ИПЛИТ РАН и Лаборатория интеллектуальных исследований «ЛИНТЕХ» разрабатывают технологию распределенных сенсорных сетей
(РСС). О том, насколько реально нашей стране совершить беспрецедентный
по своим масштабам рывок в развитии индустрии РСС, рассказывает
генеральный директор ООО «ЛИНТЕХ» Юрий Аурениус. К
сожалению, есть стратегически важные отрасли технологического
прогресса, в которых Россия в периоды перестройки, хаоса 90-х и
становления политической стабильности начала XXI века безнадежно отстала
от Запада и стремительно набирающих потенциал азиатских тигров. Среди
таких областей науки микроэлектроника, техническая кибернетика,
робототехника и многие другие сферы, являющиеся основой перехода
экономики стран на индустрию 5-го технологического порядка. Особенно
можно выделить развитие технологий телекоммуникаций и связи, от которых
наиболее остро зависит эффективность управления и качество контроля над
важнейшими объектами производства, а также всем комплексом т.н.
народного хозяйства.
Стоит
признать, что стандарты Wi-Fi и Bluetooth, которые мы воспринимаем как
передовые и наиболее эффективные средства коммуникаций, далеко не
самые современные и надежные. Все больше в массовое практическое
применение в мире внедряются распределенные сенсорные сети (РСС),
готовые работать как «умная пыль» – самостоятельно организовываться в
единую интеллектуальную сеть и контролировать по тысячам целевых
параметров квартиры, жилые дома, целые города и даже континенты.
Они
в десятки раз надежнее существующих беспроводных сетей, позволяют
формировать системы автоматического решения огромного комплекса
жизненно важных задач практически без вмешательства человека.
Восполнить этот техногенный пробел и втолкнуть Россию в последний вагон
уходящего поезда передовых инноваций в области беспроводных
телекоммуникаций сегодня шансы еще есть.
Наиболее перспективным проектом по разработке отечественных чипов стандарта ZigBee
и программного обеспечения для их активного применения в различных
областях можно назвать команду Института лазерных и информационных
технологий РАН (г. Шатура ) и Лаборатории интеллектуальных исследований
«ЛИНТЕХ». О том, насколько реально нашей стране совершить
беспрецедентный по своим масштабам рывок в развитии индустрии РСС,
рассказывает генеральный директор ООО «ЛИНТЕХ» Юрий Аурениус.
─
Юрий, расскажите, как говорится на пальцах, в чем же состоит
особенность этой технологии? Сенсорные сети – звучит как-то
научно-фантастически…
─
Лучше бы Вам рассказал наш технический директор Игорь Воронин, он один
из ведущих в России специалистов в области РСС. Особенностей и
преимуществ у сенсорных сетей множество. Основные, пожалуй, две –
произвольно расположенные модули сенсорной сети мгновенно самостоятельно
организуются в единую сеть. И вторая – то, что Wi-Fi и Bluetooth
строятся по технологии «звезда» – это когда одна точка раздает всем
сетевые настройки и к ней прицепляются другие «дочерние» устройства, а
сеть по стандарту ZigBee способна стать смешанной сетью, которая сама
формируется в структуру со случайными связями. Сенсорная сеть – это
MESH.
Визуально
она представляет собой не звезду ( «точка- многоточка») , а рыболовную
сеть – т.е. каждый элемент такой сети взаимодействует с множеством
соседних элементов, образуя необходимое соединение. Это и обеспечивает в
разы большую надежность передачи данных. Чем больше в ней участников –
тем больше надежность передачи данных. Сеть может потерять до 40%
активных устройств, сохранив свой основной функционал. Область
применения практически не ограниченна – от распространенных бытовых
приборов до серьезных систем мониторинга и жизнеобеспечения.
Но
соединить модули одного стандарта в одну сеть – не самая сложная
задача . Это происходит автоматически. А вот далее, к каждой такой сети
предъявляются разные требования – одним требуется часто передавать
данные из точек к центру, другим – один раз каждый час, третьим
гарантировано передавать данные с заданной длительностью, у четвертых
может быть задача один раз в год во время пожара включиться и передать
данные, а все остальное время «спать» – там должна быть максимальная
работоспособность сети без замены батарей. Разные задачи решаются
разными требованиями к сети. Отсюда возникают разные протоколы и
алгоритмы взаимодействия компонентов сети – как всем датчикам
одновременно «проснуться», передать информацию и потом опять заснуть,
чтобы не тратить драгоценную в этом случае энергию. Или, наоборот, – по
какой схеме им надо включаться и засыпать, чтобы гарантированно собрать
и пере-дать данные на центральный узел сбора и обработки данных.
