В последнюю неделю ноября в Переславле-Залесском прошёл Национальный Суперкомпьютерный Форум. Три дня люди рассказывали и показывали, как обстоят дела с разработкой суперкомпьютеров в России и как технологии, обкатанные на суперкомпьютерах, превращаются в товары.
Член-корреспондент РАН Сергей Абрамов рассказал о проекте «Чуткий дом» (27 ноября). Развивая понятие «умного дома», он предлагает наблюдать за домашним оборудованием, строить и запоминать шаблоны его поведения, учиться на его ошибках, загодя предсказывать его состояние и проблемы.
Созданием «чутких домов» Институт программных систем РАН под руководством Сергея Абрамова занялся в 2014 году, когда реформа Академии наук потребовала вывести академические проекты на коммерческий рынок. К этому времени ИПС РАН располагал хорошими разработками по сенсорным сетям и контролю за оборудованием, развивал облачные технологии и машинное обучение.
По словам Сергея Абрамова, жилые и промышленные здания наполнены оборудованием, от которого зависит благополучие жилища и спокойная работа людей. Хотя это «умное» оборудование складывается в «умный дом», однако за ним нет автоматического контроля. Владельцы не знают о состоянии устройств, не могут удобно следить за ними. Остаётся вручную ухаживать за всей инфраструктурой, словно за огромным тамагочи, регулярно проверяя и настраивая машины.
Правильно ли работает «умный дом»? Или пора вмешаться? Скоро ли будет авария? Само по себе никакой «умный дом» эту проблему не решает, для ответа на такие вопросы нужен автоматический надзор и анализ. Поэтому компьютерная система, созданная в Институте, собирает статистику с датчиков, строит шаблоны поведения бытовых машин и учится распознавать эти шаблоны. Отличая нормальное поведение от проблемного и обнаружив ненормальную работу, искусственный интеллект вовремя предупредит домовладельца о потенциальной угрозе.
«Чуткий дом» — это «умный дом», к которому добавлена чуткость, способность к самообучению, способность накапливать шаблон исправного поведения, способность к прогнозу и реакции.
(Сергей Абрамов, член-корреспондент РАН)
Мы привыкли к тому, как «умный дом» поддерживает свои параметры: заданную температуру и освещённость, постоянную влажность воздуха, стабильное напряжение электросети. «Умный дом» может работать по сценарию в зависимости от времени суток или от события (например, закроет газовый кран по команде газоанализатора). «Чуткий дом» делает следующий шаг — анализирует сенсорные данные и строит новые сценарии для классификации: всё идёт по-прежнему или есть неожиданности. Он реагирует на перемену внешней среды и прогнозирует возможные сбои, угадывая аномалии в одновременных действиях разных устройств. «Чуткий дом» следит за результатом своей работы, предупреждает о проблемах и меняет сценарий, давая подсказки владельцу и позволяя отключить неисправные приборы.
Мы решаем проблему атипичного поведения оборудования.
(Сергей Абрамов, член-корреспондент РАН)
Предложенная система опирается на сенсорную сеть, которая выдаёт замеры с привязкой ко времени. Например, дизельный котёл эпизодически включается и подогревает воду, циркуляционный насос гоняет горячую воду по трубам отопления, а первичные датчики сообщают о том, как эти устройства потребляют электричество. Опираясь на серию показаний, вторичный сенсор (программа) сравнивает их с нормальным профилем и диагностирует сбои. Третичный сенсор (программа) получает температуру уличного воздуха и предсказывает будущую работу системы, оценивает её загруженность и эффективность — как соотносятся нагрев котла и погода. Может быть, распахнуты окна и котёл греет улицу, а может быть, упал КПД и подходит время профилактического ремонта. По дрейфу производных параметров можно предсказать, в какое время они выйдут из нормы.
Оценив одновременные показания датчиков, «чуткий дом» способен заметить, что водяная помпа не отключается, потому что переливает воду обратно в колодец (через неисправный клапан) или прямо на пол (через лопнувшую трубу). Ещё достовернее будет диагноз, если датчики движения молчат и помпа качает воду в пустой дом.
Сенсорные сети есть и в «умных домах». Облачная инфраструктура есть и в «умных домах». Но чего нет в «умных домах» — это искусственного интеллекта, машинного обучения, накопления шаблонов исправного поведения, классификации и прогноза.
(Сергей Абрамов, член-корреспондент РАН)
В основе облачной части «чуткого дома» лежит NoSQL база данных Riak или база данных Akumuli, где хранятся временные ряды показаний. Приём и выдача данных сделаны на платформе Erlang/OTP, она позволяет развернуть базу на многих узлах. Над нею развёрнута программа для мобильных приложений и web-интерфейса, чтобы информировать заказчика по интернету и телефону, а рядом — программа для анализа данных и поведенческого контроля. Сюда можно подключить любой анализ временных рядов, в том числе на базе нейронных сетей. Таким образом, весь контроль за системами «чуткого дома» вынесен в отдельный слой управления. Доступ к нему обеспечен через личный кабинет в облачном сервисе.
Язык Erlang даёт все преимущества функционального подхода. В нём есть механизмы распределённой работы, и самый простой способ сделать параллельную распределённую программу — это использовать Erlang. В нашей архитектуре заложены программные «вторичные сенсоры», их может быть несколько на один физический сенсор, и если мы рассчитываем на десятки тысяч клиентов с десятками устройств — нам придётся обработать огромный поток данных. Там нужны легковесные процессы, которые можно запустить в огромном количестве. На одном ядре Erlang позволяет запустить десятки тысяч процессов, эта система хорошо масштабируется.
(Сергей Абрамов, член-корреспондент РАН)
По словам разработчика, на Erlang легко организовать разнородную команду программистов, в которой студенты и корифеи создают одну систему. Отдельные фрагменты программной системы падают с ошибкой, но вся она продолжает работу, что позволяет исправить ошибочные места на лету.
Система «чуткий дом» использует все технологии, которые ИПС РАН применял для управления суперкомпьютерами. Сюда входят электронные сенсоры, системы мониторинга и удалённого управления. Сейчас чуткая программа работает на собственных датчиках и умеет подключаться к шлейфам пожарной охраны, однако есть план собирать данные от сенсоров любых «умных домов».
«Чуткий дом» интересен тем, что на передний край выходят комплексные интеллектуальные решения для города, квартала и дома. Тут интересно не строить суперкомпьютер, а конструировать социально-компьютерный комплекс, вводя суперкомпьютер в ежедневный быт, чтобы машина меняла жизнь людей.
(Ольга Колесниченко, к. м. н., старший преподаватель Сеченовского университета)
К весне 2020 года разработчики подготовят базовый комплект программ и оборудования, чтобы собирать системы разного масштаба в зданиях и квартирах. Обещают, что результат получится лёгким в настройке, не сложнее робота-пылесоса. Базовый комплект будет поддерживать любое поднадзорное оборудование: отопительные котлы, нагреватели воды, холодильники, водяные помпы и септики. Затем наступит очередь малосерийной продажи, затем fabless производство, дополнение новыми сенсорами и модулями. А в перспективе возможна самая разная диверсификация и адаптация — чуткая ферма, чуткая больница, чуткий корабль и даже очень чуткий танк.
Текст:
Портрет:
Источник: habr.com