Inteligentny budynek - informatyczne aspekty integracji czujników i instalacji. Smart grid inteligentne sieci Stefan Kotowski Katedra Systemów Inteligentnych Polsko - Japońska Wyższa Szkoła Technik Komputerowych
Spis treści 1 Wstęp 2 3 4
Spis treści 1 Wstęp 2 3 4
Spis treści 1 Wstęp 2 3 4
Spis treści 1 Wstęp 2 3 4
Idea Wstęp Szklane domy Budynek inteligentny to bardziej idea i program Konkretne realizacje sa jedynie fragmentem tej całościwej idei
Kategorie budynków inteligentnych Budynki programowalne Realizują program zależny od sygnałów czujników. Budynki inteligentne Posiadają inteligencję - nie wymagają precyzyjnych, ręcznych przełaczeń procedur
Struktura modułowa Steruje się wybranymi pomieszczeniami lub fragmentami budynku. Pozostałe fragmenty są w stanie oczekiwania.
Building Management Systems (BMS) integrują: a) systemy bezpieczenstwa (system przeciwpożarowy, system włamaniowy, system kontroli dostępu, system wizyjny), b) teleinformatyczne systemy bezpieczeństwa (system bezpieczenstwa zasobów komputerów, system bezpieczeństwa transmisji danych, system ochrony fizycznej urządzeń teleinformatycznych), c) systemy sterujące automatyką budynku (klimatyzacja, praca wind, oświetlenie, zasilanie w media - woda, gaz, elektryczność).
Topologie okablowania sieci komputerowych gwiazda komputery sa podłaczone do jednego punktu centralnego, koncentratora (koncentrator tworzy fizyczna topologie gwiazdy, ale logiczna magistrale) lub przełacznika gwiazda rozszerzona posiada punkt centralny i punkty poboczne hierarchiczna budowa podobna do drzewa binarnego szyna (magistrala) pierscien pierscien podwójny sieć (ang. mesh) oprócz koniecznych połaczeń sieć zawiera połączenia nadmiarowe;
Elementy tworzace siec komputerowa serwer sieciowy, komputer o dużej mocy obliczeniowej, wydajny i pojemny podsystem dyskowy do przechowywania oprogramowania i danych użytkowników. uruchomia aplikacje realizujace usługi sieciowe, komputery stacje robocze, (terminale), na których instalujemy oprogramowanie sieciowe nazywane klientem. media transmisji kable miedziane, swiatłowody, fale radiowe. osprzet sieciowy karty sieciowe, modemy, routery, koncentratory, przełaczniki, punkty dostepowe. zasoby sieciowe wspólny sprzet, programy, bazy danych.
oprogramowanie sieciowe to programy komputerowe, dzieki którym możliwe jest przesyłanie informacji miedzy urządzeniami sieciowymi. podstawowe rodzaje oprogramowania o klient-serwer o host-terminal (system baza) do komputera głównego (hosta) dołaczone zostaja terminale lub komputery emulujace terminale. programy wykonywane sa na hoscie. o peer-to-peer połaczenia bezposrednie; każdy komputer w sieci ma takie same prawa i zadania. Każdy pełni funkcje klienta i serwera.
Modernizacja Wstęp System powinien umożliwiać dodawanie pomieszczeń i funkcji, eliminację usług nieaktualnych elastyczność struktury informatycznej.
Grid Wstęp System, który integruje i zarządza zasobami będącymi pod kontrolą różnych domen (od instytucji po system operacyjny) i połączonymi siecią komputerową, używa standardowych, otwartych protokołów i interfejsów ogólnego przeznaczenia (odkrywania i dostępu do zasobów, autoryzacji, uwierzytelniania) oraz dostarcza usług odpowiedniej jakości (QoS, oferuje usługi wyższego poziomu).
Grid Wstęp Architektura środowiska gridowego zdefiniowana została w standardach OGSA (ang. Open Grid Services Architecture), OGSI (ang. Open Grid System Infrastructure) oraz WSRF (ang. Web Services Resource Framework) określającym wymagania dla interfejsu sieciowego i sposób budowania oprogramowania dla środowiska z wykorzystaniem usług sieciowych. Jest to architektura zbliżona strukturą do sieci Internet. Najniższą warstwę tworzą zasoby sprzętowe organizacji (komputery, systemy przechowywania danych, sieci, klastry). Warstwa łącza definiuje protokoły komunikacji i uwierzytelniania. Kolejna warstwa określa protokoły kontroli i bezpiecznego dostępu do lokalnych zasobów sieci. Wyższa warstwa dostarczająca mechanizmy udostępniania i współdzielenia globalnych zasobów gridu.
Najwyżej znajduje się warstwa aplikacji, którą stanowią oprogramowanie użytkownika oraz portale dostępowe. Jest to właściwie jedyna warstwa widoczna dla użytkownika. Zespół wszystkich usług realizujących współpracę aplikacji w środowisku rozproszonym i umożliwiający konsolidację różnorodnych elementów sieci tworzy tzw. oprogramowanie pośredniczące. Jest to rodzaj oprogramowania pośredniczącego, stanowiący pomost umożliwiający komunikację między aplikacją użytkownika a zewnętrznymi bazami danych lub serwerami.