Сеть
состоит из узлов – т.н. мотов. Каждый узел это программно-аппаратное
устройство, представляющее из себя приемопередатчик, главный чип
(микропроцессор), который обрабатывает команды, современный блок
автономного питания и какой-то сенсор. Если Вы не знаете, сенсор,
по-русски, – датчик. К каждому такому моту можно подключить несколько
различных датчиков. Чем больше датчиков прицепляем к одному узлу, то
тем больше различных параметров мы можем замерять, но при этом и расход
энергии батарей увеличивается. Датчики, как правило, используются
стандартные. Это замеры температуры, давления, влажности, освещенности,
вибрации, шума, положения в пространстве (инклинометры), количества
оборотов (энкодеры), радиации, угарного газа (CO/CH). Кроме датчиков
можно устанавливать и управляемые исполнительные устройства. Тогда
каждый узел сети начинает работать уже как «умный дом» – собирает
необходимую информацию и передает ее для обработки, затем получает
сигнал управления «из центра » и выдает его для отработки
исполнительному устройству. И никаких проводов и сомнений в надежности
системы.
Сенсоры
могут также быть специально разработанные. Но в этом случае стоимость
узла резко вырастает. Как правило, для построения сети используют
десятки узлов, датчики стараются использовать стандартные. Они дешевле
за счет массового производства, ремонтопригодны или быстро заменяемы –
главное, чтобы удовлетворяли требуемым параметрам. В сети есть
координаторы – более «умные» моты, которые выполняют основные функции
синхронизации сети, при включении они опрашивают все доступные
устройства и выстраивают по ним сеть. Есть промежуточные узлы –
ретрансляторы, или роутеры. И третий уровень – это конечные устройства. К
ним-то как раз сенсоры и прицепляют. Через ретрансляторы выстраивается
сеть, по которой передаются пакетами собранные данные и они все
стекаются в единую точку сбора. Расстояние между устройствами, как
правило, в настоящее время не превышают 100 метров. Хотя уже разработаны
и поступили в продажу чипы, которые связываются между собой на
расстоянии до 1 км.
Правда,
при этом, надо понимать, если сигнал проходит на большее расстояния –
значит будет и больший расход батарей, сеть быстрее израсходует
энергию. Есть специальные операционные системы для сенсорных сетей –
это TinyOS, а все разработки ведутся обычно на языке С, под
операционные системы-аналоги Linux.
─ Ого! С помощью такой сети, получается, можно огромные пространства контролировать?
─
А то! Если, к примеру, расставить 64 тысячи чипов на расстоянии
1 километра, то первый и последний окажутся на расстоянии снова 1 км.
Потому что мы так обогнем весь шар земной. Правда, таких глобальных
экспериментов пока еще никто не проводил, а вот для управления уличным
освещением, например, в Англии сенсорная сеть уже используется.
─ У вас уже есть что показать на практическом примере?
─
У нас сегодня уже несколько проектов в стадии тестовой эксплуатации.
Например, проект в области промышленного мониторинга. На территории
Шатурской ГРЭС №5 была развернута сеть РСС для осуществления
термоконтроля на линии рециркуляции питательных насосов блоков №№
1–6.Температура трубопровода в районе исследования составляет 230° С в
нормальном состоянии. Точность измерения 5–10 градусов, замеры
проводятся раз в 10 сек. Такой технологический мониторинг возможен не
только на предприятиях энергетики, но еще и в районных котельных,
электрощитовых, в химическом производстве, поскольку РСС имеют
преимущества: быстрый монтаж, простота и удобство в обслуживании.
