Een mistige voorspelling voor het industriële internet der dingen

Borden op de I-280 op het schiereiland van San Francisco noemen het de "Mooiste snelweg ter wereld". Het is het beste als de mist over de heuvels de vallei in rolt, zoals op deze foto die ik afgelopen zomer heb gemaakt.

Die mist is niet alleen mooi, het is ook de natuurlijke koelkast die verantwoordelijk is voor het beroemde perfecte weer in Californië. Wolken op de juiste plaats doen wonderen.

Wat is mist?

Dit is een perfecte analogie voor de naderende toekomst van het Industrial Internet of Things (IIoT) computing. Bij weer is mist hetzelfde als wolken, alleen dicht bij de grond. In het IoT wordt mist gedefinieerd als cloudtechnologie dicht bij de dingen. Geen van beide is een precieze term, maar het is in beide gevallen waar:wolken op de juiste plaats doen wonderen.

De belangrijkste industriële consortia, waaronder het Industrial Internet Consortium (IIC) en het OpenFog Consortium, werken er hard aan om deze toekomst beter te definiëren. Ze zijn het er allemaal over eens dat veel aspecten die het spectaculaire succes van de cloud stimuleren, verder moeten gaan dan datacenters. Ze zijn het er ook over eens dat de echte wereld ook uitdagingen bevat die niet door cloudsystemen worden aangepakt. Ze praten ook over namen en merkpositionering; zie de zijbalk voor een snelle weerkaart. Hoe dan ook, de mist, of gelaagde edge computing, is van cruciaal belang voor de werking van de industriële infrastructuur.

Misschien is de beste manier om mist te begrijpen, door echte use-cases te onderzoeken.

Voorbeeld:verbonden medische apparaten

Overweeg eerst de komende toekomst van intelligente medische systemen. Het rijprobleem is een alarmerend feit:de 3 ^e belangrijkste doodsoorzaak in de VS is ziekenhuisfout . Ondanks uitgebreide protocollen die aannames, apparaatalarmen, training over alarmmoeheid en jarenlange ervaring controleren en opnieuw controleren, is de trieste waarheid dat honderdduizenden mensen elk jaar sterven als gevolg van miscommunicatie en fouten. Het wordt steeds duidelijker dat het compenseren van menselijke fouten in zo'n complexe omgeving niet de oplossing is. De beste manier is om technologie te gebruiken om beter voor patiënten te zorgen.

De Integrated Clinical Environment-standaard is een toonaangevende inspanning om een ​​intelligent, gedistribueerd systeem te creëren voor het bewaken en verzorgen van patiënten. Het belangrijkste idee is om medische apparaten met elkaar en met een intelligente "supervisory" computerfunctie te verbinden. De supervisor fungeert als een onvermoeibaar lid van het zorgteam, controleert de status van de patiënt en waarschuwt op intelligente wijze menselijke verzorgers of neemt zelfs autonome acties wanneer er problemen zijn.

De supervisor combineert en analyseert de oximeter-, capnometer- en ademhalingsmetingen om valse alarmen te verminderen en de medicijninfusie te stoppen om overdosering te voorkomen. De DDS "databus" verbindt alle componenten met realtime betrouwbare levering.

Dit klinkt eenvoudig. Houd echter rekening met de uitdagingen in de echte wereld. Het probleem is niet alleen de intelligentie. De huidige medische apparaten communiceren helemaal niet. Ze hebben geen idee dat ze verbonden zijn met dezelfde patiënt. Er is geen voor de hand liggende manier om gegevensconsistentie, personeelscontrole of betrouwbare werking te garanderen.

Erger nog, het bovenstaande diagram is slechts één patiënt. Dat is niet de realiteit van een ziekenhuis; ze hebben honderden of duizenden bedden. Patiënten verplaatsen zich elke dag tussen kamers. De omgeving omvat een mix van bekabelde en draadloze netwerken. Het vinden en leveren van informatie binnen de behandelingskritische omgeving is een geweldige uitdaging.

Een realistische ziekenhuisomgeving omvat duizenden patiënten en honderdduizenden apparaten. Betrouwbare bewakingstechnologie moet de juiste patiënt vinden en de levering van de gegevens van die patiënt aan de juiste analyse of het juiste personeel garanderen. In de bovenstaande verbindingskaart is elke rode stip een "mistrouteringsknooppunt", dat verantwoordelijk is voor het doorgeven van de juiste gegevens naar de volgende laag.

