Osjetljivi dom zamjenjuje pametne kuće

Posljednje sedmice novembra u Pereslavl-Zalesskom je održan Nacionalni forum o superkompjuterima. Ljudi su tri dana pričali i pokazivali kako se stvari odvijaju sa razvojem superkompjutera u Rusiji i kako se tehnologije testirane na superkompjuterima pretvaraju u robu.

Institut za softverske sisteme RAS
(Igor Šelaputin, Wikimedia Commons, CC-BY)

Dopisni član Ruske akademije nauka Sergej Abramov govorio je o projektu „Osetljiva kuća“ (27. novembra). Razvijajući koncept „pametne kuće“, on predlaže posmatranje kućne opreme, izgradnju i pamćenje obrazaca njenog ponašanja, učenje na greškama i predviđanje stanja i problema unapred.

Institut za softverske sisteme Ruske akademije nauka, pod rukovodstvom Sergeja Abramova, počeo je da stvara „osetljive kuće“ 2014. godine, kada je reforma Akademije nauka zahtevala uvođenje akademskih projekata na komercijalno tržište. Do tog vremena, IPS RAS je imao dobar razvoj u senzorskim mrežama i kontroli opreme, te je razvijao tehnologije oblaka i mašinsko učenje.

Prema rečima Sergeja Abramova, stambene i industrijske zgrade pune su opreme od koje zavisi dobrobit doma i miran rad ljudi. Iako se ova “pametna” oprema razvija u “pametnu kuću”, ona nema automatsku kontrolu. Vlasnici ne znaju status uređaja i ne mogu ih lako pratiti. Ostaje samo da se ručno brine o cjelokupnoj infrastrukturi, poput ogromnog Tamagotchija, redovno provjeravajući i podešavajući mašine.

Osjetljiva utičnica mjeri električne parametre i javlja ih serveru
(„Osetljiva kuća“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Da li pametna kuća radi ispravno? Ili je vrijeme da se interveniše? Hoće li uskoro biti nesreće? Sam po sebi, nijedan “pametni dom” ne rješava ovaj problem, za odgovor na takva pitanja potreban je automatski nadzor i analiza. Dakle, kompjuterski sistem kreiran u Institutu prikuplja statistiku od senzora, gradi obrasce ponašanja kućnih mašina i uči da te obrasce prepoznaje. Razlikovanjem normalnog ponašanja od problematičnog ponašanja i otkrivanjem abnormalnog rada, umjetna inteligencija će na vrijeme upozoriti vlasnika kuće na potencijalnu prijetnju.

“Osjetljivi dom” je “pametna kuća”, kojoj su dodani osjetljivost, sposobnost samoučenja, sposobnost akumuliranja obrasca ispravnog ponašanja, sposobnost predviđanja i reagiranja.
(Sergey Abramov, dopisni član Ruske akademije nauka)

Navikli smo na način na koji „pametna kuća“ održava svoje parametre: podešenu temperaturu i osvjetljenje, konstantnu vlažnost zraka, stabilan mrežni napon. „Pametna kuća“ može da radi prema skripti u zavisnosti od doba dana ili događaja (na primer, zatvoriće slavinu za gas na komandu iz gasnog analizatora). “Osetljivi dom” poduzima sljedeći korak - analizira senzorne podatke i gradi nove scenarije za klasifikaciju: sve ide po starom ili ima iznenađenja. Reaguje na promjene u vanjskom okruženju i predviđa moguće kvarove, nagađajući anomalije u istovremenom djelovanju različitih uređaja. “Osetljiva kuća” prati rezultate svog rada, upozorava na probleme i menja scenario, dajući nagoveštaje vlasniku i dozvoljavajući vlasniku da isključi neispravne uređaje.

Rješavamo problem netipičnog ponašanja opreme.
(Sergey Abramov, dopisni član Ruske akademije nauka)

Predloženi sistem se oslanja na senzorsku mrežu koja pruža mjerenja zasnovana na vremenu. Na primjer, dizelski kotao se povremeno uključuje i zagrijava vodu, cirkulacijska pumpa pokreće toplu vodu kroz cijevi za grijanje, a primarni senzori izvještavaju o tome kako ti uređaji troše električnu energiju. Na osnovu serije očitavanja, sekundarni senzor (program) ih upoređuje s normalnim profilom i dijagnosticira kvarove. Tercijarni senzor (program) prima spoljnu temperaturu vazduha i predviđa budući rad sistema, procenjuje njegovo opterećenje i efikasnost – u kakvom su odnosu grejanje kotla i vremenski uslovi. Možda su prozori otvoreni i kotao grije ulicu, ili je možda efikasnost pala i vrijeme je za preventivne popravke. Na osnovu drifta izvedenih parametara može se predvidjeti u koje vrijeme će oni ići iznad norme.

