Sensorfusie biedt meerdere voordelen

Sensorfusie is een hot topic, dat samenvalt met groeitrends voor het internet der dingen en vooral in verband met autonome voertuigen en geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS). Het concept zelf is niet nieuw; een zoekopdracht op Google Scholar identificeert concepten die dateren uit de jaren zestig en eerder. Maar tegenwoordig is er een groeiend aantal kennis over welke sensoringangen een systeem moet samensmelten en hoe het resulterende inzicht kan worden toegepast. Hoeveel voldoende is, hangt af van de toepassing en de kosten/risicovoordelen.

Hoeveel sensorfusie voldoende is, hangt af van de toepassing en de kosten/risicovoordelen (Afbeelding:SAR Insight and Consulting)

Sensorfusie is belangrijker dan ooit, aangezien het voortbestaan ​​van individuele boosdoeners en staatsinlichtingendiensten overal een groeiende bedreiging vormt voor autonome systemen. Terwijl een groot deel van de politieke wereld zich zorgen maakt over mogelijke informatiebeveiligingsrisico's in 5G-netwerken, ontstaat een groter risico door malware-aanvallen die eigenaren van autonome systemen kunnen verstoren en afpersen. Systeemarchitecten mogen deze risico's niet onderschatten en moeten de fouten van auto- en luchtvaartfabrikanten vermijden. Ford Motor schatte de waarde van een mensenleven op 200.000 dollar - minder duur dan het brandstofontwerp van de Pinto-sedan (1971-1980) te repareren. Daar dachten letselschadeadvocaten en procesjury's echter anders over. Het huidige weeverhaal is van Boeing, dat kritieke sensorfusie en redundantie voor zijn 737 MAX-jet beschikbaar maakte tegen een extra vergoeding. Als gevolg hiervan lijden Boeing en zijn toeleveringsketen onder de huidige kwelling, waarvan het einde jaren kan duren.

Ten slotte zijn de economische en gezondheidsvoordelen van systemen die sensorfusie bevorderen voor menselijke activiteit en industriële toepassingen nu duidelijk.

Fouttolerantie en veerkracht

Alle sensoren en modellen hebben een tolerantiefout, en het gebruik van meerdere sensoren die dezelfde hoeveelheid meten, kan de betrouwbaarheid verhogen en weerstand bieden tegen storingen die anders rampzalig zouden kunnen zijn. Redundantie voegt kosten en complexiteit toe, maar zoals de voorbeelden van Boeing en Ford laten zien, kan een kortzichtige beslissing die leidt tot een enkel storingspunt catastrofaal zijn.

Aanvalsweerstand

Hackers met malware zullen manieren vinden om sensorgebaseerde systemen aan te vallen, maar de juiste datafusie- en beveiligingsprotocollen, waaronder kunstmatige intelligentie, kunnen een robuuste werking garanderen bij dergelijke aanvallen. Eén aanvalsmiddel injecteert valse signalen naar de ingangssensoren; deze signalen worden niet verzacht met gewone digitale beveiliging omdat ze in het analoge domein voorkomen. Deze aanvalsoppervlakken kunnen zijn:

• signaalvervalsing (LiDAR en camera's);
• signaalonderdrukking en interferentie (ABS magnetische sensoren, vernielde verkeersborden); en
• zijlekkage (geïmplanteerde malware die sensoren gebruikt om gevoelige informatie te verzamelen).

Meerdere-sensor voor menselijke activiteit

Het interpreteren en monitoren van menselijke activiteit met meerdere sensorfusies zal betere gezondheidsresultaten en lagere kosten opleveren naarmate de bevolking ouder wordt. Toepassingen van draagbare en omgevingssensorfusie voor menselijke activiteit omvatten ouderenzorg en begeleid wonen, valdetectie en houdingsherkenning, beveiliging en bewaking, status van atleten en eerstehulpverleners, en lokalisatie- en navigatiehulp voor gehandicapten.

Gegevensfusie in het netwerk

Datafusie en analyse vonden historisch plaats op een computer of in een datacenter (de cloud). De miniaturisering en kostenreductie van detectietechnologie maakt sensorfusie (en kunstmatige intelligentie/machine learning) op edge-device-niveau mogelijk. In de toekomst zullen hybride netwerkarchitecturen sensordatafusie en -analyse op drie lagen uitvoeren:

• Gegevensfusie op laag niveau zal plaatsvinden op slimme apparaten of de gateways die meerdere sensoringangen samenvoegen.
• Gegevensfusie op middelhoog niveau ondersteunt intensievere analyse en gegevensfusie met een breder scala aan apparaten en wordt geassocieerd met een hubgateway en edge computing.
• Gegevensfusie op hoog niveau vindt plaats in een datacenter of de cloud om het hoogste perspectief van het beheerde systeem van edge-apparaten te bieden.

Lagere bedrijfskosten

Sensorfusie zal de bedrijfskosten verlagen door het bereik en de toepassing van apparaten zoals onbemande luchtvaartuigen (UAV's) en robotica met autonome functies uit te breiden. Besparingen zullen er ook toe leiden dat sensorfusie externe operators meer laat doen, of vanuit goedkope arbeidscentra. Toepassingen zijn onder meer het automatisch vermijden van botsingen voor inspectiedrones en tussenkomst van de bestuurder op afstand voor voornamelijk autonome transportsystemen.

Trends

Verwacht aanhoudende miniaturisatie en kostenreductie in sensoren, computers en connectiviteit, aangezien consumerization wortel schiet in het industriële en IoT-ecosysteem. CES 2020-demonstraties waren onder meer MEMS-sensorinnovatie, zoals de miniaturisatie van LiDAR-spiegels die gunstig zijn voor auto's en intelligente transportsystemen.

De go-to-methode voor sensorfusie is een klasse van computeralgoritmen die bekend staat als een Kalman-filter, die de vorige en huidige toestanden van een systeem modelleert met continue meting en voorspelling. Injectie van valse signalen in zeer complexe systemen via de sensoringangen zal systeemarchitecten ertoe brengen machine learning en neurale netwerken te implementeren voor beveiliging en gegevensfusie.

Sensorfusie verhoogt de systeemintegriteit, betrouwbaarheid en robuustheid voor normaal gebruik en biedt extra voordelen tegen sensornetwerkaanvallen die afkomstig zijn van het analoge domein. Door sensorfusie zorgvuldig in hun systemen te implementeren, kunnen ontwerpers en architecten het risico verkleinen van storingen of kwaadwillende acties die schade aan mensen, eigendommen of economische welvaart kunnen veroorzaken.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times Europe.