Eine neblige Prognose für das industrielle Internet der Dinge

Schilder auf der I-280 auf der Halbinsel von San Francisco sagen aus, dass sie der "schönste Freeway der Welt" ist. Am besten ist es, wenn der Nebel über die Hügel ins Tal rollt, wie auf diesem Foto, das ich letzten Sommer gemacht habe.

Dieser Nebel ist nicht nur hübsch, er ist auch der natürliche Kühlschrank, der für Kaliforniens berühmtes perfektes Wetter verantwortlich ist. Wolken an der richtigen Stelle wirken Wunder.

Was ist Nebel?

Dies ist eine perfekte Analogie für die bevorstehende Zukunft des Industrial Internet of Things (IIoT) Computing. Bei Wetter ist Nebel dasselbe wie Wolken, nur in Bodennähe. Im IoT wird Fog als Cloud-Technologie in der Nähe der Dinge definiert. Beides ist kein genauer Begriff, aber es stimmt in beiden Fällen:Wolken an der richtigen Stelle wirken Wunder.

Die großen Industriekonsortien, darunter das Industrial Internet Consortium (IIC) und das OpenFog Consortium, arbeiten hart daran, diese Zukunft besser zu definieren. Alle sind sich einig, dass viele Aspekte, die den spektakulären Erfolg der Cloud ausmachen, über Rechenzentren hinausgehen müssen. Sie sind sich auch einig, dass die reale Welt auch Herausforderungen enthält, die von Cloud-Systemen nicht bewältigt werden. Sie schwören auch auf Namen und Markenpositionierung; In der Seitenleiste finden Sie eine schnelle Wetterkarte. Wie auch immer, der Nebel oder Layered Edge Computing ist für den Betrieb der industriellen Infrastruktur von entscheidender Bedeutung.

Der vielleicht beste Weg, Nebel zu verstehen, besteht darin, echte Anwendungsfälle zu untersuchen.

Beispiel:Angeschlossene Medizinprodukte

Betrachten Sie zunächst die kommende Zukunft intelligenter medizinischer Systeme. Das Fahrproblem ist alarmierend:der 3. ^. Die häufigste Todesursache in den USA istKrankenhausfehler . Trotz umfangreicher Protokolle, die Annahmen, Gerätealarme, Schulungen zu Alarmmüdigkeit und jahrelanger Erfahrung überprüfen und erneut überprüfen, ist die traurige Wahrheit, dass jedes Jahr Hunderttausende von Menschen aufgrund von Missverständnissen und Fehlern sterben. Es wird immer deutlicher, dass der Ausgleich menschlicher Fehler in einer so komplexen Umgebung nicht die Lösung ist. Der beste Weg ist der Einsatz von Technologie, um Patienten besser zu versorgen.

Der Standard für die integrierte klinische Umgebung ist ein führendes Bemühen, ein intelligentes, verteiltes System zur Überwachung und Pflege von Patienten zu schaffen. Die Kernidee besteht darin, medizinische Geräte untereinander und mit einer intelligenten „überwachenden“ Rechenfunktion zu verbinden. Der Supervisor agiert wie ein unermüdliches Mitglied des Pflegeteams, überprüft den Patientenstatus und alarmiert intelligent menschliche Pfleger oder ergreift sogar autonome Maßnahmen, wenn es Probleme gibt.

Der Supervisor kombiniert und analysiert die Messwerte von Oximeter, Kapnometer und Beatmungsgerät, um Fehlalarme zu reduzieren und die Medikamenteninfusion zu stoppen, um eine Überdosierung zu verhindern. Der DDS „Datenbus“ verbindet alle Komponenten mit zuverlässiger Echtzeit-Lieferung.

Das klingt einfach. Bedenken Sie jedoch die realen Herausforderungen. Das Problem ist nicht nur die Intelligenz. Aktuelle medizinische Geräte kommunizieren überhaupt nicht. Sie haben keine Ahnung, dass sie mit demselben Patienten verbunden sind. Es gibt keine offensichtliche Möglichkeit, Datenkonsistenz, Personalüberwachung oder zuverlässigen Betrieb sicherzustellen.

Schlimmer noch, das obige Diagramm ist nur ein Patient. Das ist nicht die Realität eines Krankenhauses; sie haben Hunderte oder Tausende von Betten. Patienten wechseln täglich zwischen den Zimmern. Die Umgebung umfasst eine Mischung aus drahtgebundenen und drahtlosen Netzwerken. Das Auffinden und Bereitstellen von Informationen in einem behandlungskritischen Umfeld ist eine großartige Herausforderung.

Eine realistische Krankenhausumgebung umfasst Tausende von Patienten und Hunderttausende von Geräten. Zuverlässige Überwachungstechnologie muss den richtigen Patienten finden und die Übermittlung der Patientendaten an die richtige Analyse oder das richtige Personal gewährleisten. In der Konnektivitätskarte oben ist jeder rote Punkt ein „Nebel-Routing-Knoten“, der dafür verantwortlich ist, die richtigen Daten an die nächste Schicht weiterzugeben.

