בית רגיש מחליף בתים חכמים

בשבוע האחרון של נובמבר התקיים בפרסלב-זלסקי פורום מחשבי העל הלאומי. במשך שלושה ימים אנשים סיפרו והראו איך הולך עם התפתחות מחשבי העל ברוסיה וכיצד טכנולוגיות שנבדקות על מחשבי על הופכות לסחורה.

המכון למערכות תוכנה RAS
(איגור שלפוטין, ויקימדיה קומונס, CC-BY)

חבר מקביל באקדמיה הרוסית למדעים סרגיי אברמוב דיבר על פרויקט "הבית הרגיש" (27 בנובמבר). בפיתוח המושג "בית חכם", הוא מציע להתבונן בציוד הביתי, לבנות ולזכור דפוסי התנהגות שלו, ללמוד מהטעויות שלו ולחזות מראש את מצבו ובעיותיו.

המכון למערכות תוכנה של האקדמיה הרוסית למדעים, בהנהגתו של סרגיי אברמוב, החל ליצור "בתים רגישים" ב-2014, כאשר הרפורמה באקדמיה למדעים חייבה להביא פרויקטים אקדמיים לשוק המסחרי. בשלב זה, ל-IPS RAS היו התפתחויות טובות ברשתות חיישנים ובקרת ציוד, והיא פיתחה טכנולוגיות ענן ולמידת מכונה.

לדברי סרגיי אברמוב, מבני מגורים ותעשייה מלאים בציוד שבו תלויה רווחת הבית והעבודה השקטה של ​​אנשים. למרות שהציוד ה"חכם" הזה מתפתח ל"בית חכם", אין לו שליטה אוטומטית. הבעלים אינם יודעים את מצב המכשירים ואינם יכולים לפקח עליהם בנוחות. כל מה שנותר הוא לטפל באופן ידני בכל התשתית, כמו טמגוצ'י ענק, לבדוק באופן קבוע ולהתאים את המכונות.

שקע רגיש מודד פרמטרים חשמליים ומדווח עליהם לשרת
("בית רגיש", ויקימדיה קומונס, CC-BY)

האם הבית החכם עובד כמו שצריך? או שהגיע הזמן להתערב? האם תהיה תאונה בקרוב? כשלעצמו, שום "בית חכם" לא פותר את הבעיה הזו; כדי לענות על שאלות כאלה, יש צורך בפיקוח וניתוח אוטומטיים. לכן, מערכת המחשוב שנוצרה במכון אוספת נתונים סטטיסטיים מחיישנים, בונה דפוסי התנהגות של מכונות ביתיות ולומדת לזהות דפוסים אלו. על ידי הבחנה בין התנהגות רגילה להתנהגות בעייתית ואיתור פעולה חריגה, בינה מלאכותית תתריע בזמן לבעל הבית על איום פוטנציאלי.

"בית רגיש" הוא "בית חכם", שאליו נוספו רגישות, יכולת למידה עצמית, יכולת צבירת דפוס התנהגות נכונה, יכולת חיזוי ותגובה.
(סרגיי אברמוב, חבר מקביל באקדמיה הרוסית למדעים)

אנחנו רגילים לאופן שבו "בית חכם" שומר על הפרמטרים שלו: טמפרטורה ותאורה מוגדרים, לחות אוויר קבועה, מתח יציב ברשת. "בית חכם" יכול לפעול לפי תסריט בהתאם לשעה ביום או לאירוע (לדוגמה, הוא יסגור ברז גז בפקודה מנתח גז). "בית רגיש" לוקח את הצעד הבא - מנתח נתונים תחושתיים ובונה תרחישים חדשים לסיווג: הכל הולך כמו פעם או שיש הפתעות. הוא מגיב לשינויים בסביבה החיצונית ומנבא כשלים אפשריים, מנחש חריגות בפעולות בו-זמניות של מכשירים שונים. "בית רגיש" עוקב אחר תוצאות עבודתו, מתריע על בעיות ומשנה את התרחיש, נותן רמזים לבעלים ומאפשר לבעלים לכבות מכשירי חשמל פגומים.

אנו פותרים את הבעיה של התנהגות לא טיפוסית של ציוד.
(סרגיי אברמוב, חבר מקביל באקדמיה הרוסית למדעים)

המערכת המוצעת מסתמכת על רשת חיישנים המספקת מדידות מבוססות זמן. לדוגמה, דוד דיזל נדלק מדי פעם ומחמם את המים, משאבת סחרור מניעה מים חמים דרך צינורות חימום, וחיישנים ראשיים מדווחים כיצד מכשירים אלו צורכים חשמל. בהתבסס על סדרה של קריאות, החיישן המשני (התוכנית) משווה אותן לפרופיל הרגיל ומאבחן כשלים. החיישן השלישוני (התוכנית) קולט את טמפרטורת האוויר החיצוני ומנבא את פעולתה העתידית של המערכת, מעריך את העומס והיעילות שלה - איך קשור חימום הדוד ומזג האוויר. אולי החלונות פתוחים והדוד מחמם את הרחוב, או אולי היעילות ירדה והגיע הזמן לתיקונים מונעים. בהתבסס על הסחף של פרמטרים נגזרים, ניתן לחזות באיזו שעה הם יעברו את הנורמה.