W środowisku sieci obliczeniowych grid kluczowym wymaganiem jest niewątpliwie bezpieczeństwo, konieczność występowania mechanizmów takich jak: autoryzacja, uwierzytelnianie, pewność dostępności oraz integralność danych. W czasie wykonywania zadań przez użytkownika najczęściej wymagana jest forma komunikacji message passing. Może być to relacja krótkotrwała lub długotrwała. Jednakże w każdej sytuacji aplikacja musi być zaprojektowana z pełną funkcjonalnością bezpieczeństwa. Wymagane jest także stworzenie wysokiego bezpieczeństwa w ramach organizacji należących do sieci obliczeniowej. System scentralizowany staje się bardzo niepraktyczny. Infrastruktura jest tak tworzona aby zezwalała na jednokrotne, wszędzie akceptowalne logowanie, które pozwala na lokalną kontrolę nad prawami dostępu w całej sieci globalnej.
Inteligentny czujnik W oprogramowaniu inteligentnego czujnika interfejs szeregowy może być wykorzystywany zarówno do celów kalibracji, jak i do wymiany danych w czasie normalnej pracy. Podstawowe wymagania stawiane przed protokołem są następujące: - możliwość prostej implementacji na mikroprocesorze, - brak interferencji z istotnymi funkcjami sensora, - możliwość dopasowania do specyfiki czujnika (odczyt danych pomiarowych i flag, zapis pamięci EEPROM, możliwość sterowania czujnikiem), - kompatybilność z istniejącymi rozwiązaniami, możliwość podłączenia do sterowników przemysłowych.
Należy bazować na rozwiązaniach przystosowanych do konkretnych sytuacji (rodzaj monitoringu, topologia terenu, szybkość wymiany danych, warunki zasilania itp.). Należy też unikać tzw. rozwiązań uniwersalnych. System musi być zaprojektowany na miarę potrzeb. Nadmiarowość funkcji (zbyt inteligentnych) często może być źródłem znacznych problemów w eksploatacji całego systemu monitoringu. Nadmiar inteligencji nie tylko samych czujników, ale także układów i systemów towarzyszących wcale nie pomaga użytkownikom, a wręcz przeciwnie może być powodem nieoczekiwanych i znacznych problemów nie tylko natury technicznej, ale także organizacyjnej i finansowej.
Można odnieść wrażenie, że tworzone liczne nowe standardy mają w zasadzie na celu zabezpieczenie interesów dużych firm w zakresie koniecznych opłat licencyjnych przy wdrażaniu nowych systemów telemetrycznych. Konstruktorzy podejmują próby tworzenia własnych rozwiązań bez formalnego wiązania się z nowo tworzonymi standardami. Rozwiązaniem kompromisowym są tzw. systemy wbudowane (embedded systems), zawierające telemetryczne moduły radiowe (tzw. transceivery) dedykowane do pracy w sieci. Sama sieć radiowa bazuje na algorytmach będących z reguły tajemnicą producenta. Użytkownik musi jedynie umiejętnie skorzystać z firmowych protokołów transmisji, aby je wkomponować do własnego projektu. Pewne ograniczenia zastosowań czujników opartych na technice radiowej wynikają z faktu postępującej ich miniaturyzacji (dotyczy to np. rozmiarów terminali łączeniowych).
Komunikacja Wstęp Standaryzacja komunikacji według przyjętych rozwiązań. Wymiana danych pomiędzy układem pomiarowym i urządzeniami wejścia/wyjścia odbywa się za pomocą transmisji równoległej albo szeregowej. Odchodzenie od stosowania interfejsu równoległego w transmisji. Jest to związane z możliwością uzyskiwania coraz większych prędkości transmisji szeregowej. Dotąd główną zaletą rozwiązań równoległych była wysoka prędkość transmisji. Poważną wadą jest jednak konieczność prowadzenia wielożyłowych przewodów pomiędzy urządzeniami oraz ograniczony zasięg komunikacji, a wobec nowych wymagań (m.in. sieciowej transmisji bezprzewodowej) zasadniczą rolę spełniają interfejsy szeregowe.
i Wstęp linearyzacja charakterystyk przetwarzania detekcja błędów i diagnostyka, m.in. wskutek wpływu dryftu termicznego i długoterminowego, dwustronne komunikowanie się z innymi urządzeniami w sieci, autotest i autokalibracja możliwość zdalnej obsługi wielu czujników, rejestracja i analiza danych pomiarowych wykorzystując wbudowaną pamięć i mikrokontroler oraz komunikację sieciową, zdolność uczenia się i samodzielnego podejmowania decyzji, np. wyznaczanie zakresu pomiarowego.
Systemy wieloagentowe Systemy wieloagentowe stosowane są przede wszystkim tam, gdzie istnieje potrzeba, ze względów ekonomicznych lub bezpieczeństwa, zredukowania zasobów ludzkich i zastąpienia ich automatami. Systemy, w których wzajemne interakcje podyktowane są zrealizowaniem wspólnego celu, tzn. agenci wspólpracują, aby osiągnąć jeden cel, będący poza zasięgiem każdego z nich. Grupy agentów realizujących swoje indywidualne, czasami sprzeczne cele. Zachowanie agentó przypomina grę. W obu grupach nacisk kładzie się na zdefiniowanie zasad współdziałania, kooperacji i koordynacji agentów, określenie protokołów komunikacji, negocjacji i osiągania kompromisów.
Algorytmy ewolucyjne Algorytmy genetyczne Algorytmy ewolucyjne Programowanie genetyczne Algorytmy immunologiczne
Uczenie maszynowe Uczenie ze wzmocnieniem Uczenie pod nadzorem Klasyfikacja zachowań
Pomoc niepełnosprawnym Systemy inteligentne moga pozwolic na samodzielne funkcjonowanie ludziom chorym, niepełnosprawnym. Mogą byc wykorzystywane do ich rechabilitacji.