Від IoT до IoAT: «Інтернет автономних речей»

03.01.2017

Від IoT до IoAT: «Інтернет автономних речей»

В майбутньому пристрої «Інтернету автономних речей» (Internet of Autonomous Things, IoAT) зможуть використовувати технологію KEEL (knowledge-enhanced electronic logic – електронна логіка, поліпшена знаннями), т. Е. Отримувати інформацію від інших пристроїв або хмарних сервісів і брати участь в рішеннях, для яких вони ніколи не були призначені.

Наступне покоління пристроїв «Інтернету речей» (Internet of Things, IoT) буде володіти потрібною компетентністю, для того щоб забезпечувати адаптивне оперативне управління, а не тільки передачу інформації для обробки на більш високий рівень. Швидкому впровадженню цих можливостей в невеликі і недорогі пристрої сприятиме технологія KEEL. Популярна концепція «великих даних» (big data) полягає в тому, що всі пристрої виробляють інформацію, яка споживається системою більш високого рівня. Однак існує й інша точка зору.

Припустимо, що якийсь контролер управляє пристроями, багато з яких можуть взяти на себе нові обов’язки. Gartner Inc. прогнозує, що в 2016 р в світі налічуватиметься близько 6,4 млрд пристроїв, що підключаються, а до 2020 р їх кількість складе 21 млрд. Замість того щоб просто виробляти дані, ці пристрої, ймовірно, зможуть взяти на себе додаткові функції: споживати інформацію від інших пристроїв (і хмарних сервісів) і брати участь у рішеннях, для яких вони ніколи не були призначені.

Не тільки збір даних

Основна мета збору даних зазвичай полягає в прийнятті кращого рішення. Прогнози з їх використанням можуть підготувати системи до майбутнього, виявляючи зміни або здійснюючи який-небудь вид управління. Можна сказати, що дані збираються з метою управління поведінкою системи. Існує думка, що, оскільки завдання стають все більш складними, для їх обробки обов’язково потрібні високопродуктивні процесори, а для інтерпретації складних наборів даних необхідна участь людини.

Іншим поширеним думкою про великих даних є те, що велика частина обробки інформації буде здійснюватися за допомогою пошуку даних за шаблоном у великому масиві даних, зібраних протягом довгого часу. Ця точка зору заснована на тому, що ми повинні дозволити даними управляти прийняттям рішень.

Люди, деякий час спостерігають за розвитком «Інтернету речей», приходять до висновку, що в цій технології немає нічого справді нового. Розподілене управління, а також диспетчерське управління і збір даних (SCADA) використовуються в області промислової автоматизації на протязі вже багатьох років. Все почалося з «поділу часу» (англ. Timesharing) і «кластерних обчислень». Це терміни, пов’язані з розподіленими обчисленнями, які часто використовуються для визначення технології, що включає в себе отримання вхідних сигналів, обробку даних і поширення інформації, необхідної для керуючих впливів або вихідних даних. Еволюція цієї технології, яка привела до виникнення «Інтернету речей», була обумовлена ​​коммодітізаціі (перетворенням в загальнодоступний, широко поширений товар) і перерозподілом ресурсів.

Коммодітізаціі обчислювальної потужності в мікроконтролерах, пов’язана з недорогий середовищем розробки, знизила вартість обробки інформації. Це також коммодітізіровало зв’язок з орієнтованими на споживача мережами і протоколами, які забезпечили інфраструктуру для нових пристроїв, що беруть участь в більш складних застосуваннях. Крім того, пристрої на основі мікроелектромеханічних систем (МЕМС) знизили вартість датчиків і виконавчих механізмів.

Рішення по управлінню на основі хмарної технології

Рішення по управлінню на основі хмарної технології допомагають компаніям централізувати обробку інформації, що дозволяє їм управляти своїми розподіленими системами.