Osjetljiva utičnica se sastoji od zasebnih modula-šipki
(„Osetljiva kuća“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Procjenom istovremenih očitavanja senzora, "osjetljiva kuća" može primijetiti da se pumpa za vodu ne isključuje jer izlijeva vodu nazad u bunar (kroz neispravan ventil) ili direktno na pod (kroz prasak cijev). Dijagnoza će biti još pouzdanija ako su senzori pokreta tihi, a pumpa pumpa vodu u praznu kuću.

Senzorske mreže se također nalaze u pametnim kućama. Cloud infrastruktura je također dostupna u pametnim kućama. Ali ono što “pametne kuće” nemaju je umjetna inteligencija, strojno učenje, akumulacija obrazaca ispravnog ponašanja, klasifikacija i predviđanje.
(Sergey Abramov, dopisni član Ruske akademije nauka)

Oblačni deo „osetljive kuće“ baziran je na NoSQL bazi podataka Riak ili Akumuli bazi podataka, gde se čuvaju vremenske serije očitavanja. Prijem i izdavanje podataka se vrši na Erlang/OTP platformi, omogućava vam da postavite bazu podataka na mnogo čvorova. Iznad njega je postavljen program za mobilne aplikacije i web interfejs za informiranje korisnika putem interneta i telefona, a pored njega je program za analizu podataka i kontrolu ponašanja. Ovdje možete povezati bilo koju analizu vremenskih serija, uključujući i one zasnovane na neuronskim mrežama. Tako je sva kontrola nad sistemima „osetljivog doma“ smeštena u poseban sloj upravljanja. Pristup mu je omogućen putem vašeg ličnog naloga u cloud servisu.

Osjetljivi kontroler prikuplja signale sa senzora i termometara
(„Osetljiva kuća“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Erlang pruža sve prednosti funkcionalnog pristupa. Ima mehanizme za distribuirani rad, a najlakši način da se napravi paralelno distribuirani program je korištenje Erlanga. Naša arhitektura sadrži softverske „sekundarne senzore“; može ih biti nekoliko po fizičkom senzoru, a ako računamo na desetine hiljada klijenata sa desetinama uređaja, morat ćemo obraditi ogroman tok podataka. Potrebni su im lagani procesi koji se mogu pokrenuti u ogromnim količinama. Erlang vam omogućava da pokrenete desetine hiljada procesa na jednom jezgru; ovaj sistem dobro skalira.
(Sergey Abramov, dopisni član Ruske akademije nauka)

Prema rečima programera, Erlang je lako organizovati raznovrstan tim programera, u kojem studenti i svetkovine stvaraju jedan sistem. Pojedinačni fragmenti softverskog sistema padaju uz grešku, ali cijeli sistem nastavlja s radom, što vam omogućava da ispravite pogrešna područja u hodu.

Osjetljivi kontroler prenosi podatke putem WiFi ili RS-485
(„Osetljiva kuća“, Wikimedia Commons, CC-BY)

Sistem “osjetljivog doma” koristi sve tehnologije koje je IPS RAS koristio za kontrolu superračunara. To uključuje elektronske senzore, sisteme za nadzor i daljinsko upravljanje. Trenutno, osjetljivi program radi na vlastitim senzorima i može se povezati s vatrogasnim petljama, ali postoji plan za prikupljanje podataka sa senzora bilo koje „pametne kuće“.

“Osetljivi dom” je zanimljiv jer u prvi plan dolaze integrisana inteligentna rešenja za grad, kvart i dom. Ono što je ovdje zanimljivo nije da se napravi superkompjuter, već da se izgradi društveno-kompjuterski kompleks, uvodeći superkompjuter u svakodnevni život, tako da mašina mijenja živote ljudi.
(dr Olga Kolesničenko, viši predavač na Univerzitetu Sečenov)

Do proljeća 2020. programeri će pripremiti osnovni set programa i opreme za montažu sistema različitih veličina u zgradama i stanovima. Obećavaju da će rezultat biti jednostavan za postavljanje, ništa komplikovaniji od robotskog usisivača. Osnovni komplet će podržati bilo koju nadziranu opremu: kotlove za grijanje, bojlere, frižidere, pumpe za vodu i septičke jame. Zatim će na red doći prodaja u malom obimu, pa fabless proizvodnja, dodavanje novih senzora i modula. A u budućnosti su moguće sve vrste diverzifikacije i prilagođavanja - osjetljiva farma, osjetljiva bolnica, osjetljiv brod, pa čak i vrlo osjetljiv tenk.

Tekst: CC-BY 4.0.
Portret: CC-BY-SA 3.0.

izvor: www.habr.com