informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASB10.37661/1816-0301-2022-19-2-100-116inform-1184Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИINFORMATION TECHNOLOGYО среде имитационного моделирования компонентов и приложений в Интернете вещей на основе инструментов визуального потокового программирования и облачных сервисовAbout simulation environment for modeling the Internet of Things components and applications using visual flow-based programming tools and cloud servicesАндрушевичА. А.AndrushevichA. A.

Андрушевич Алексей Андреевич, младший научный сотрудник

ул. Академическая, 15, к. 2, Минск, 220072, Беларусь

Alexey A. Andrushevich, Junior Researcher

st. Akademicheskaya, 15, building 2, Minsk, 220072, Belarus

andrushevich@bsu.byВойтешенкоИ. С.VojteshenkoI. S.

Войтешенко Иосиф Станиславович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологий программирования факультета прикладной математики и информатики

пр. Независимости, 4, Минск, 220030, Беларусь

Iosif S. Vojteshenko, Ph. D. (Eng.), Assoc. Prof., Assoc. Prof. of the Department of Programming Technologies of the Faculty of Applied Mathematics and Informatics

av. Nezavisimosti, 4, Minsk, 220030, Belarus

voit@bsu.byЕмельяноваО. Ю.EmelianovaO. Ju.

Емельянова Ольга Юрьевна, выпускница кафедры технологий программирования факультета приклад-ной математики и информатики

пр. Независимости, 4, Минск, 220030, Беларусь

Olga Ju. Emelianova, Graduate of the Department of Programming Technologies, Faculty of Applied Mathematics and Informatics

av. Nezavisimosti, 4, Minsk, 220030, Belarus

volha.emelianova@gmail.comНаучно-инженерное республиканское унитарное предприятие «Межотраслевой научно-практический центр систем идентификации и электронных деловых операций»Scientific Engineering Republican Unitary Enterprise "Interbranches Research & Development Centre for Identification Systems and e-Business Operations"Белорусский государственный университетBelarusian State University202230032022192100116Copyright © Андрушевич А.А., Войтешенко И.С., Емельянова О.Ю., 20222022Андрушевич А.А., Войтешенко И.С., Емельянова О.Ю.Andrushevich A.A., Vojteshenko I.S., Emelianova O.J.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/1184Цели

Цели. Целью проведенной аналитической и исследовательской работы являлись разработка и первоначальная оценка возможностей новой среды имитационного моделирования компонентов и приложений в Интернете вещей. Актуальность задачи связана с необходимостью упрощения исследования и тестирования таких приложений в связи с активным развитием и расширением Интернета вещей. При разработке среды имитационного моделирования преследовались следующие основные цели: построение математической модели, реализация программного обеспечения, в рамках которого могут быть проведены эксперименты с данной моделью, обеспечение возможности анализировать результаты и корректировать модель.

Методы

Методы. Использовались методы имитационного моделирования.

Результаты

Результаты. Анализ актуальности и востребованности результатов исследований показал, что в качестве примера для демонстрации методов и средств решения задачи имитационного моделирования компонентов и приложений в Интернете вещей может быть выбрана реализация части модели приложения «умный дом», управляющей энергоэффективностью жилых помещений. Была разработана математическая модель дома, а также среда для моделирования на основе инструмента визуального потокового программирования Node-RED и облачного сервиса Yandex Cloud / Yandex IoT Core.

Заключение

Заключение. Разработана имитационная модель системы управления энергопотреблением «умного дома», включающая моделирование времени, условий внешней среды, теплопотерь, режимов работы отопительного оборудования и поведения жителей такого дома. На основе реализованной модели проведена первоначальная серия имитационных экспериментов, направленных на проверку базовой функциональности подготовленной среды имитационного моделирования и выбранного примера моделирования системы управления энергопотреблением жилых помещений.

Objectives

Objectives. The purpose of the analytical and research work was to develop and perform an initial assessment of the capabilities of simulation environment for modeling the Internet of Things (IoT) components and applications. The relevance of the problem is associated with the need to simplify research and testing of such systems as the field is growing. In the implementation of the simulation environment, the following goals were pursued: building a mathematical model; implementation of software, capable of running experiments on that model; providing the user with the ability to analyze results and adjust the model.

Methods

Methods. Methods of simulation modeling were used.

