В останній тиждень листопада у Переславлі-Заліському пройшов Національний Суперкомп'ютерний Форум. Три дні люди розповідали і показували, як справи з розробкою суперкомп'ютерів у Росії і як технології, обкатані на суперкомп'ютерах, перетворюються на товари.
Член-кореспондент РАН Сергій Абрамов розповів про проект «Чуйний дім» (27 листопада). Розвиваючи поняття «розумного будинку», він пропонує спостерігати за домашнім обладнанням, будувати та запам'ятовувати шаблони його поведінки, вчитися на його помилках, заздалегідь передбачати його стан та проблеми.
Створенням «чулих будинків» Інститут програмних систем РАН під керівництвом Сергія Абрамова зайнявся 2014 року, коли реформа Академії наук вимагала вивести академічні проекти на комерційний ринок. До цього часу ІПС РАН мав у своєму розпорядженні хороші розробки з сенсорних мереж та контролю за обладнанням, розвивав хмарні технології та машинне навчання.
За словами Сергія Абрамова, житлові та промислові будівлі наповнені обладнанням, від якого залежить добробут житла та спокійна робота людей. Хоча це «розумне» обладнання складається в «розумний дім», проте за ним немає автоматичного контролю. Власники не знають про стан пристроїв, що не можуть зручно стежити за ними. Залишається вручну доглядати всю інфраструктуру, немов за величезним тамагочі, регулярно перевіряючи і налаштовуючи машини.
Чи правильно працює «розумний дім»? Чи настав час втрутитися? Чи скоро буде аварія? Саме собою ніякий «розумний будинок» цю проблему не вирішує, для відповіді на такі питання потрібен автоматичний нагляд та аналіз. Тому комп'ютерна система, створена Інституті, збирає статистику з датчиків, будує шаблони поведінки побутових машин і вчиться розпізнавати ці шаблони. Відрізняючи нормальну поведінку від проблемної та виявивши ненормальну роботу, штучний інтелект вчасно попередить домовласника про потенційну загрозу.
Чуйний будинок - це розумний будинок, до якого додано чуйність, здатність до самонавчання, здатність накопичувати шаблон справної поведінки, здатність до прогнозу і реакції.
(Сергій Абрамов, член-кореспондент РАН)
Ми звикли до того, як «розумний будинок» підтримує свої параметри: задану температуру та освітленість, постійну вологість повітря, стабільну напругу електромережі. "Розумний дім" може працювати за сценарієм залежно від часу доби або від події (наприклад, закриє газовий кран за командою газоаналізатора). Чуйний дім робить наступний крок - аналізує сенсорні дані і будує нові сценарії для класифікації: все йде, як і раніше, або є несподіванки. Він реагує на зміну довкілля та прогнозує можливі збої, вгадуючи аномалії в одночасних діях різних пристроїв. Чуйний будинок стежить за результатом своєї роботи, попереджає про проблеми і змінює сценарій, підказуючи власнику і дозволяючи відключити несправні прилади.
Ми вирішуємо проблему атипової поведінки обладнання.
(Сергій Абрамов, член-кореспондент РАН)
Запропонована система спирається на сенсорну мережу, яка видає вимірювання з прив'язкою до часу. Наприклад, дизельний котел епізодично вмикається та підігріває воду, циркуляційний насос ганяє гарячу воду по трубах опалення, а первинні датчики повідомляють про те, як ці пристрої споживають електрику. Спираючись на серію показань, вторинний сенсор (програма) порівнює їх із нормальним профілем і діагностує збої. Третій сенсор (програма) отримує температуру вуличного повітря і передбачає майбутню роботу системи, оцінює її завантаженість та ефективність - як співвідносяться нагрівання котла та погода. Можливо, відчинені вікна і котел гріє вулицю, а може, впав ККД і підходить час профілактичного ремонту. По дрейфу похідних властивостей можна передбачити, коли вони вийдуть із норми.
Оцінивши одночасні показання датчиків, «чуйний будинок» здатний помітити, що водяна помпа не відключається, тому що переливає воду назад у колодязь (через несправний клапан) або прямо на підлогу (через трубу, що лопнула). Ще вірогіднішим буде діагноз, якщо датчики руху мовчать і помпа качає воду в порожній будинок.
Сенсорні мережі є й у «розумних будинках». Хмарна інфраструктура є і в «розумних будинках». Але чого немає в «розумних будинках» — це штучний інтелект, машинне навчання, накопичення шаблонів справної поведінки, класифікація та прогноз.
(Сергій Абрамов, член-кореспондент РАН)
В основі хмарної частини «чуйного будинку» лежить NoSQL база даних Riak або база даних Akumuli, де зберігаються ряди тимчасових показань. Прийом та видача даних зроблено на платформі Erlang/OTP, вона дозволяє розгорнути базу на багатьох вузлах. Над нею розгорнуто програму для мобільних додатків та web-інтерфейсу, щоб інформувати замовника по інтернету та телефону, а поряд — програму для аналізу даних та поведінкового контролю. Сюди можна підключити будь-який аналіз часових рядів, зокрема з урахуванням нейронних мереж. Таким чином весь контроль за системами «чуйного будинку» винесений в окремий шар управління. Доступ до нього забезпечений через власний кабінет у хмарному сервісі.
Мова Erlang дає всі переваги функціонального підходу. У ньому є механізми розподіленої роботи, і найпростіший спосіб зробити паралельну розподілену програму – це використовувати Erlang. У нашій архітектурі закладені програмні «вторинні сенсори», їх може бути дещо на один фізичний сенсор, і якщо ми розраховуємо на десятки тисяч клієнтів з десятками пристроїв, нам доведеться обробити величезний потік даних. Там потрібні легковагові процеси, які можна запустити у величезній кількості. На одному ядрі Erlang дозволяє запустити десятки тисяч процесів, система добре масштабується.
(Сергій Абрамов, член-кореспондент РАН)
За словами розробника, на Erlang легко організувати різнорідну команду програмістів, у якій студенти та корифеї створюють одну систему. Окремі фрагменти програмної системи падають помилково, але вся вона продовжує роботу, що дозволяє виправити помилкові місця на льоту.
Система «чуйний дім» використовує всі технології, які ІПС РАН застосовував для керування суперкомп'ютерами. Сюди входять електронні сенсори, системи моніторингу та віддаленого керування. Нині чуйна програма працює на власних датчиках і вміє підключатися до шлейфів пожежної охорони, проте є план збирати дані від сенсорів будь-яких «розумних будинків».
Чуйний будинок цікавий тим, що на передній край виходять комплексні інтелектуальні рішення для міста, кварталу та будинку. Тут цікаво не будувати суперкомп'ютер, а конструювати соціально-комп'ютерний комплекс, вводячи суперкомп'ютер у побут, щоб машина змінювала життя людей.
(Ольга Колесніченка, к. м. н., старший викладач Сеченівського університету)
До весни 2020 року розробники підготують базовий комплект програм та обладнання, щоб збирати системи різного масштабу у будинках та квартирах. Обіцяють, що результат вийде легким у налаштуванні, не складніший за робота-пилососа. Базовий комплект підтримуватиме будь-яке піднаглядове обладнання: опалювальні котли, нагрівачі води, холодильники, водяні помпи та септики. Потім настане черга малосерійного продажу, потім fabless виробництво, доповнення новими сенсорами та модулями. А в перспективі можлива різна диверсифікація та адаптація — чуйна ферма, чуйна лікарня, чуйний корабель і навіть дуже чуйний танк.
Текст:
Портрет:
Джерело: habr.com