Объединение датчиков дает множество преимуществ

Слияние датчиков - горячая тема, совпадающая с тенденциями роста Интернета вещей и особенно связанная с автономными транспортными средствами и передовыми системами помощи водителю (ADAS). Сама концепция не нова; поиск в Google Scholar выявляет концепции, восходящие к 1960-м годам и ранее. Но сегодня растет объем знаний о том, какие входные сигналы датчиков следует объединять в системе и как применять полученные знания. Сколько будет достаточно, зависит от приложения и соотношения цена / риск.

Достаточность объединения датчиков зависит от приложения и соотношения затрат и рисков (Изображение:SAR Insight and Consulting)

Слияние датчиков важно как никогда, поскольку упорство отдельных злоумышленников и государственных спецслужб представляет растущую угрозу для автономных систем повсюду. Хотя большую часть политического мира беспокоят потенциальные риски информационной безопасности в сетях 5G, больший риск возникает из-за атак вредоносных программ, которые могут нарушить работу и вымогать у владельцев автономных систем. Системные архитекторы не должны недооценивать эти риски и должны избегать ошибок производителей автомобилей и авиации. Компания Ford Motor оценила человеческую жизнь в 200 000 долларов США - это дешевле, чем ремонт топливной конструкции седана Pinto (1971–1980). Однако адвокаты по травмам и присяжные думали иначе. Нынешняя печальная история принадлежит компании Boeing, которая за дополнительную плату сделала сочетание критически важных датчиков и резервирование для своего самолета 737 MAX. В результате Boeing и его цепочка поставок страдают от нынешней агонии, конец которой может занять годы.

Наконец, теперь очевидны экономические выгоды и выгоды для здоровья от систем, которые продвигают сочетание датчиков для человеческой деятельности и промышленных приложений.

Отказоустойчивость и отказоустойчивость

Все датчики и модели имеют погрешность допуска, и использование нескольких датчиков, которые измеряют одно и то же количество, может повысить надежность и обеспечить устойчивость к сбоям, которые в противном случае могут оказаться катастрофическими. Избыточность увеличивает стоимость и сложность, но, как показывают примеры Boeing и Ford, недальновидное решение, ведущее к единой точке отказа, может иметь катастрофические последствия.

Устойчивость к атакам

Хакеры с вредоносным ПО найдут способы атаковать сенсорные системы, но соответствующие протоколы слияния данных и безопасности, включая искусственный интеллект, могут обеспечить надежную работу перед лицом таких атак. Одно из средств атаки подает ложные сигналы на входные датчики; эти сигналы не смягчаются обычной цифровой защитой, потому что они возникают в аналоговой области. Эти поверхности атаки могут включать:

• подмена сигнала (LiDAR и камеры);
• гашение сигналов и помехи (магнитные датчики АБС, поврежденные дорожные знаки); и
• боковая утечка (имплантированное вредоносное ПО, которое использует датчики для сбора конфиденциальной информации).

Мультисенсор активности человека

Интерпретация и мониторинг человеческой деятельности с помощью нескольких сочетаний датчиков позволит улучшить состояние здоровья и снизить затраты по мере старения населения. Применения сочетания носимых и внешних датчиков для человеческой деятельности включают уход за престарелыми и проживание с уходом, обнаружение падений и распознавание позы, безопасность и наблюдение, статус спортсмена и службы быстрого реагирования, а также локализацию и помощь в навигации для людей с ограниченными возможностями.

Объединение данных в сети

Слияние данных и аналитика исторически происходили на компьютере или в центре обработки данных (в облаке). Миниатюризация и снижение стоимости сенсорной технологии позволяет объединить сенсоры (и искусственный интеллект / машинное обучение) на уровне периферийных устройств. В будущем гибридные сетевые архитектуры будут выполнять объединение данных датчиков и аналитику на трех уровнях:

• Слияние данных на низком уровне будет происходить на интеллектуальных устройствах или шлюзах, которые объединяют несколько входных сигналов датчиков.
• Слияние данных среднего уровня будет поддерживать более интенсивную аналитику и слияние данных с более широким спектром устройств и связано с центральным шлюзом и периферийными вычислениями.
• Слияние данных высокого уровня будет находиться в центре обработки данных или в облаке, чтобы обеспечить максимальную перспективу управляемой системы граничных устройств.

Снижение эксплуатационных расходов

Слияние датчиков сократит эксплуатационные расходы за счет расширения диапазона и применения таких устройств, как беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и робототехника с автономными функциями. Экономия также будет достигнута в тех случаях, когда объединение датчиков позволит удаленным операторам делать больше или из центров дешевой рабочей силы. Приложения включают автоматическое предотвращение столкновений для инспекционных дронов и удаленное вмешательство водителя для в основном автономных транспортных систем.

Тенденции

Ожидайте продолжения миниатюризации и снижения затрат на датчики, вычисления и возможности подключения по мере того, как ориентация на потребителя укореняется в промышленной экосистеме и экосистеме Интернета вещей. На выставке CES 2020 были продемонстрированы инновации в датчиках MEMS, такие как миниатюризация зеркал LiDAR, которая принесла пользу автомобильным и интеллектуальным транспортным системам.

Метод перехода к объединению датчиков - это класс компьютерных алгоритмов, известных как фильтр Калмана, который моделирует предыдущее и текущее состояния системы с непрерывным измерением и прогнозированием. Внедрение ложного сигнала в очень сложные системы через входы датчиков приведет к тому, что системные архитекторы будут внедрять машинное обучение и нейронные сети для обеспечения безопасности и объединения данных.

Слияние датчиков повышает целостность, надежность и устойчивость системы для нормальной работы и обеспечивает дополнительные преимущества против атак на сенсорные сети, исходящие из аналоговой области. Тщательно внедряя объединение датчиков в свои системы, дизайнеры и архитекторы могут снизить риск неисправности или злонамеренных действий, которые могут привести к травмам людей, собственности или экономическому процветанию.

>> Эта статья была первоначально опубликована наш дочерний сайт EE Times Europe.