Results

Results. Analysis of the relevance and impact of the research results has led to an appropriate example for demonstrating methods and means of solving the problem of IoT subsystems, components, and applications simulation in the proposed environment. This example has been implemented in the part of the Smart Home application model responsible for the energy efficiency optimization in residential buildings enclosed in a simulation environment based on an integrated software package consisting of the Node-RED visual tool for flow-based programming and the Yandex Cloud / Yandex IoT Core cloud service.

Conclusion

Conclusion. A simulation model for managing energy consumption of a "smart home" was developed and implemented using the previously specified software package, including modeling time, environmental conditions, heat loss, operating modes of heating equipment and the behavior of house residents. Based on the implemented model, an initial series of simulation experiments were also carried out, on the one hand, aimed at checking some characteristics of the functionality of the developed simulation environment and the selected example for simulation of residential premises energy management. As a result of the initial experiments, the basic functionality of the integrated software package was proven and demonstrated based on the use of Node-RED and the Yandex Cloud / Yandex IoT Core cloud service for solving problems of simulation modeling of components, subsystems and applications of the Internet of things.

Интернет вещейимитационное моделированиевизуальное программированиеоблачные вычисленияоблачные технологииуправление энергопотреблением «умного дома»Internet of Thingssimulationvisual programmingcloud computingcloud technologiessmart home energy managementReferencesСурков, A. Знакомство с Node-RED и потоковое программирование в Yandex IoT Core [Электронный ресурс] / A. Сурков. – Режим доступа: https://habr.com/ru/company/yandex/blog/519600/. – Дата доступа: 05.11.2021.Surkov A. Znakomstvo s Node-RED i potokovoe programmirovanie v Yandex IoT Core. Introduction to Node-RED and Streaming Programming in Yandex IoT Core. Available at: https://habr.com/ru/company/ yandex/blog/519600/ (accessed 05.11.2021) (In Russ.).Акопов, А. С. Имитационное моделирование / А. С. Акопов. – М. : Юрайт, 2016. – 389 с.Akopov A. S. Imitacionnoe modelirovanie. Simulation. Moscow, Jurajt, 2016, 389 р. (In Russ.).Stojkoska, B. L. R. A review of Internet of Things for smart home: Challenges and solutions / B. L. R. Stojkoska, K. V. Trivodaliev // J. of Cleaner Production. – 2017. – Vol. 140. – P. 1454–1464.Stojkoska B. L. R., Trivodaliev K. V. A review of Internet of Things for smart home: Challenges and solutions. Journal of Cleaner Production, 2017, vol. 140, рр. 1454–1464.Энергетический баланс Республики Беларусь : стат. сборник / Нац. Стат. Комитет Респ. Беларусь ; редкол. : И. В. Медведева (председатель) [и др.]. – Минск, 2020. – 152 с.Jenergeticheskij balans Respubliki Belarus': statisticheskij sbornik. Energy Balance of the Republic of Belarus: Statistical Compendium. Nacional'nyj statisticheskij komitet Respubliki Belarus'; In I. V. Medvedeva, I. S. Kangro, Zh. N. Vasilevskaja, O. A. Dovnar, E. I. Kuharevich, ..., A. S. Snetkov (eds.). Minsk, 2020, 152 р. (In Russ.).Energy efficiency and the misuse of programmable thermostats: The effectiveness of crowdsourcing for understanding household behavior / M. Pritoni [et al.] // Energy Research & Social Science. – 2015. – Vol. 58. – P. 190–197.Pritoni M., Meier A. K., Aragon C., Perry D., Peffer T. Energy efficiency and the misuse of programmable thermostats: The effectiveness of crowdsourcing for understanding household behavior. Energy Research & Social Science, 2015, vol. 8, рр. 190–197.An Internet of Things Framework for Smart Energy in Buildings: Designs, Prototype, and Experiments / J. Pan [et al.] // IEEE Internet of Things J. – 2015. – Vol. 2. – P. 527–537.Pan J., Jain R., Vu T., Paul S. An Internet of Things Framework for Smart Energy in Buildings: Designs, Prototype, and Experiments. IEEE Internet of Things Journal, 2015, vol. 2, рр. 527–537.Okamoto-Mizuno, K. Effects of thermal environment on sleep and circadian rhythm / K. OkamotoMizuno, K. Mizuno // J. of Physiological Anthropology. – 2012. – Vol. 31. – P. 105–114.Okamoto-Mizuno K., Mizuno K. Effects of thermal environment on sleep and circadian rhythm. Journal of Physiological Anthropology, 2012, vol. 31, pp. 105–114.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.