Большое
внимание уделяем применению сенсорных сетей в системе ЖКХ . Ведем
разработки уже в нескольких городах и коттеджных поселках Подмосковья. Я
считаю это направление развития наиболее перспективным, пожалуй,
вместе с системами сигнализаций и безопасности. Очевидно, с
использованием РСС может осуществляться лифтовой и инженерный мониторинг
всех городских систем ЖКХ, организация управления всеми техническими
устройствами жилых и административных зданий, сбор данных приборов
учета, необходимых для выставления счетов, реализованы все виды систем
сигнализаций (охранная, пожарная ) и безопасности (тревожные кнопки,
брелки) и т.п. Очень важно, что внутридомовая инженерная система,
основанная на РСС, помогает в случаи аварии или протечек в
автоматическом режиме перекрывать трехходовой кран с одновременным
информированием дежурного диспетчера о месте протечки, пресекая тем
самым аварийную утечку воды из трубопровода. Также возможно управление
вентиляцией – влажностью и температурой в помещениях. Если эти системы
отлажены – потери минимальны, гибкость настроек под каждого
пользователя – все это приведет к снижению тарифов, интересу страховых
компаний и т.п. …
Медицина –
дистанционное наблюдение за пациентами. В отделе функциональной
диагностики МОНИКИ планируется развернуть систему наблюдения за
пациентами. Пациентам в больнице надевают датчики – в виде браслета –
для измерения давления, температуры, сердечной деятельности. Они
передают данные на центральный сервер, где лечащий врач может получить
информацию о состоянии пациента – через XBee-регистратор. Возможно
предоставление услуг платного медицинского наблюдения для некоторых
категорий пациентов, например на дому. В этом случае комплект РСС
устанавливается таким образом, чтобы шлюз, выданный пациенту, был
связан с сервером хранения данных. Пациент может перемещаться,
оставаясь в радиусе доступа центральной точки сбора данных. Тогда в
случае критически опасного состояния пациента тревожный сигнал уходит
на центральный сервер, обрабатывается и выдается сигнал тревоги
специалистам, выводятся полные данные о пациенте для принятия лечащим
врачом решений о необходимых действиях.
Совместно
с Росатомом начали проработку вопроса радиационного мониторинга
ядерно-опасных объектов. Производятся исследования возможности,
перспективы и проблемы использования РСС для системы мониторинга
состояния помещений зданий действующих исследовательских ядерных
установок (ИЯУ) и других ядерно-опасных объектов. Была развернута РСС в
части помещений зданий ИЯУ НИИАР в г. Димитровграде и проводилось
исследование поведения системы в реальных условиях. Также были
исследованы проблемы надёжности системы при воздействии повышенного
радиационного фона, проблемы распространения радиосигнала,
используемого для связи узлов РСС при наличии препятствий в виде
конструкций из «тяжёлого» бетона, используемого при сооружении зданий
радиационно- и ядерно-опасных объектов.
В
«РЖД» разрабатываем систему по контролю температуры колесной пары. С
использованием РСС эту задачу возможно решить более дешевым и надежным
способом, чем это решается сейчас, когда температура измеряется
дискретно при проезде электропоезда мимо пункта сбора данных КТСМ.
Опытная зона, как планируется, будет развернута в депо «Куровская» на
составе пригородного электропоезда. При движении машинист сможет иметь
информацию о температуре колесной пары в реальном времени. Также будет
возможно хранить собранные данные в центральной базе данных, к которой
будет иметь доступ дежурный по станции, мимо которой проезжает данный
электропоезд.
В
строительстве к нашим системам есть интерес – мониторинг осадок и
отклонений зданий и сооружений. Потенциальный Заказчик – «Росстрой». Уже
в ближайшее время предполагается создание распределённой системы
мониторинга зданий и сооружений на основе РСС для контроля величин
осадок, отклонений от вертикали и раскрытия трещин в зоне строительства
двух существующих в МО котлованов в реальном времени с выводом данных
на центральный сервер и с публикацией в WEB.
Логистика –
контроль за перемещением грузов. Для логистических автоматизиро-ванных
комплексов возможна организация сбора данных о маршрутах перемещения
радиоустройств с уникальным идентификатором между складскими
помещениями и внутри их с позиционированием относительно точек сбора
данных и хранением информации на центральном сервере. В рамках этого
направления при массовом распространении сенсорных технологий мы можем
формировать также информацию о потоках распространения товаров,
управлении маркетинговыми инициативами и т.п.
