Almadani, Basem
Committee Members: Abu-Amara, Marwan Hassan and Barnawi, Abdulaziz Yagoub Mahamoud
Depositing User: SAUD MOSTAFA (g201706290)
Date Deposited: 18 Jan 2021 06:06
Last Modified: 18 Jan 2021 06:06
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141813