Nano-Enhanced IoT Sensors and Hybrid Scheduling Algorithms for Smart Agriculture: A Multi-Layered Framework Towards Sustainability

Abstract

У сільськогосподарській сфері спостерігається кілька змін, особливо з технологічною структурою Інтернету речей, яка інтегрує хмарні обчислення, туманні обчислення та нанотехнології. Усі ці інновації розроблені для підвищення продуктивності, оптимізації використання ресурсів та охорони навколишнього середовища. Розумне сільське господарство зараз визнається методом ведення сільського господарства, який допомагає фермерам вільно збирати дані, проводити аналіз у режимі реального часу та автоматизувати певні процеси. У цьому дослідженні представлена багатошарова структура розумного сільського господарства, багаторівнева архітектура, яка пропонує рішення для належного виконання розумного сільського господарства. Нано-розширений шар Інтернету речей використовує наносенсори для моніторингу стану ґрунту, врожаю та навколишнього середовища, тоді як туманний шар миттєво обробляє дані, а хмарний шар обробляє великомасштабні обчислення та зберігання. Для обробки величезної кількості даних, що генеруються нано-розширеними пристроями Інтернету речей, використовується гібридний алгоритм планування GA+WRR для кращого управління ресурсами, що є в його розпорядженні, та мінімізації часу виконання. Аналіз продуктивності за допомогою Eclipse IDE показує кращі результати представленої структури, ніж базові методи планування. Запропонована структура оптимізує ресурси та мінімізує час виконання, забезпечуючи сталий та ефективний сільський господарство для задоволення світового попиту на продукти харчування.

Several changes are observed in the agricultural domain, especially with the technological IoT framework that integrates cloud computing, fog computing and nanotechnology. All these innovations are designed to enhance productivity, optimize resource use, and respect the environment. Smart agriculture is now recognised as a method of farming that helps farmers gather data freely, carry out analysis in real-time, and automate particular processes. This study presents a Multi-Layered Smart Agriculture Framework, a layered architecture that propounds solutions to the proper execution of smart agriculture. The IoT Nano-Enhanced Layer uses nanosensors for monitoring soil, crop, and environmental health, while the fog layer processes data instantly, and the cloud layer handles large-scale computation and storage. To handle the huge amount of data being generated by Nano-Enhanced IoT devices, a Hybrid Scheduling Algorithm GA+WRR is used to manage the resources at its disposal better and keep the execution time to a minimum. Performance analysis with Eclipse IDE shows better results of the presented framework than basic scheduling techniques. The proposed framework optimizes resources and minimizes execution time, ensuring sustainable and efficient agriculture to meet global food demands.