Federação de Gêmeos Digitais de Sensores Inteligentes IEEE 1451 para Pesquisa em IoT/CPS

Sistemas ciberfísicos (CPS) são sistemas inteligentes que incluem redes engenheiradas e interativas de componentes físicos e cibernéticos. Os CPS se preocupam com as atividades colaborativas e interativas entre componentes cibernéticos e físicos por meio de sensoriamento e atuação. O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 1451, uma família de padrões de interface de transdutores inteligentes, define um conjunto de interfaces de comunicação abertas, comuns e independentes de rede para transdutores inteligentes (sensores ou atuadores) a fim de alcançar a interoperabilidade de dados de sensores entre componentes cibernéticos e físicos dos CPS. A arquitetura de alto nível IEEE 1516 (HLA) é um padrão para a modelagem e simulação de processos distribuídos e heterogêneos. A experimentação em CPS muitas vezes requer a integração de diferentes ferramentas de simulação específicas de domínio em uma plataforma comum usando um método chamado co-simulação. Para facilitar uma ampla gama de simulações e experimentos de CPS, o National Institute of Standards and Technology (NIST) desenvolveu um ambiente universal de CPS para federação (UCEF), que é um conjunto de ferramentas para projetar e implementar experimentos federados, colaborativos e interativos para CPS usando HLA. Este artigo apresenta uma federação de gêmeos digitais de sensores inteligentes IEEE 1451, que foi desenvolvida usando o UCEF. O gêmeo digital é um simulador digital ou réplica digital de um verdadeiro sensor inteligente IEEE 1451. O gêmeo digital emula comportamentos não lineares desejados e modos de falha para simular um sensor real em campo. Esta federação consiste em três federados: um federado de gêmeo digital de sensor inteligente IEEE 1451 (DTF), um federado de testador de gêmeo digital IEEE 1451 (DTTF) e um gerente de experimento de federação. Nesta federação, o DTTF pode se comunicar com o DTF através de interações HLA que representam mensagens de solicitação e resposta do IEEE P1451.1. Um experimento federado usando três instâncias de gêmeos digitais IEEE 1451 é descrito em detalhes e os resultados experimentais são fornecidos neste artigo. Esta federação fornece uma base para pesquisa e experimentos em CPS no testbed CPS do NIST.