Cross-Layer Optimization for Industrial Internet of Things in Real Scene Digital Twins

计算机科学 GSM演进的增强数据速率 互联网 边缘计算 能源消耗 分布式计算 实时计算 人工智能 工程类 万维网 电气工程
作者
Zhihan Lv,Jingyi Wu,Yuxi Li,Houbing Song
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9 (17): 15618-15629 被引量:56
标识
DOI:10.1109/jiot.2022.3152634
摘要

The development of the Industrial Internet of Things (IIoT) and digital twins (DTs) technology brings new opportunities and challenges to all walks of life. The work aims to study the cross-layer optimization of DTs in IIoT. The specific application scenarios of hazardous gas leakage boundary tracking in the industry is explored. The work proposes an industrial hazardous gas tracking algorithm based on a parallel optimization framework, establishes a three-layer network of distributed edge computing based on IIoT, and develops a two-stage industrial hazardous gas tracking algorithm based on a state transition model. The performance of different algorithms is analyzed. The results indicate that the tracking state transition and target wake-up module can effectively track the gas boundary and reduce the network energy consumption. The task success rate of the parallel optimization algorithm exceeds 0.9 in 5 s. When the number of network nodes in the state transition algorithm is N = 600, the energy consumption is only 2.11 J. The minimum tracking error is 0.31, which is at least 1.33 lower than that of the exact conditional tracking algorithm. Therefore, the three-layer network edge computing architecture proposed here has an excellent performance in industrial gas diffusion boundary tracking.
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