Однак у такій ситуації завжди є «але». Іноді трапляються неприємності. Поклавши все яйця в «хмарну кошик» у відкритій мережі, багато компаній піддають себе певному ризику. Новий ринок мережевої безпеки, дублювання каналів зв’язку і шифрування даних позначив ризики і передбачувані патчі, щоб захистити користувачів від цих проблем.

Якщо система може бути зламана, вона буде зламана. І якщо система може зламатися, вона зламається. І станеться це в самий невідповідний час.

Розглянемо таку аналогію: що якщо є ще одна Земля, «Земля 1», і на ній живе тільки одна людина? Цей єдиний людина могла б мати мільярд щупальців, пов’язаних з мільярдом інструментів. Земля 1 може діяти так само, як і Земля, можливо, навіть краще, оскільки, гіпотетично, єдиний мозок Землі 1 може краще вирішувати конфлікти між своїми щупальцями і інструментами (рис. 1). Однак якщо на Землі 1 виникнуть проблеми і деякі щупальця будуть втрачені, то і їх функціями ніхто не зможе зайнятися. І якщо Земля 1 забуде, як обробляти всю цю інформацію, вона буде мертва.

Порівняйте це з нашою Землею, населеної мільярдами людей. У кожної людини є мозок, який має свої власні датчики і виконавчі механізми. Наша Земля не залежить від будь-якого одного каналу зв’язку. Крім того, вона не залежить від однієї людини. Наша Земля виграє через те, що групи людей працюють разом і люди можуть перерозподілятися між цими групами, щоб вирішувати різні завдання. Також корисно те, що окремі люди здатні продовжувати працювати, навіть коли порушуються канали зв’язку, і вони можуть зрозуміти, що робити, якщо один з них інструментів буде зламаний або втрачений. Також люди здатні реагувати на пошкодження інших людей, а також розподіляти пріоритети: вони знають, коли потрібно вийти за рамки покладених на них завдань для вирішення більш важливого питання. Крім того, люди здатні адаптуватися до ситуації.

Іншою характеристикою людей є їх можливість відмовитися від «досвіду». Досвід – це більше, ніж здатність слідувати правилам. Досвід – це здатність до міркувань, які дозволяють людям зважувати альтернативи. Вони розуміють, коли потрібно перерозподілити увагу, якщо трапляється щось несподіване. Людські судження і міркування використовуються для вирішення більш складних взаємопов’язаних проблем, які породжують такі, що суперечать один одному цілі (т. Е. Рішення тактичних короткострокових завдань і в той же час обліку більш довгострокових стратегічних цілей).

Сучасний рівень IoT

Основний принцип сучасного етапу розвитку IoT полягає в тому, що IoT-пристрої стають джерелами інформації. Однак, можливо, периферійні пристрої також повинні розглядатися в якості споживачів інформації (використовуючи нашу людську модель). Тоді з’явиться можливість розширити роль виконавчих пристроїв і якісь речі виконувати на місці, незалежно від головного комп’ютера, обробляє інформацію.

Таким чином користувачі зможуть уникнути різних ризиків, пов’язаних із затримками передачі інформації і розподіленими обчисленнями. Спробуємо уявити, як буде відрізнятися робота пристроїв «Інтернету автономних речей» від звичайних IoT-пристроїв.

IoAT: «Інтернет автономних речей»

Оскільки зараз існує велика кількість джерел інформації, розподілених по всій Землі, можливо, незабаром відбудеться зростання в області розподілених інструментів. Досить імовірно, що будуть створені більш інтелектуальні виконавчі механізми.