Dieses Szenario enthüllt den Schlüsselbedarf für ein geschichtetes Nebelsystem. Komplexe Systeme wie dieses müssen aus hierarchischen Subsystemen aufbauen. Jedes Subsystem teilt interne Daten mit möglicherweise komplexem Datenfluss, um seine Funktionen auszuführen. Ein Beatmungsgerät ist beispielsweise ein komplexes Gerät, das den Gasfluss steuert, den Patientenzustand überwacht und eine unterstützte Atmung liefert. Intern enthält es viele Sensoren und Motoren und Prozessoren, die diese Daten teilen. Äußerlich stellt es eine viel einfachere Schnittstelle dar, die den physiologischen Zustand des Patienten vermittelt. Jeder der Hunderten von Gerätetypen in einem Krankenhaus steht vor einer ähnlichen Herausforderung. Das Fog-Computing-System muss auf jeder Ebene die richtigen Informationen in der Kette austauschen.

Beachten Sie, dass dieser Anwendungsfall kein guter Kandidat für Cloud-basierte Technologie ist. Diese Maschinen müssen schnelle Echtzeit-Datenflüsse wie Signalwellenformen austauschen, um richtige Entscheidungen zu treffen. Außerdem steht die Gesundheit der Patienten auf dem Spiel. Daher benötigt jede kritische Komponente eine sehr zuverlässige Verbindung und sogar eine redundante Implementierung für das Failover. Diese Failover müssen innerhalb von Sekunden erfolgen. Es ist weder sicher noch praktisch, sich auf Remoteverbindungen zu verlassen.

Beispiel:Autonome Autos

Das „fahrerlose Auto“ ist die disruptivste Innovation im Transportwesen seit der „pferdelosen Kutsche“. Autonomous Drive (AD) Autos und Lastwagen werden das tägliche Leben und die Wirtschaft auf unvorstellbare Weise verändern. Sie werden Menschen und Dinge schneller, sicherer, billiger, weiter und einfacher bewegen als die primitiven Autos mit Bioantrieb des letzten Jahrhunderts. Und die wirtschaftlichen Auswirkungen sind atemberaubend; 30% aller US-Jobs werden enden oder sich ändern; LKW-Transport, Lieferung, Verkehrskontrolle, Stadtverkehr, Kinder- und Seniorenbetreuung, Straßenhotels, Restaurants, Versicherungen, Karosserien, Recht, Immobilien und Freizeit werden nie wieder dasselbe sein.

Autonome Autosoftware tauscht viele Datentypen und Quellen aus. Video- und Lidar-Sensoren haben ein sehr hohes Volumen; Feedback-Steuersignale sind schnell. Eine Infrastruktur, die zuverlässig genau die richtigen Informationen zur richtigen Zeit an genau die richtigen Stellen sendet, erleichtert die Systementwicklung erheblich. Das Fahrzeug kombiniert somit die Leistung eingebetteter Systeme mit der Intelligenz der Cloud…auch bekannt als Nebel.

Intelligente Fahrzeuge sind komplexe verteilte Systeme. Ein autonomes Auto kombiniert Vision, Radar, Lidar, Näherungssensoren, GPS, Kartierung, Navigation, Planung und Steuerung. Diese Komponenten müssen als zuverlässiges, sicheres System zusammenarbeiten, das komplexe Umgebungen in Echtzeit analysieren und auf chaotische Umgebungen reagieren kann. Autonomie ist somit eine höchste technische Herausforderung. Ein autonomes Auto ist eher ein Roboter auf Rädern als ein Auto. Automobilhersteller stehen plötzlich vor einer ganz neuen Herausforderung. Sie brauchen Nebel.

Fog integriert alle Komponenten in ein autonomes Autodesign. Jede dieser Komponenten ist ein komplexes Modul für sich. Wie im Fall der Patientenüberwachung im Krankenhaus ist dies nur ein Auto; Nebel-Routing-Knoten (rot) werden benötigt, um Subsysteme zu integrieren und das Auto in ein größeres Cloud-basiertes System einzubinden. Dieses System erfordert auch eine schnelle Leistung, extreme Zuverlässigkeit, die Integration vieler Arten von Datenflüssen und kontrollierte Modulinteraktionen. Beachten Sie, dass Cloud-basierte Anwendungen ebenfalls kritische Komponenten sind. Nebelsysteme müssen auch nahtlos mit Cloud-basierten Anwendungen verschmelzen.

Wie kann Nebel funktionieren?

Also, wie kann das alles funktionieren? Ich habe oben auf einige der Anforderungen hingewiesen. Konnektivität ist vielleicht die größte Herausforderung. Technologien der Enterprise-Klasse können nicht die Leistung, Zuverlässigkeit, Redundanz und verteilte Skalierbarkeit bieten, die IIoT-Syst

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