نوآوری‌های صنعتی

نوآوری‌های صنعتی

بررسی نظام‌مند رویکردهای بهینه‌سازی در معماری و کاربردهای اینترنت اشیای صنعتی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان
گروه مهندسی کامپیوتر،دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
چکیده
اینترنت اشیای صنعتی زیرساختی کلیدی برای پایش، کنترل و تصمیم‌گیری داده‌محور در محیط‌های صنعتی است. طراحی و استقرار مؤثر آن مستلزم ایجاد توازن میان تأخیر، مصرف انرژی، قابلیت اطمینان، تازگی اطلاعات، امنیت، حریم خصوصی و هزینه است. با وجود گسترش پژوهش‌ها در زمینه معماری‌های لبه–ابر، هم‌زاد دیجیتال، یادگیری فدرال، یادگیری تقویتی و امنیت، بسیاری از مطالعات بر یک لایه معماری، یک فناوری یا یک معیار عملکردی تمرکز دارند. هدف این پژوهش، مرور نظام‌مند رویکردهای بهینه‌سازی در معماری‌ها و کاربردهای اینترنت اشیای صنعتی، سنتز شواهد، شناسایی شکاف‌های پژوهشی و ارائه یک چارچوب مفهومی است.

جست‌وجوی نظام‌مند در پایگاه‌های Scopus ، Web of Science، IEEE Xplore، ScienceDirect، MDPI و Google Scholar انجام شد. پس از اعمال معیارهای ورود و خروج و غربالگری مطابق باPRISMA 2020 ، ۴۵ مطالعه منتخب وارد مرور شدند. مطالعات بر اساس نوع معماری، مسئله و روش بهینه‌سازی، معیارهای ارزیابی، سطح امنیت، نزدیکی به پیاده‌سازی واقعی و محدودیت‌های گزارش‌شده استخراج، کیفیت‌سنجی و با استفاده از سنتز روایی ساختاریافته و تحلیل چارچوب‌محور تحلیل شدند.

یافته‌ها چهار الگوی معماری (متمرکز، توزیع‌شده، شبکه نرم‌افزارمحور و میان‌لایه‌ای) و پنج خانواده روش‌های بهینه‌سازی (فراابتکاری، تصمیم‌گیری چندمعیاره، یادگیری ماشین و عصبی- فازی، یادگیری تقویتی چندعاملی و یادگیری فدرال ) را شناسایی می‌کنند. نتایج نشان می‌دهد تلفیق هم‌زمان امنیت، حریم خصوصی، تازگی اطلاعات، انرژی، تأخیر، هزینه و قابلیت استقرار عملی در یک تصمیم چندهدفه، همچنان شکافی مهم در ادبیات است. بر پایه شواهد استخراج‌شده، چارچوبی شامل پنج لایه ادراک، هم‌زاد دیجیتال، شبکه، پردازش و تحلیل، و کاربرد و تصمیم‌گیری، همراه با لایه عرضی امنیت و حریم خصوصی، ارائه شد.

این مطالعه با سازمان‌دهی شواهد پراکنده در قالب یک ساختار سرتاسری، مبنایی برای طراحی، مقایسه و ارزیابی راه‌حل‌های اینترنت اشیای صنعتی فراهم می‌کند. چارچوب پیشنهادی نیازمند اعتبارسنجی تجربی در محیط‌های صنعتی واقعی است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A Systematic Review of Optimization Approaches in the Architecture and Applications of the Industrial Internet of Things (IIoT)

نویسندگان English

fariba Dehghani Firouzabadi
Razieh Rabiei
Department of Computer Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
چکیده English

The Industrial Internet of Things (IIoT) is a key infrastructure for monitoring, control, and data-driven decision-making in industrial environments. Its effective design and deployment require balancing latency, energy consumption, reliability, information freshness, security, privacy, and cost. Although research on edge-cloud architectures, digital twins, federated learning, reinforcement learning, and security has expanded considerably, many studies focus on a single architectural layer, a single technology, or a single performance metric. This study aims to systematically review optimization approaches in IIoT architectures and applications, synthesize the available evidence, identify research gaps, and propose a conceptual framework.

A systematic search was conducted in Scopus, Web of Science, IEEE Xplore, ScienceDirect, MDPI, and Google Scholar. After applying the inclusion and exclusion criteria and screening in accordance with PRISMA 2020, 45 studies were selected for review. Data were extracted on architecture type, problem and optimization method, evaluation metrics, security level, proximity to real-world implementation, and reported limitations. The studies were then quality-assessed and analyzed using structured narrative synthesis and framework-based analysis.

The findings identify four architectural patterns (centralized, distributed, software-defined networking-based, and cross-layer) and five families of optimization methods (metaheuristics, multi-criteria decision-making, machine learning and neuro-fuzzy methods, multi-agent reinforcement learning, and federated learning). The results show that jointly integrating security, privacy, information freshness, energy, latency, cost, and practical deployability within a single multi-objective decision remains a significant gap in the literature. Based on the extracted evidence, a conceptual framework is proposed comprising five layers (perception, digital twin, network, processing and analytics, and application and decision-making), together with a cross-cutting security and privacy layer.

By organizing fragmented evidence into an end-to-end structure, this study provides a basis for designing, comparing, and evaluating IIoT solutions. The proposed framework requires empirical validation in real industrial settings

کلیدواژه‌ها English

Industrial Internet of Things (IIoT)
Optimization
Federated Learning
Digital Twin

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 21 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 13 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 28 مهر 1405