Dit scenario legt de belangrijkste behoefte aan een gelaagd mistsysteem bloot. Complexe systemen zoals deze moeten worden opgebouwd uit hiërarchische subsystemen. Elk subsysteem deelt interne gegevens, met mogelijk complexe gegevensstromen, om zijn functies uit te voeren. Een beademingsapparaat is bijvoorbeeld een complex apparaat dat gasstromen regelt, de toestand van de patiënt bewaakt en geassisteerde ademhaling levert. Intern bevat het veel sensoren en motoren en processors die deze gegevens delen. Uiterlijk biedt het een veel eenvoudigere interface die de fysiologische toestand van de patiënt weergeeft. Elk van de honderden soorten apparaten in een ziekenhuis staat voor een vergelijkbare uitdaging. Het mistcomputersysteem moet op elk niveau in de keten de juiste informatie uitwisselen.

Merk op dat deze use case geen goede kandidaat is voor cloudgebaseerde technologie. Deze machines moeten snelle, realtime datastromen, zoals signaalgolfvormen, uitwisselen om goed beslissingen te kunnen nemen. Ook de gezondheid van de patiënt staat op het spel. Elk kritiek onderdeel heeft dus een zeer betrouwbare verbinding en zelfs een redundante implementatie voor failover nodig. Die failovers moeten binnen enkele seconden plaatsvinden. Het is niet veilig of praktisch om te vertrouwen op externe verbindingen.

Voorbeeld:autonome auto's

De ‘auto zonder bestuurder’ is de meest disruptieve innovatie in het vervoer sinds de ‘koets zonder paard’. Autonomous Drive (AD) auto's en vrachtwagens zullen het dagelijks leven en de economie veranderen op manieren die moeilijk voor te stellen zijn. Ze zullen mensen en dingen sneller, veiliger, goedkoper, verder en gemakkelijker verplaatsen dan de primitieve 'bio-drive'-auto's van de vorige eeuw. En de economische impact is verbluffend; 30% van alle banen in de VS zal eindigen of veranderen; vrachtvervoer, bezorging, verkeerscontrole, stadsvervoer, kinder- en ouderenzorg, hotels langs de weg, restaurants, verzekeringen, carrosserie, recht, onroerend goed en vrije tijd zullen nooit meer hetzelfde zijn.

Autonome autosoftware wisselt veel gegevenstypen en bronnen uit. Video- en Lidar-sensoren hebben een zeer hoog volume; feedback stuursignalen zijn snel. Infrastructuur die op betrouwbare wijze precies de juiste informatie naar precies de juiste plaatsen op het juiste moment stuurt, maakt systeemontwikkeling veel eenvoudiger. Het voertuig combineert dus de prestaties van embedded systemen met de intelligentie van de cloud...ook wel mist genoemd.

Intelligente voertuigen zijn complexe gedistribueerde systemen. Een autonome auto combineert visie, radar, lidar, naderingssensoren, GPS, kaarten, navigatie, planning en controle. Deze componenten moeten samenwerken als een betrouwbaar, veilig en beveiligd systeem dat complexe omgevingen in realtime kan analyseren en kan reageren op chaotische omgevingen. Autonomie is dus een ultieme technische uitdaging. Een autonome auto is meer een robot op wielen dan een auto. Autoverkopers staan ​​ineens voor een hele nieuwe uitdaging. Ze hebben mist nodig.

Fog integreert alle componenten in een autonoom auto-ontwerp. Elk van deze componenten is een complexe module op zich. Net als in het geval van patiëntbewaking in het ziekenhuis, is dit slechts één auto; mistrouteringsknooppunten (rood) zijn vereist om subsystemen te integreren en de auto te verbinden met een groter cloudgebaseerd systeem. Dit systeem vereist ook snelle prestaties, extreme betrouwbaarheid, integratie van vele soorten gegevensstromen en gecontroleerde module-interacties. Merk op dat cloudgebaseerde applicaties ook kritische componenten zijn. Mistsystemen moeten ook naadloos samengaan met cloudgebaseerde applicaties.

Hoe kan mist werken?

Dus, hoe kan dit allemaal werken? Ik heb een paar van de bovenstaande vereisten genoemd. Connectiviteit is misschien wel de grootste uitdaging. Technologieën van ondernemingsklasse kunnen niet de prestaties, betrouwbaarheid, redundantie en gedistribueerde schaal leveren die IIoT-systemen nodig hebben.

Het belangrijkste inzicht is dat bij systemen alles draait om de gegevens . De ondersteunende technologie is datagerichtheid.

Een datacentrisch systeem heeft geen hard-coded interacties tussen

[1] [2] 下一页