Un pronóstico brumoso para la Internet industrial de las cosas

Las señales en la I-280 en la península de San Francisco la proclaman como la "Autopista más hermosa del mundo". Es mejor cuando la niebla se extiende sobre las colinas hacia el valle, como en esta foto que tomé el verano pasado.

Esa niebla no solo es bonita, también es el refrigerador natural responsable del famoso clima perfecto de California. Las nubes en el lugar correcto hacen maravillas.

¿Qué es la niebla?

Esta es una analogía perfecta para el futuro inminente de la informática industrial del Internet de las cosas (IIoT). En el clima, la niebla es lo mismo que las nubes, solo que cerca del suelo. En el IoT, la niebla se define como tecnología en la nube cercana a las cosas. Ninguno de los dos es un término preciso, pero es cierto en ambos casos:las nubes en el lugar correcto hacen maravillas.

Los principales consorcios de la industria, incluido el Industrial Internet Consortium (IIC) y el OpenFog Consortium, están trabajando arduamente para definir mejor este futuro. Todos coinciden en que muchos aspectos que impulsan el éxito espectacular de la nube deben extenderse más allá de los centros de datos. También están de acuerdo en que el mundo real también contiene desafíos que los sistemas en la nube no manejan. También charlan sobre nombres y posicionamiento de marcas; consulte la barra lateral para obtener un mapa meteorológico rápido. Sea como sea, la niebla, o la computación de borde en capas, es fundamental para el funcionamiento de la infraestructura industrial.

Quizás la mejor manera de entender la niebla es examinar casos de uso reales.

Ejemplo:dispositivos médicos conectados

Considere primero el futuro que se avecina de los sistemas médicos inteligentes. El problema de la conducción es un hecho alarmante:el 3 ^rd La principal causa de muerte en los EE. UU. es error hospitalario . A pesar de los extensos protocolos que verifican y vuelven a verificar suposiciones, alarmas de dispositivos, capacitación sobre fatiga de alarmas y años de experiencia, la triste verdad es que cientos de miles de personas mueren cada año debido a errores de comunicación y errores. Cada vez es más evidente que compensar el error humano en un entorno tan complejo no es la solución. El mejor camino es utilizar la tecnología para cuidar mejor a los pacientes.

El estándar Integrated Clinical Environment es un esfuerzo líder para crear un sistema inteligente y distribuido para monitorear y cuidar a los pacientes. La idea clave es conectar los dispositivos médicos entre sí y con una función informática de "supervisión" inteligente. El supervisor actúa como un miembro incansable del equipo de atención, verificando el estado del paciente y alertando inteligentemente a los cuidadores humanos o incluso tomando acciones autónomas cuando hay problemas.

El supervisor combina y analiza las lecturas del oxímetro, capnómetro y respirador para reducir las falsas alarmas y detener la infusión de medicamentos para evitar una sobredosis. El "bus de datos" DDS conecta todos los componentes con una entrega confiable en tiempo real.

Suena sencillo. Sin embargo, considere los desafíos del mundo real. El problema no es solo la inteligencia. Los dispositivos médicos actuales no se comunican en absoluto. No tienen idea de que están conectados con el mismo paciente. No existe una forma obvia de garantizar la coherencia de los datos, la supervisión del personal o un funcionamiento fiable.

Peor aún, el diagrama anterior es solo un paciente. Esa no es la realidad de un hospital; tienen cientos o miles de camas. Los pacientes se mueven de una habitación a otra todos los días. El entorno incluye una combinación de redes cableadas e inalámbricas. Encontrar y entregar información dentro del entorno crítico para el tratamiento es un gran desafío.

Un entorno hospitalario realista incluye miles de pacientes y cientos de miles de dispositivos. La tecnología de monitoreo confiable debe encontrar al paciente adecuado y garantizar la entrega de los datos de ese paciente al análisis o al personal adecuado. En el mapa de conectividad de arriba, cada punto rojo es un "nodo de enrutamiento de niebla", responsable de pasar los datos correctos a la siguiente capa.