Все
внедренческие проекты сейчас не перечислишь. Еще раз отмечу – спектр
применения сенсорных сетей очень широк … Мы сегодня охватили не менее
20 раз-личных направлений и работа в этом направлении все время идет.
На подходе решения для МЧС, шахтеров, промышленных предприятий, системы
образования …
─ Значит, вы на базе нашего лазерного института разрабатываете российский вариант оборудования для сенсорных сетей?
─
ИПЛИТ РАН с сенсорными сетями работает в плане разработки и
исследования их различных свойств. Так как чипы все разрабатываются в
Америке, а изготавливаются в Китае – мы ограничены в России той
микропроцессорной базой, которую можем купить. Ну или, как вариант, в
карманах вывезти из-за рубежа. Пока другого варианта нет. А исследуем мы
сети в плане того, как сделать их максимально долго работоспособными,
или как добиться, чтобы гарантировано надежно сигнал проходил по сетям,
и как сделать максимально быстрым путь прохождения пакетов с данными
по ним. Синергия от такого партнерства весьма перспективна.
─ Российская наука сильно отстала в этой области от своих зарубежных кол-лег?
─
В коммерциализации и в практических разработках нам еще очень далеко
до того потенциала, который есть уже в научных центрах Японии, ЕС и
США. В научном же плане сейчас в России сформирована достаточно сильная
школа со своими уникальными разработками. Сегодня мы даже публикуем
результаты в ведущих международных научных журналах – прогресс есть.
Сейчас главное найти массовый дешевый и «правильный " движок и это
будет прорыв в технологии. Например, все бытовые приборы можно начать
оснащать такими элементами сенсорной сети – внутри пылесосов,
стиральных машин, телевизоров и т.п. развертывать сенсорные сети с
температурными датчиками , настроенными на 300–400 градусов … Сенсоры,
расставленные в бытовых устройствах по жилым квартирам, сообщат по сети в
центр о пожаре в кладовке той или иной квартиры гораздо раньше самого
жителя квартиры … (особенно когда его нет дома). Можно поставить датчик
в телевизор или музыкальный центр и во время чрезвычайной ситуации это
устройство будет использоваться для информирования о ЧП. И информация
эта будет адресной – каждый чип же имеет свой МАК-адрес в сети, его
связь с другими чипами и шлюзами для сбора и обработки данных
практически определяют его местонахождение. В массовом производстве эти
элементы сети должны стоить копейки и выполнять свои функции как
"умная пыль».
─ В общем, ваша цель довести эту технологию до потребительского совершенства…
─
Да – придумать к ней всю инфраструктуру, программное обеспечение,
датчики и, конечно, сами чипы, которые относятся к категории критических
технологий и купить лицензию на их производство невозможно. А если мы
разработаем всю линейку – и интерфейсы и разные датчики и алгоритмы
обмена данными – то сможем производить полноценные готовые системы
контроля и мониторинга, выходить на рынок, в том числе мировой и
формировать услуги.
─ Расскажите, на каком этапе сейчас проект? Насколько я знаю, Вы сейчас переезжаете в Сколково…
─
Пока у нас была чистая наука. В конце прошлого года подали заявку на
резидентство в фонде Сколково, получили положительное решение, вот с
весны 2013 года – полноценные резиденты инновационного центра.
Сколково – это возможности привлечения финансирования, развития проекта
до стадии коммерциализации и достойный статус. Нам за свои деньги такое
не поднять. Сегодня мы проходим этап построения прототипов решений,
формируем опытные зоны, обрабатываем результаты исследований, ведем
доработку, патентуем свои изобретения.
─ По плану, когда вы выйдете на этап коммерческой реализации?
─ Думаю, к концу следующего года.
─ Сколько уже вложено в проект?
─ Около 15 миллионов.
─ Долларов?
─
Нет, рублей. Теперь планируем привлечь также внешние инвестиции для
продолжения работы в направлении получения коммерческого результата. В
своем успехе мы уверены на 100 % .
─ Что надо сделать для создания дешевой «умной пыли»? У вас есть план, как сделать технологию не дорогой?
─
Рецепт тут только один – массовость спроса. Один чип для исследований
стоит сегодня более 30 долларов, даже 100 первых чипов обходятся уже
1800 долларов, очевидно , что миллионы должны быть не дороже 1–2
долларов. Вот тогда наступит время «умной пыли».
