Osjetljivi dom zamjenjuje pametne domove

U posljednjem tjednu studenog održan je Nacionalni forum o superračunalima u Pereslavl-Zalessky. Ljudi su tri dana govorili i pokazivali kako stvari stoje s razvojem superračunala u Rusiji i kako se tehnologije testirane na superračunalima pretvaraju u robu.

Institut za softverske sustave RAS
(Igor Shelaputin, Wikimedia Commons, CC-BY)

Dopisni član Ruske akademije znanosti Sergej Abramov govorio je o projektu “Osjetljiva kuća” (27. studenog). Razvijajući koncept "pametne kuće", predlaže promatranje kućne opreme, izgradnju i pamćenje obrazaca njezina ponašanja, učenje na njezinim pogreškama i predviđanje njezina stanja i problema unaprijed.

Institut za softverske sustave Ruske akademije znanosti, pod vodstvom Sergeja Abramova, počeo je stvarati "osjetljive kuće" 2014. godine, kada je reforma Akademije znanosti zahtijevala izvođenje akademskih projekata na komercijalno tržište. Do tog je vremena IPS RAS imao dobar napredak u senzorskim mrežama i kontroli opreme, te je razvijao tehnologije oblaka i strojno učenje.

Prema Sergeju Abramovu, stambene i industrijske zgrade pune su opreme o kojoj ovisi 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 prikladno nadzirati. Preostaje samo ručno brinuti o cijeloj infrastrukturi, poput ogromnog Tamagotchija, redovito provjeravajući i podešavajući strojeve.

Osjetljiva utičnica mjeri električne parametre i prijavljuje ih poslužitelju
(“Osjetljivi dom”, Wikimedia Commons, CC-BY)

Radi li pametna kuća ispravno? Ili je vrijeme za intervenciju? Hoće li uskoro biti nesreće? Nikakva “pametna kuća” sama po sebi ne rješava ovaj problem, za odgovor na takva pitanja potreban je automatski nadzor i analiza. Stoga računalni sustav stvoren u Institutu prikuplja statistiku sa senzora, gradi obrasce ponašanja kućanskih strojeva i uči te obrasce prepoznavati. Razlikovanjem normalnog ponašanja od problematičnog ponašanja i otkrivanjem nenormalnog rada, umjetna inteligencija će na vrijeme upozoriti vlasnika kuće na potencijalnu prijetnju.

“Osjetljivi dom” je “pametni dom” kojemu je pridodana osjetljivost, sposobnost samoučenja, sposobnost akumuliranja obrasca ispravnog ponašanja, sposobnost predviđanja i reagiranja.
(Sergej Abramov, dopisni član Ruske akademije znanosti)

Navikli smo na način na koji "pametna kuća" održava svoje parametre: zadanu temperaturu i osvjetljenje, konstantnu vlažnost zraka, stabilan mrežni napon. „Pametna kuća“ može raditi prema skripti ovisno o dobu dana ili događaju (primjerice, zatvorit će slavinu za plin na naredbu iz analizatora plina). “Sensitive Home” poduzima sljedeći korak - analizira senzorske podatke i gradi nove scenarije za klasifikaciju: sve ide kao prije ili ima iznenađenja. Reagira na promjene u vanjskom okruženju i predviđa moguće kvarove, nagađajući anomalije u istodobnom djelovanju različitih uređaja. “Osjetljiva kuća” prati rezultate svog rada, upozorava na probleme i mijenja scenarij, dajući savjete vlasniku i dopuštajući vlasniku da isključi neispravne uređaje.

Rješavamo problem netipičnog ponašanja opreme.
(Sergej Abramov, dopisni član Ruske akademije znanosti)

Predloženi sustav oslanja se na mrežu senzora koja omogućuje mjerenja temeljena na vremenu. Primjerice, dizelski bojler se povremeno uključuje i zagrijava vodu, cirkulacijska pumpa tjera toplu vodu kroz grijaće cijevi, a primarni senzori javljaju koliko ti uređaji troše struju. Na temelju niza očitanja, sekundarni senzor (program) ih uspoređuje s normalnim profilom i dijagnosticira kvarove. Tercijarni senzor (program) prima vanjsku temperaturu zraka i predviđa budući rad sustava, procjenjuje njegovo opterećenje i učinkovitost - u kakvom su odnosu grijanje kotla i vrijeme. Možda su prozori otvoreni i kotao grije ulicu, ili je možda učinkovitost pala i vrijeme je za preventivne popravke. Na temelju pomaka izvedenih parametara može se predvidjeti u kojem trenutku će oni prijeći normu.

