”Умная пыль” готова революционизировать системы мониторинга и контроля

🕛 29.07.2008, 00:53

Чтобы сделать здание по-настоящему "умным", нужно научить его собирать информацию о физическом мире. Развертывание широкой, повсеместно доступной сети датчиков оказалось, однако, нелегкой задачей. Сегодня на рынке можно найти мини-сенсоры самых разных типов, но как подключить их в единую сеть? Подключение сотен тысяч датчиков, установленных в стенах, на потолках, в окнах, на столах, в пропусках, то есть повсюду на территории офиса, цеха и на открытой местности, через стандартные проводные сети и сети Wi-Fi оказалось слишком сложным и дорогостоящим. В качестве альтернативы на протяжении ряда лет ученые разрабатывали новые типы маломощных, узкополосных беспроводных mesh-сетей, но создание этих технологий уперлось в проблему надежности. Тем не менее, современные технологии готовы революционизировать методы мониторинга, позволяющие "умному зданию" собирать информацию о том, что происходит в его стенах. Одним из ведущих исследователей в данной области считается Крис Пистер (Kris Pister), профессор электромеханики из калифорнийского университета Беркли и главный технический директор компании Dust Networks, которую он основал в 2002 году. Боле десяти лет назад Пистер помог разработать концепцию "умной пыли" (smart dust), которая подразумевает развертывание сети из тысяч беспроводных "датчиков-пылинок". Сегодня площадь "пылинки" составляет около 12 кв. мм, а в будущем она должна сократиться до размера булавочной головки. Каждая "пылинка" может работать в автономном режиме от микробатарейки в течение примерно 10 лет. Идея состоит в том, чтобы усеять микродатчиками здания, квартиры, предприятия или разбросать их на поле либо в лесу, а затем собирать с них информацию с помощью общей системы мониторинга. Разработчики этой технологии столкнулись, однако, с проблемой распространения маломощных радиоволн, которым трудно преодолеть физические преграды вроде бетонных стен и металлических трубов. К тому же слабые сигналы микродатчиков легко заглушались электромагнитными помехами, и в результате эффективность "умной пыли" резко падала. По словам Криса Пистера, на решение этих проблем он потратил целых пять лет. За это время он постарался сделать беспроводные сенсорные сети простыми в использовании и обеспечить их надежную работу в любой среде. Он утверждает, что после многочисленных экспериментов и полевых испытаний "умная пыль" стала такой же надежной, как обычные проводные сети, причем стоимость ее развертывания и технической поддержки намного ниже, чем у традиционных сетевых инфраструктур. Пистер отмечает, что решить проблему надежности удалось с помощью коротких цифровых сообщений, передаваемых в разное время на разных частотах по разным направлениям. Если на каком-то участке сигнал блокировался, то на других его передача осуществлялась без помех. Вначале предполагалось продавать новые системы компаниям, занимающимся промышленной автоматизацией, для облегчения задач мониторинга трубопроводов, кранов, клапанов и емкостей на нефте- и газоперерабатывающих заводах и других промышленных предприятиях со сложной рабочей средой. В ходе испытаний, утверждает Крис Пистер, "умная пыль" показала очень высокую надежность, и результате многие поставщики систем промышленной автоматизации, включая лидеров этого рынка - компании Emerson и General Electric, стали пользоваться продуктами Dust Networks. Изначально компания Dust Networks ориентировалась на системы промышленной автоматизации, но "умную пыль" можно использовать и для повышения эффективности эксплуатации зданий. По словам Пистера, беспроводная технология Dust Networks может поддержать работу практически любого микросенсора. Так, например, владелец здания может развернуть целую сеть "умных датчиков" для системы отопления в каждом офисе, чтобы не полагаться на данные одного-единственного термостата. Матрица микроустройств может отслеживать уровень солнечной освещенности в любой комнате и передавать данные на пульт управления, чтобы по мере необходимости увеличивать или уменьшать мощность искусственного освещения. Кроме того, "умная пыль" может определить, кто находится в том или ином помещении, считывая информацию с электронных пропусков. Вводя данные в системы жизнеобеспечения: отопления, кондиционирования, освещения и т.п., - мы можем автоматически включать необходимые устройства там, где это необходимо. Поставщики технологий, говорится в статье, недавно опубликованной в "Нью-Йорк таймс", разрабатывают беспроводные микросенсоры для "умных ковров" и прочих устройств, позволяющих врачам и родственникам в удаленном режиме следить за состоянием пожилых людей. Крис Пистер ожидает, что технология "умной пыли" станет одной из наиболее распространенных, если беспроводные сенсорные сети найдут широкое применение в быту, медицине и в "умных зданиях". Сегодня каждый "датчик-пылинка" стоит 10-100 долларов, но Пистер считает, что их стоимость будет быстро снижаться. По его словам, Dust Networks использует коммуникационный протокол, "весьма схожий с IP", но немного отличающийся от него. В настоящее время компания сотрудничает с главным стандартообразующим органом Интернета - IETF - и вместе с ним разрабатывает IP-стандарт для беспроводных сенсорных сетей. В этом их активно поддерживает компания Cisco. Кроме того, Cisco сотрудничает с Dust Networks и другими компаниями в деле разработки полномасштабных беспроводных сетевых систем для промышленного производства. Сегодня беспроводные датчики Dust Networks легко связываются с интернет-сетями через специальные шлюзы. Данные, собираемые "пылинками", преобразуются с помощью привычного интернет-протокола XML. Хотя беспроводные сенсорные системы переживают ранний этап своего развития, "умная пыль" уже с успехом используется многими компаниями. Технологию Dust Networks взяли на вооружение такие гиганты бизнеса, как Shell Oil, British Petroleum, PPG Industries, K-V Pharmaceutical, пивная корпорация Anheuser-Busch.