השקע הרגיש מורכב ממודולים-ברים נפרדים
("בית רגיש", ויקימדיה קומונס, CC-BY)

על ידי הערכת הקריאות הבו-זמניות של החיישנים, "הבית הרגיש" מסוגל להבחין שמשאבת המים אינה נכבית מכיוון שהיא מזרימה מים חזרה לבאר (דרך שסתום פגום) או ישירות על הרצפה (דרך פרץ צינור). האבחנה תהיה אמינה עוד יותר אם חיישני התנועה שותקים והמשאבה שואבת מים לבית ריק.

רשתות חיישנים נמצאות גם בבתים חכמים. תשתית ענן זמינה גם בבתים חכמים. אבל מה שאין ל"בתים חכמים" זה בינה מלאכותית, למידת מכונה, הצטברות של דפוסי התנהגות נכונה, סיווג וחיזוי.
(סרגיי אברמוב, חבר מקביל באקדמיה הרוסית למדעים)

חלק הענן של "הבית הרגיש" מבוסס על מסד הנתונים NoSQL Riak או מסד הנתונים Akumuli, שבו מאוחסנות סדרות זמן של קריאות. קבלה והנפקת נתונים נעשית בפלטפורמת Erlang/OTP, היא מאפשרת לפרוס את מסד הנתונים בצמתים רבים. מעליה נפרסת תוכנה ליישומי סלולר וממשק אינטרנט ליידע את הלקוח דרך האינטרנט והטלפון ולצידה תוכנה לניתוח נתונים ובקרת התנהגות. אתה יכול לחבר כאן כל ניתוח סדרת זמן, כולל אלה המבוססים על רשתות עצביות. כך, כל השליטה על מערכות "הבית הרגיש" ממוקמת בשכבת ניהול נפרדת. הגישה אליו ניתנת דרך חשבונך האישי בשירות הענן.

בקר רגיש אוסף אותות מחיישנים ומדחום
("בית רגיש", ויקימדיה קומונס, CC-BY)

Erlang מספק את כל היתרונות של גישה פונקציונלית. יש לו מנגנונים לפעולה מבוזרת, והדרך הקלה ביותר ליצור תוכנית מבוזרת במקביל היא להשתמש ב-Erlang. הארכיטקטורה שלנו מכילה תוכנה "חיישנים משניים"; יכולים להיות כמה מהם לכל חיישן פיזי, ואם נסכים על עשרות אלפי לקוחות עם עשרות מכשירים, נצטרך לעבד זרימה עצומה של נתונים. הם זקוקים לתהליכים קלים שניתן להפעיל במספרים עצומים. Erlang מאפשר לך להריץ עשרות אלפי תהליכים על ליבה אחת; מערכת זו מדרגת היטב.
(סרגיי אברמוב, חבר מקביל באקדמיה הרוסית למדעים)

לדברי המפתח, ל-Erlang קל לארגן צוות מגוון של מתכנתים, שבו סטודנטים ומאורגנים יוצרים מערכת אחת. חלקים בודדים של מערכת התוכנה קורסים עם שגיאה, אבל המערכת כולה ממשיכה לעבוד, מה שמאפשר לך לתקן אזורים שגויים תוך כדי תנועה.

בקר רגיש מעביר נתונים באמצעות WiFi או RS-485
("בית רגיש", ויקימדיה קומונס, CC-BY)

מערכת "בית רגיש" משתמשת בכל הטכנולוגיות בהן השתמש IPS RAS לשליטה במחשבי-על. זה כולל חיישנים אלקטרוניים, מערכות ניטור ושליטה מרחוק. נכון לעכשיו, התוכנית הרגישה פועלת על חיישנים משלה ויכולה להתחבר ללולאות של מכבי האש, אבל יש תוכנית לאסוף נתונים מהחיישנים של כל "בתים חכמים".

"בית רגיש" מעניין כי פתרונות אינטליגנטיים מורכבים לעיר, לשכונה ולבית עולים על הפרק. מה שמעניין כאן הוא לא לבנות מחשב-על, אלא לבנות קומפלקס חברתי-מחשב, להכניס מחשב-על לחיי היומיום, כך שהמכונה תשנה את חייהם של אנשים.
(אולגה קולסניצ'נקו, Ph.D., מרצה בכירה באוניברסיטת סצ'נוב)

עד אביב 2020 יכינו היזמים מערך בסיסי של תוכניות וציוד להרכבת מערכות בגדלים שונים בבניינים ובדירות. הם מבטיחים שהתוצאה תהיה קלה להתקנה, לא יותר מסובכת משואב אבק רובוטי. הערכה הבסיסית תתמוך בכל ציוד מפוקח: דודי חימום, מחממי מים, מקררים, משאבות מים ובורות ספיגה. אז יגיע תורה של מכירות בקנה מידה קטן, ואז ייצור אגדות, הוספת חיישנים ומודולים חדשים. ובעתיד אפשריים כל מיני גיוון והתאמה - חווה רגישה, בית חולים רגיש, ספינה רגישה ואפילו טנק רגיש מאוד.

טקסט: CC-BY 4.0.
דְיוֹקָן: CC-BY-SA 3.0.

מקור: www.habr.com