Soluzioni IoT inerenti la Comunicazione, l’Elaborazione e l’Intelligenza Artificiale per l’Industria 5.0

The use of low-power wireless sensors and actuators with networking support in the industry has increased over the past decade. New generations of microcontrollers, new hardware for communication, and the use of standardised protocols, such as the Internet Protocol, have resulted in more possibilities for interoperability than ever before. This increasing interoperability allows sensors and actuator nodes to exchange information with large numbers of peers, which is beneficial for creating advanced, flexible and reusable systems. The implementation of these Internet of Things devices in the industry environment, allowed a production improvement, in terms of quality, safety and automation. Moreover, the companies which are researching this field made new types of machines, robots and unnamed aerial vehicles, which are useful in these production process. The main contribution of this thesis is research and solution proposes of efficient Industry Internet of Things, not just for industrial applications but also for the Internet of Things in general. The thesis deals with the three macro categories which are related to communication, privacy preservation, simulation, performance and application for artificial intelligence in the Internet of Things devices. In the first part, the thesis focuses on new communication protocols and solutions for the Internet Of Things, introducing the design of new LoWPAN auto-maintaining protocol, an improved protocol for delay tolerant networks and an application solution for the unmanned aerial vehicles control using the fifth generation of cellular systems. The second part of the thesis introduces a new Docker technology improvement, which improves the normal building process of Docker. Furthermore, the thesis discusses a new simulator framework about unmanned aerial vehicles and their wireless communication protocols. In the third and final part of the thesis, new applications of artificial intelligence were introduced. In particular, a new architecture for human interaction with domotic devices through social channels was discussed. Besides, a new neural network model was introduced in the final part. The proposed model improves the production of solar panels through the ability to predict the resulting solar panel before its creation. Finally, at the end of each chapter, a set of experiment results and conclusions were presented.

L’ausilio di sensori wireless a basso consumo energetico e di attuatori con la possibilità di poter comunicare nelle industrie è aumentato durante l’ultima decade. Le nuove generazioni di microcontrollori, nuovi dispositivi di comunicazione e l’uso di protocolli standardizzati, come il protocollo Internet, hanno aperto la strada a nuove possibilità di interoperabilità mai viste fino ad ora. Questo incremento di interoperabilità permetti a questi nodi sensoristici di poter scambiare informazioni con un alto numero di altri nodi, andando a creare dei sistemi flessibili e riutilizzabili. L’implementazione di questi dispositivi Internet of Things nell’ambiente industriale ha permesso dei notevoli miglioramenti nella produzione, nella sua qualità e nella sicurezza. Inoltre molte compagnie che si dedicano alla ricerca in questo campo hanno già realizzato nuove tipologie di macchinari, robot e droni non pilotati che risultano utilissimi durante i processi di produzione. Il principale contributo di questa tesi è la ricerca effettuata e le soluzioni proposte di nuove tecnologie e soluzioni efficienti per l’Industry Internet of Things, non solo per le applicazioni in campo industriale ma anche per l’Internet of Things in generale. La tesi affronta tre macro categorie relative alla comunicazione e alla privacy preservation, alla simulazione, alle performance e all’applicazione di intelligenze artificiali nei dispositivi Internet of Things. Nella prima parte, la tesi si concentra su nuovi protocolli di comunicazione e soluzioni per l’Internet of Things, introducendo un nuovo protocollo LoWPAN capace di autogestirsi, un protocollo di comunicazione migliorato per le reti con tolleranza ai ritardi e una soluzione applicativa per il controllo di droni senza pilota sfruttando il nuovo sistema cellulare di quinta generazione. La seconda parte della tesi introduce un miglioramento all’attuale tecnologia container Docker che ne migliora il normale processo di building delle immagini. Oltre a questo, la tesi discute di un nuovo framework di simulazione per i veicoli senza pilota e i loro protocolli di comunicazione wireless. Nella terza e ultima parte della tesi vengono introdotte delle nuove applicazioni dell’intelligenza artificiale. In particolare, verrà discussa una nuova architettura per l’interazione umana con i dispositivi domotici per mezzo dei canali social e il linguaggio naturale. Successivamente, verrà introdotto un nuovo modello di rete neurale capace di migliorare la produzione di moduli solari, riuscendo a predire il modulo solare risultante prima della sua creazione, permettendo un processo di sviluppo e ricerca senza costi onerosi. Infine, alla fine di ogni capitolo, verranno presentati un insieme di risultati sperimentali e le relative conclusioni.