Виходячи з цього можливі наступні сценарії:

  • Виконавчі механізми будуть об’єднуватися з місцевими джерелами інформації (так само, як це роблять люди). На ринку почнуть з’являтися інфраструктури для мікросетей.
  • Виконавчі механізми стануть споживачами інформації (як люди).
  • Виконавчі механізми будуть знаходити свої власні джерела інформації крім тих, які безпосередньо до них приєднані (так само, як люди збирають інформацію з найближчих джерел, а також використовують свої органи чуття для прийняття рішень і виконання дій).
  • Виконавчі механізми будуть працювати разом для вирішення завдань, якщо втратять зв’язок зі своїм керуючим пристроєм в ієрархії команд (як люди, які працюють спільно в надзвичайних ситуаціях).
  • Більш інтелектуальні автономні / напівавтономні пристрої зможуть розпізнавати незаплановані ситуації і реагувати відповідно до директив, визначеними людиною (як люди дотримуються правил взаємодії та принципам діяльності, які були визначені заздалегідь). Це дозволить пристроям вирішувати завдання, з якими вони раніше ніколи не стикалися.
  • При роботі пристроїв в команді можуть виникати проблеми під час роботи. Ці самоорганізуються пристрої будуть здатні реагувати в режимі реального часу (колективно адаптуватися), щоб змінитися і вирішити проблему.
  • Навіть коли ці IoAT-пристрої, що працюють в команді, зіткнуться з проблемами, з якими вони не можуть впоратися, вони зможуть передати актуальні дані вище за інформаційної ієрархії (якщо у них є канал зв’язку). Вони навіть зможуть використовувати свій власний вбудований досвід, щоб знайти альтернативні варіанти зв’язку.

Думайте про ці нові IoAT-пристроях як про об’єкти, які можуть працювати або незалежно один від одного, або у вигляді самоорганізованих об’єктів, що діють в команді для вирішення завдань, на які вони ніколи не були запрограмовані.

Можна припустити, що найбільшою популярністю IoAT-пристрої будуть користуватися в системах безпеки, домашньої і промислової автоматизації, охороні здоров’я, транспорті, сільському господарстві і військових цілях. Персональні, фінансові та забезпечують безпеку додатки швидше за все будуть грати в світі IoAT провідну роль у вигляді персоналізованих програмних агентів.

Що перешкоджає розвитку IoAT?

Оскільки ця технологія знаходиться на початковому етапі розвитку, їй перешкоджають деякі фактори.

Ринок хобі вибухнув з появою безпілотних літальних апаратів. Хоча багато з цих пристроїв досі мають дистанційне керування, вони також можуть мати значну обчислювальною потужністю. У безпілотника може бути GPS, датчики крену, тангажу і рискання, альтиметр, компас, відеоканал, бездротове підключення до мережі, датчик заряду акумулятора, датчики крутного моменту і логіка зворотного зв’язку двигуна. Платформи бувають різних розмірів і демонструють всю можливу продуктивність (з підключенням), доступну в комерційному просторі (т. Е. Коммодітізірованную). Таким чином, обчислювальна потужність перешкодою не є.

З тих пір як Інтернет став легко доступний, можливості підключення до нього також не є перешкодою. Безпека обміну даними через Wi-Fi і Bluetooth продовжить підвищуватися. Подальший розвиток Інтернету, цілком ймовірно, буде пов’язано з мікросетей самостійних вузлів (peer-to-peer) і двосторонніми сполуками. Споживачі і ринок хобі будуть це просувати. Також локально підключені пристрої будуть мати можливість обробляти різні структури обміну повідомленнями (двосторонні з’єднання, зв’язок між самостійними вузлами і широкомовна передача повідомлень).

Потрібно враховувати і виконавчі механізми IoAT, які стануть новим ринком для багатьох гравців. Вони будуть інструментами і «руками» (кінцевою ланкою) IoAT-пристроїв, а їх основною функцією буде реагування на загрози і поява можливостей. Спочатку вони можуть управлятися дистанційно, але врешті-решт зможуть самоорганізовуватися і діяти колективно (в команді). Вони стануть для людей помічниками, які завжди напоготові, завжди виконують свою роботу, завжди готові відповісти на нові загрози і розпізнати нові можливості.

Є і ще одна важлива перешкода – необхідність мати можливість завантажити людські навички міркувань в невеликі і недорогі IoAT-пристрої. Йдеться про досвід, подібному людському, який дозволить цим пристроям вирішувати складні проблеми, історично були під силу тільки людям.