Osjetljiva utičnica sastoji se od zasebnih modula-šipki
(“Osjetljivi dom”, Wikimedia Commons, CC-BY)

Procjenom simultanih očitanja senzora, “osjetljiva kuća” može primijetiti da se pumpa za vodu ne isključuje jer izlijeva vodu natrag u bunar (kroz neispravan ventil) ili izravno na pod (kroz prasak cijev). Dijagnoza će biti još pouzdanija ako su senzori pokreta tihi, a pumpa pumpa vodu u praznu kuću.

Mreže senzora također se nalaze u pametnim kućama. Infrastruktura oblaka dostupna je i u pametnim kućama. Ali ono što “pametne kuće” nemaju je umjetna inteligencija, strojno učenje, akumulacija obrazaca ispravnog ponašanja, klasifikacija i predviđanje.
(Sergej Abramov, dopisni član Ruske akademije znanosti)

Cloud dio “osjetljive kuće” temelji se na NoSQL bazi podataka Riak ili bazi podataka Akumuli, gdje se pohranjuju vremenske serije očitanja. Primanje i izdavanje podataka vrši se na Erlang/OTP platformi, što vam omogućuje da postavite bazu podataka na mnogo čvorova. Iznad njega je postavljen program za mobilne aplikacije i web sučelje za informiranje kupca 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 temeljene na neuronskim mrežama. Dakle, sva kontrola nad sustavima “osjetljivog doma” smještena je u poseban upravljački sloj. Pristup mu je omogućen putem vašeg osobnog računa u usluzi u oblaku.

Osjetljivi kontroler prikuplja signale sa senzora i termometara
(“Osjetljivi dom”, Wikimedia Commons, CC-BY)

Erlang pruža sve prednosti funkcionalnog pristupa. Ima mehanizme za distribuirani rad, a najlakši način za izradu paralelnog distribuiranog programa je korištenje Erlanga. Naša arhitektura sadrži softverske “sekundarne senzore”, može ih biti nekoliko po fizičkom senzoru, a ako računamo na desetke tisuća klijenata s desecima uređaja, morat ćemo obraditi ogroman protok podataka. Oni trebaju lagane procese koji se mogu pokrenuti u velikom broju. Erlang vam omogućuje pokretanje desetaka tisuća procesa na jednoj jezgri; ovaj se sustav dobro skalira.
(Sergej Abramov, dopisni član Ruske akademije znanosti)

Prema programeru, Erlang je lako organizirati raznolik tim programera, u kojem studenti i svjetiljke stvaraju jedan sustav. Pojedinačni fragmenti softverskog sustava padaju s pogreškom, ali cijeli sustav nastavlja raditi, što vam omogućuje da ispravite pogrešna područja u hodu.

Osjetljivi kontroler prenosi podatke putem WiFi-a ili RS-485
(“Osjetljivi dom”, Wikimedia Commons, CC-BY)

Sustav “sensitive home” koristi sve tehnologije koje je IPS RAS koristio za upravljanje superračunalima. To uključuje elektroničke senzore, sustave nadzora i daljinskog upravljanja. Trenutačno osjetljivi program radi na vlastitim senzorima i može se povezati s petljama vatrogasne službe, ali postoji plan prikupljanja podataka sa senzora bilo koje "pametne kuće".

“Sensitive Home” je zanimljiv jer u prvi plan dolaze kompleksna inteligentna rješenja za grad, susjedstvo i dom. Ono što je ovdje zanimljivo nije izgraditi superračunalo, već izgraditi društveno-računalni kompleks, uvodeći superračunalo u svakodnevni život, tako da stroj mijenja živote ljudi.
(Olga Kolesnichenko, Ph.D., viša predavačica na Sveučilištu Sechenov)

Do proljeća 2020. programeri će pripremiti osnovni set programa i opreme za sastavljanje sustava različitih veličina u zgradama i stanovima. Obećavaju da će rezultat biti jednostavan za postavljanje, ništa kompliciraniji od robota usisavača. Osnovni komplet podržava bilo koju nadziranu opremu: kotlove za grijanje, bojlere, hladnjake, pumpe za vodu i septičke jame. Zatim će na red doći mala prodaja, zatim fabless proizvodnja, dodavanje novih senzora i modula. A u budućnosti su moguće sve vrste diversifikacije i prilagodbe - 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