Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Воробьев А. В. Концепция информационного пакетного взаимодействия в многоуровневой системе цифровых двойников // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2021. Т. 21, вып. 4. С. 532-543. DOI: 10.18500/1816-9791-2021-21-4-532-543

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.11.2021
Полный текст:
(downloads: 4)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
004.95

Концепция информационного пакетного взаимодействия в многоуровневой системе цифровых двойников

Авторы: 
Воробьев Андрей Владимирович, ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет
Аннотация: 

Рассматривается подход к организации информационного взаимодействия в многоуровневой системе цифровых двойников. Единицей межуровневого информационного обмена выступает программная структура особого типа  — пакет, построенная по принципу организации сообщений в HTTP(s)-протоколах. Непосредственно метаданные источника данных размещаются в заголовке пакета и позволяют выполнять идентификацию / аутентификацию соответствующих ресурсов по мере поступления данных. Регистрируемые / вычисляемые данные цифрового двойника или его физического прототипа размещаются в теле пакета. Одной из значимых проблем такой организации данных является формат используемого в заголовке пакета блока метаданных, который должен быть компактным и доступным для анализа программными средствами обработки данных. В рамках проведенного исследования, описанного в статье, предложен подход к кодированию заголовка с метаданными на основе комбинирования форматов DTDL, предназначенного для семантического описания промышленных цифровых двойников, и JWT, обеспечивающего процедуру поддержания сеанса связи между клиентом и сервером в веб-ориентированной архитектуре приложений. Непосредственно метаданные задаются в формате DTDL, а их размещение в заголовке пакета представляет собой программную «свертку» данных в формате токена JWT, заменяющего громоздкое JSON-описание источника данных легковесным текстовым кодом. Исследования, проведенные на примере многоуровневой системы цифровых двойников магнитных обсерваторий и вариационных станций, показали целесообразность предложенного решения в контексте сокращения физического объема формируемого в процессе передачи данных пакета данных (заголовка с метаданными) по сравнению с известным подходом на основе текстового или DTDL-описания метаданных.

Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ (проект № 21-77-30010).
Список источников: 
  1. Mittal H. Digital twin: An overview // CSI Communications. 2020. Vol. 44, iss. 6. P. 18.
  2. Raman Y. Digital twin and its application // International Research Journal of Modernization in Engineering Technology and Science. 2020. Vol. 02, iss. 06. P. 1253–1254.
  3. Vorobeva G. R. Approach to the recovery of geomagnetic data by comparing daily fragments of a time series with equal geomagnetic activity // Computer Optics. 2019. Vol. 43, iss. 6. P. 1053–1063. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2019-43-6-1053-1063
  4. Воробьев А. В., Воробьева Г. Р., Юсупова Н. И. Концепция единого пространства геомагнитных данных // Труды СПИИРАН. 2019. Т. 18, № 2. С. 390–415. https://doi.org/10.15622/sp.18.2.390-415
  5. Love J. Intermagnet and the global community of magnetic observatories // American Geophysical Union, Fall Meeting. 2006, abstract id. U41B-0815.
  6. Kim J., Chang H. Geomagnetic field variations observed by INTERMAGNET during 4 total solar eclipses // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2018. Vol. 172. P. 107–116. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.03.023
  7. Syed Z., Soomro T. Compression Algorithms: Brotli, Gzip and Zopfli Perspective // Indian Journal of Science and Technology. 2018. Vol. 11, iss. 45. P. 1–4. https://doi.org/10.17485/ijst/2018/v11i45/117921
  8. Ohnemus T. The digital twin — a critical enabler of industry 4.0: digital twin definition and need for digital transformation // ZWF Zeitschrift for wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2020. Vol. 115, iss. s1. P. 23–25. https://doi.org/10.3139/104.112308
  9. Barricelli B., Casiraghi E., Fogli D. A survey on digital twin: definitions, characteristics, applications, and design implications // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 167653–167671. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2953499
  10. Digital Twins Definition Language (DTDL). Version 2.0. URL: https://github.com/Azure/opendigitaltwins-dtdl/blob/master/DTDL/v2/dtdlv2.md#references (дата обращения: 18.03.2021).
  11. Digital Twin Computing White Paper ver.2.0.0. URL: https://www.ntt.co.jp/svlab/e/DTC/ whitepaper.html (дата обращения: 18.03.2021).
  12. Grieves M., Vickers J. Digital twin: Mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems // Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems / eds. F. J. Kahlen, S. Flumerfelt, A. Alves. Cham : Springer, 2017. P. 85–113. https: //doi.org/10.1007/978-3-319-38756-7_4
  13. Cassimon T., de Hoog J., Anwar A., Mercelis S., Hellinckx P. Intelligent data sharing in digital twins: Positioning paper // Advances on P2P, Parallel, Grid, Cloud and Internet Computing. 3PGCIC 2020 / eds. L. Barolli, M. Takizawa, T. Yoshihisa, F. Amato, M. Ikeda. Cham : Springer, 2021. P. 282–290. (Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 158). https://doi.org/10.1007/978-3-030-61105-7_28
  14. Janoky L., Levendovszky J., Ekler P. An analysis on the revoking mechanisms for JSON Web Tokens // International Journal of Distributed Sensor Networks. 2018. Vol. 14, iss. 9. P. 1–10. https://doi.org/10.1177/2F1550147718801535
  15. Aldya A. P., Rahmatullo A., Arifin M. N. Stateless Authentication with JSON Web Tokens using RSA-512 Algorithm // Jurnal INFOTEL. 2019. Vol. 11, № 2. P. 36–42. https://doi.org/10.20895/infotel.v11i2.427
  16. Rahmatulloh A., Gunawan R., Nursuwars F. Performance comparison of signed algorithms on JSON Web Token // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 550. P. 012023. https://doi.org/10.1088/1757-899X/550/1/012023 17.
  17. Royani M., Wibowo A. Web Service Implementation in Logistics Company uses JSON Web Token and RC4 Cryptography Algorithm // Jurnal RESTI (Rekayasa Sistem Dan Teknologi Informasi). 2020. Vol. 4, № 3. P. 591–600. https://doi.org/10.29207/resti.v4i3.1952
Поступила в редакцию: 
31.03.2021
Принята к публикации: 
16.06.2021
Опубликована: 
30.11.2021