Однак відтворювати людський мозок в цих пристроях не потрібно, все-таки це машини з обмеженим набором можливостей. Необхідно тільки, щоб вони були здатні розглянути альтернативні варіанти того, як вони можуть використовувати свої можливості в різних ситуаціях. Ми просто повинні дати їм здатність міркувати в більш абстрактній манері.

Бізнес-стимули

Місце – це все. Датчики, машини, готові пристрої – всі вони займають простір. Додаючи нові можливості в той же самий простір, користувач підвищує рівень сервісу. Компанії, які здатні забезпечити пристрою здатністю до міркувань, подібним людським, створять для себе нові можливості і зможуть використовувати їх для більш ефективної роботи. Це також може зробити підприємства більш безпечними.

В автоматизованому виробництві користувач може підвищити ефективність роботи, якщо машини зможуть контролювати і регулювати свої дії без залежності від простих, статистичних, попереджувальних і обслуговуючих процедур або операторів. Якщо машини зможуть контролювати свою навантаження, вік, знос і майбутню роботу, вони зможуть вказати диспетчеру, коли має проводитися технічне обслуговування щоб уникнути збоїв системи, або просигналізувати про потенційних значні ризики.

Розглянемо деякі бізнес-стимули для тих, хто зацікавлений у використанні IoAT-пристроїв.

  1. Нові можливості:
    скорочення помилок оператора за рахунок автоматизації;
    автоматизація прийняття рішень в областях, де робота людини неможлива (через розмір або ризику);
    надання людям можливості командувати власної «армією» пристроїв (посилення можливостей людини);
    безперервне надання даних, необхідних людям для аналізу.
  2. Забезпечення можливості програм і пристроїв до суджень і міркувань, що дозволить легше їх використовувати, навчати, перевіряти і пояснювати.
  3. Забезпечення рішення, яке може бути застосоване в дуже недорогих пристроях без значного збільшення витрат.
  4. Забезпечення більш безпечного середовища, т. Е. Виняток ризику для людей і скорочення помилок в оцінці, що виникають через людський фактор.
  5. Забезпечення на 100% зрозумілого і перевіряється поведінки:
    для забезпечення безпеки критично важливих систем;
    для розуміння користувачем причин подій;
    для того щоб користувач зміг зосередитися на створенні кращих систем.
    Ринок IoT-рішень буде продовжувати розвиватися. IoAT-пристрої будуть обробляти інформацію ближче до джерела, щоб відповісти на питання:
  • Що це означає?
  • Що можна зробити і як?
  • Хто може допомогти?
  • Кому потрібно сказати, що потрібно зробити в зв’язку з даною ситуацією (забезпечивши корисною інформацією, а не просто даними)?
  • Що ще потрібно для вирішення цієї ситуації (крім того, що може зробити окремий пристрій)?

Прийняття рішень ближче до джерела дозволить вирішити незначні проблеми до того, як вони стануть серйозними. Ця локалізована обробка інформації звільняє користувача від багатьох проблем безпеки, які можуть виникнути при централізованій обробці даних.

Постачальники IoAT-пристроїв будуть конкурувати за такими параметрами, як адаптивність і правильність прийняття рішення цими пристроями.

Інструменти і технології, які дозволять здійснити ці можливості, існують вже сьогодні. Все, що потрібно від компаній, – це рух до можливостей, що відкриваються.

 

Том Кілі (Tom Keeley), переклад Control Engineering

Статьи

29.06.2018

У 2017 р. загальний ринок віртуального робочого місця  був оцінений у 4982,4 млн. доларів. Проте, очікується, що до 2023 року він становитиме 8957,4 млн. (читать далее)

21.06.2018

Нове дослідження, проведене компанією HTF MI під назвою “Інтерактивний експертний звіт про дослідження ринку кіосків у Китаї” за 2018 рік містить поглиблену оцінку Інтерактивного (читать далее)