Este escenario expone la necesidad clave de un sistema de niebla en capas. Los sistemas complejos como este deben construirse a partir de subsistemas jerárquicos. Cada subsistema comparte datos internos, posiblemente con un flujo de datos complejo, para ejecutar sus funciones. Por ejemplo, un ventilador es un dispositivo complejo que controla los flujos de gas, monitorea el estado del paciente y administra respiración asistida. Internamente, incluye muchos sensores, motores y procesadores que comparten estos datos. Externamente, presenta una interfaz mucho más simple que transmite el estado fisiológico del paciente. Cada uno de los cientos de tipos de dispositivos de un hospital se enfrenta a un desafío similar. El sistema de computación de niebla debe intercambiar la información correcta en la cadena en cada nivel.

Tenga en cuenta que este caso de uso no es un buen candidato para la tecnología basada en la nube. Estas máquinas deben intercambiar flujos de datos rápidos y en tiempo real, como formas de onda de señales, para tomar decisiones correctamente. Además, está en juego la salud del paciente. Por lo tanto, cada componente crítico necesitará una conexión muy confiable e incluso una implementación redundante para la conmutación por error. Esas conmutaciones por error deben producirse en cuestión de segundos. No es seguro ni práctico depender de conexiones remotas.

Ejemplo:automóviles autónomos

El "automóvil sin conductor" es la innovación más disruptiva en el transporte desde el "carruaje sin caballos". Los automóviles y camiones Autonomous Drive (AD) cambiarán la vida diaria y la economía de formas tan difíciles de imaginar. Moverán a las personas y las cosas más rápido, más seguro, más barato, más lejos y más fácil que los primitivos coches de "conducción biológica" del siglo pasado. Y el impacto económico es asombroso; El 30% de todos los trabajos de EE. UU. Terminarán o cambiarán; camiones, reparto, control de tráfico, transporte urbano, cuidado de niños y ancianos, hoteles en las carreteras, restaurantes, seguros, carrocería, leyes, bienes raíces y ocio nunca volverán a ser lo mismo.

El software para automóviles autónomos intercambia muchos tipos de datos y fuentes. Los sensores de video y Lidar son de muy alto volumen; Las señales de control de retroalimentación son rápidas. La infraestructura que envía de manera confiable la información correcta a los lugares correctos en el momento correcto hace que el desarrollo del sistema sea mucho más fácil. El vehículo combina así el rendimiento de los sistemas integrados con la inteligencia de la nube ... también conocida como niebla.

Los vehículos inteligentes son sistemas distribuidos complejos. Un automóvil autónomo combina visión, radar, lidar, sensores de proximidad, GPS, cartografía, navegación, planificación y control. Estos componentes deben trabajar juntos como un sistema confiable, seguro y protegido que puede analizar entornos complejos en tiempo real y reaccionar para negociar entornos caóticos. La autonomía es, por tanto, un desafío técnico supremo. Un automóvil autónomo es más un robot sobre ruedas que un automóvil. Los proveedores de automóviles se enfrentan de repente a un desafío muy nuevo. Necesitan niebla.

Fog integra todos los componentes en un diseño de automóvil autónomo. Cada uno de estos componentes es un módulo complejo por sí solo. Como en el caso de monitorización de pacientes en hospitales, se trata de un solo coche; Se requieren nodos de enrutamiento de niebla (rojo) para integrar subsistemas y conectar el automóvil a un sistema basado en la nube más grande. Este sistema también requiere un rendimiento rápido, una confiabilidad extrema, la integración de muchos tipos de flujo de datos y las interacciones de los módulos controlados. Tenga en cuenta que las aplicaciones basadas en la nube también son componentes críticos. Los sistemas de niebla también deben fusionarse sin problemas con las aplicaciones basadas en la nube.

¿Cómo funciona la niebla?

Entonces, ¿cómo puede funcionar todo esto? He insinuado algunos de los requisitos anteriores. La conectividad es quizás el mayor desafío. Las tecnologías de clas

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