INFORMATION AND MANAGEMENT

Engineering solutions for end-to-end quality traceability in supply chains based on distributed ledgers and intelligent sensors

Authors

  • Guanrui Li South Ural State University, 454080, Chelyabinsk, Lenin Avenue, 76

How to cite

GOST Li G. Engineering solutions for end-to-end quality traceability in supply chains based on distributed ledgers and intelligent sensors // Environmental Management Issues. 2025. Vol. 4. No. 6. P. 69-79. DOI: 10.25726/f4396-3494-2129-r
APA Li, G. (2025). Engineering solutions for end-to-end quality traceability in supply chains based on distributed ledgers and intelligent sensors. Environmental Management Issues, 4(6), 69-79. https://doi.org/10.25726/f4396-3494-2129-r

Abstract

The globalization of supply chains and the increasing complexity of logistics routes raise requirements for transparency and data protection regarding product quality, rendering traditional centralized record-keeping systems insufficient and highlighting the urgency of end-to-end traceability. This study aims to develop and quantitatively assess the engineering architecture of a cyber-physical system for end-to-end quality monitoring in supply chains based on the synergy of distributed ledger technologies and smart sensor nodes. A multi-level architecture is proposed, including a physical layer with autonomous sensor nodes based on ARM Cortex-M4 microcontrollers equipped with thermohygrometers, accelerometers, and GLONASS/GPS modules; a communication layer using LoRaWAN and NB-IoT/MQTT; edge gateways for data preprocessing; and a private blockchain layer on the Hyperledger Fabric v2.2 platform with smart contracts for the automatic validation and recording of product lifecycle events. Validation was conducted via simulation modeling of a complex pharmaceutical supply chain in the AnyLogic environment, varying the number of validating nodes (4-16), block size (1-4 MB), and consensus algorithms (Raft, PBFT), as well as through bench testing with 20 sensor nodes and real LoRaWAN and NB-IoT networks. Statistical processing was performed in R-project using analysis of variance (ANOVA) and correlation-regression analysis. It was found that the private blockchain provides acceptable latency and throughput compared to a centralized DBMS while significantly increasing resilience to Data Tampering, Replay, and Man-in-the-Middle threats, demonstrating an attack detection rate close to 100%. In contrast, a public blockchain with PoW consensus proved unsuitable for operational tasks due to high latencies. The study demonstrates the non-linear influence of block size, node count, and consensus type on TPS and latency, as well as the inverse effect of network scaling on performance, establishing a trade-off between decentralization and transaction processing speed. Power consumption measurements show that combining an event-driven monitoring mode with LoRaWAN ensures maximum autonomous operation time for sensor nodes (up to one year on a standard battery), imposing additional constraints on permissible data flow intensity. Comprehensive analysis confirms the engineering feasibility of end-to-end traceability systems based on private blockchains and IIoT, and provides a quantitatively grounded basis for the multi-criteria optimization of the architecture to meet specific requirements and constraints of industrial supply chains.

Keywords

end-to-end quality traceability distributed ledgers Industrial Internet of Things (IIoT) supply chain blockchain smart sensor systems

References

Ахматова М.С.С. Управление качеством цепи поставок: тенденции, инструментарий, принципы и значение // Компетентность. 2023. № 8. С. 44-50.

Ахматова М.С.С., Денискина А.Р., Ахматова Д.М.С. Управление качеством цепочки поставок как концепция для совершенствования качества процессов цепи поставок // Скоростной транспорт будущего: перспективы, проблемы, решения: мат. 1-й Межд. науч.-тех. конф. М.: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2022. С. 142-143.

Бабкина Е.Е. Преимущества интегрированных цепей поставок и проблемы их создания // Актуальные проблемы науки и техники: мат. Национ. науч.-прак. конф. Под ред. Н.А. Шевченко. 2020. С. 981.

Банзекуливахо М.Ж., Шудель Д. Инновационный подход к управлению цепями поставок для обеспечения конкурентоспособности предприятия // Государство и бизнес в современной экономике: мат. ІІІ Межд. науч.-прак. конф. Под ред. П.А. Канапухина, Т.Д. Ромащенко, Е.А. Федюшиной. Воронеж, 2022. C. 3-7.

Беседин Б.А. Прозрачность в цепях поставок на основе технологии распределенного реестра // Научное сообщество студентов ХХІ столетия. Технические науки: мат. XIII Межд. студ. науч.- прак. конф. Новосибирск, 2022. С. 33-38.

Ибраева А.Б. Цифровизация управления цепями поставок // Россия и регионы мира: воплощение идей и экономика возможностей: мат. ХІ Евраз. экон. форума молодежи: в 3 т. Екатеринбург, 2021. C. 287-289.

Кабатянский Г.А. Модификация систем управления цепями поставок на основе распределенных реестров // НИР: грант № 20-37-90128. .: Российский фонд фундаментальных исследований, 2020.

Мирзаназаров А.А.У. 4 способа оптимизации цепочки поставок для повышения качества и снижения рисков // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: мат. XLVII Межд. науч.-прак. конф. Пенза, 2021. С. 166-168.

Осинцев Н.А., Мишкуров П.Н., Семчук Д.Б., Мельников М.С. Исследование драйверов и барьеров управления цепями поставок в условиях изменения климата // Климат 2023: изменение климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования: мат. Всерос. конф. с межд. участ. (9-12 октября 2023 г., Москва). М.: Научный Совет РАН по проблемам климата Земли, Отделение наук о Земле РАН и Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, 2023. С. 226.

Печенко Н.С. Управление качеством цепями поставок на основе модели всеобщего управления качеством TQM // Севергеоэкотех-2024: мат. XXV Межд. молод. науч. конф. В 2 ч. (28-29 марта 2024 г., Ухта). Ухта, 2024. C. 422-425.

Сергеев В.И., Дыбская В.В. Эволюция концепций контроля и мониторинга цифровых цепей поставок // Экономика железных дорог. 2023. № 8. С. 98-103.

Сергеев И.В. Диагностика сбоев в цепях поставок и проблема видимости // Логистика Евразийский мост: мат. ХІХ Межд. науч.-прак. конф. (24-28 апреля 2024 г., Красноярск). Красноярск: Красноярский государственный аграрный университет, 2024. С. 227-230.

Тоискина К.И. Современные тенденции в управлении цепями поставок // Ресурсоэффективная логистика производства: мат. Межд. студ. конф. (27 октября 2022 г., Москва). М.: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, 2022. С. 20.

Цветкова Е.А. Изменения в стратегических трендах и технологиях управления цепями поставок // Пространственная экономика: проблемы региональных экономических объединений: мат. ХХІ Межд. науч. конф. (15 декабря 2023 г., Москва). М., 2023. С. 183-189.

Supply chain in action // Manufacturing management. 2022. Vol. 2022. № 8-9. pp. 22-23.

Issue

Section

INFORMATION AND MANAGEMENT
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

<< < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.