Telemetriakeräimen lähtevän datan optimointi

Abstract

Työssä optimoitiin telemetriakeräimen datankulutusta siirtämällä laskentaa palvelimelta laitteelle. Laite kerää koneen ohjausjärjestelmän tuottamaa dataa ja lähettää sen palvelimelle jatkokäsittelyä varten. Palvelimelle lähetetään anturidataa jopa yli yhden hertsin näytteenottotaajuudella, joka tarkoittaa merkittäviä kustannuksia tiedosiirrossa. Lähetetyistä telemetriatiedoista muodostetaan laskentoja, kuten kulutettu energia tai kuljettu matka valitulta aikaväliltä. Laskentoja hyödynnetään muunmoassa data-analytiikassa, sekä koneoppimisen sovelluksissa kehittämään uusia ja nykyisiä palveluita. Työ toteutettiin toimeksiantona Cargotec Oyj: lle.

Optimointien kohteena oli Linux pohjainen telemetriakeräin-tietokone, jonka sovellusarkkitehtuuri tukeutui Qt -kirjastoihin. Datan käsittelymenetelmät määriteltiin laitteen konfiguraatiopaketissa. Osana konfiguraatiopakettia käytetään Qt -skriptejä, jotka pohjautuvat ECMAScript-standardiin. Skripteissä tallennettiin laskennoissa tarvittava anturidata muuttujiin, joiden avulla laskennat suoritettiin paikallisesti. Laskentojen lähetysaikaväliksi valittiin yksi sykli, joka sisältää kontin noston seuraavaan laskuun saakka, syklin päättyessä valmiit laskennat lähetettiin palvelimelle.

Säästö mudostuu laskennoissa käytetyn anturidatan poistamisesta palvelimelle lähetettävästä datasta. Käytännön tuloksien tarkastelemiseksi valittiin kahdeksan testikonetta eri puolilta maailmaa. Testin ajalta laskettua datankulutusta verrattiin aikaisemmin mitattuihin datankulutuksiin, testit osoittivat että datankulutus väheni keskimäärin 17.78 prosenttia konetta kohden. Lähtevän dataliikenteen säästöt vastasivat toimeksiantajan tavoitteita.

Opinnäytetyössä suoritettiin yhteensä seitsemän laskentaa konttilukkien datalle, tulevaisuudessa laitteella voidaan suorittaa useampia laskentoja. Laskentoja voidaan hyödyntää myös palvelimen datan eheyttämiseen, korvaamalla yhteysongelmien aiheuttamat epätarkat laskennat paikallisilla laskennoilla. On huomioitava että työssä optimoitu telemetriakeräin on käytössä myös muissa Cargotec Oyj:n konetyypeissä, kuten terminaalitraktoreissa ja vastapainokurottajissa, tämä mahdollistaa työssä tehtyjen ratkaisujen hyödyntämisen myös muissa konetyypeissä.

This thesis focused on the optimizations done to reduce the outbound data traffic of a telemetry device. The device was installed on container handling equipment manufactured by Cargotec Oyj. The data consists of information gathered from various subsystems and sensors within the machine. The sample rate frequency for some of this information is as fast as one hertz. Which means a large amount of data is transmitted onto an external server for carrying out calculations on the data. This thesis work was done for and carried out by the company Cargotec Oyj.

The telemetry device in question is a Linux based computer which utilizes the Qt framework with its data acquisition applications. This framework enables the use of Qt scripts, which are used to accomplish the optimizations. Information was saved into variables within the scripts, then the variables were used to execute the calculations. The timeframe for sending out these calculations was determined by the placement of a container. Each time a container was placed, the calculations were sent out and a new cycle was initiated. The cycle started with a container set event which included one container pick and ended with another container set.

Date size reduction was achieved by removing the information used in the calculations from the device’s outbound data traffic. To compare the results, multiple machines were selected around the world, and data traffic was collected from each machine before and after the optimizations. The results pointed out that the average data reduction per machine was 17.78 percent, which directly reduced the monthly data traffic costs. The results were aligned with the company’s expectations.

The thesis work included a total of seven aggregates focusing on the straddle carrier applications. It is worth noting that the same telemetry device is used on many other Cargotec’s products such as counterbalanced container handlers and terminal tractors. Even greater data reduction could be accomplished by extending the optimizations to multiple machine types or adding more optimizations for straddle carriers.