─ Для массовости надо создать серийный завод?
─
Сначала надо создать элементную базу и аппаратную инфраструктуру
технологии. Мы контактируем с российской компанией ITFY, которая нам
предоставит САПР для разработки микроэлектронных компонентов. Коллеги из
ITFY во главе с президентом компании Леонидом Сватковым совместно с
корпорацией IBM специально для России запустила проект ITFY, который
открыл «Центр электронных технологий» (ЦЭТ) – по комплексному
инфраструктурному решению для коллективной разработки чипов и печатных
плат на базе программно-аппаратной платформы IBM. О создании «Центра
электронных технологий» (ЦЭТ) было объявлено еще на ПМЭФ-2012.
─ Какой объем производства планируется создать?
─
Сложно говорить … Технология Wi-Fi и Bluetooth сегодня есть в каждом
мобильном телефоне, а выпускаются и продаются они миллионами штук. Мы
ориентируемся на такое же покрытие нашей сетью. На мобильные телефоны
не претендуем, а вот бытовая техника, автомобили, игрушки, приставки,
компьютеры и многое другое может обеспечить желаемый охват. Чтобы
проект был рентабельный, надо выходить на мировой рынок. Если сейчас
грамотно запустить проект и у нас не будет проблем с финансированием,
то через 5 лет сенсорные сети будут везде.
─ Почему Сколково?
─
Сколково предоставляет все условия для активного развития проектов,
есть возможность получить денежные средства на НИОКР. Мы уже ведем
переговоры с рядом известных венчурных фондов о возможности привлечения в
проект венчурных инвестиций. В дальнейшем будем выходить на известных
мировых лидеров в этой области с целью создания совместного
производственного предприятия. Крупные инвесторы понимают, если
существует реальный интерес и можно вложиться в перспективную
технологию, то можно получить достойный коммерческий результат. В
Сколково есть все возможности получения финансирования и всесторонней
поддержки проекта. Поэтому обстановка там весьма доброжелательная.
─
Ясно. В Сколково Вы завершите свои научные разработки, спроектируете
чи-пы, потом найдете инвестора, отштампуете чипы в Китае, сделаете софт
для раз-ных задач сенсорных сетей и сформируете в итоге готовые
продукты – для МЧС, пожарных и т.д.?
─
Штамповать собственные комплектующие – пока задача на будущее.
Сегодня главное – это разработка различных алгоритмов работы сети,
обеспечивающих решение различных технических задач, разработка
протоколов обмена данными, интерфейсов, систем распределенного сбора
данных, расчеты. Наши разработки применимы в любой сети утвержденного
стандарта, поэтому, пока, на первом этапе, пускай штампуют все в Китае,
формируют сети во всем мире, а ПО взаимодействия для выполнения
поставленных задач сети используют наше. Хотя выдавать полный комплект
из одних рук тоже было бы приятно и, в перспективе, я думаю, мы к этому
придем.
─ И все это планируется сделать в течение ближайших двух-трех лет?
─
Да … планов у нас как раз на пару лет. Главное, конечно,
финансирование. Но мы на месте не стоим … Ряд крупных венчурных фондов
уже активно интересуется нашим проектом, ведь технология сенсорных
сетей – одна из самых перспективных в коммерческом плане, мировой
перформанс, можно сказать.
─ А кадры где берете? Их же дефицит, насколько я понимаю.
─
Инженерные высококвалифицированные кадры всегда сложно найти, мы ищем в
регионах – там еще остались светлые головы и настоящие таланты.
Сегодня сразу в не-скольких НИИ интересуются тематикой сенсорных сетей –
с ними тоже будем работать.
─ Технологическая база – в этом лазерном НИИ?
─
Рассчитываем на взаимовыгодное партнерство с ИПЛИТ РАН … Разработчик,
ведущий это направление в институте, руководитель отдела информационных
технологий Игорь Воронин является и техническим директором «ЛИНТЕХ».
Получается очень продуктивное партнерство. А с основным офисом для
развития переезжаем в Сколково.
─ Говорят, что туда очень трудно попасть. Даже взятки нужны…
─
О возможности попасть в Сколково за деньги я лично не знаю. За
последние 2 года сам активно участвовал в 3 инновационных проектах – все
они сегодня резиденты фонда. Одна компания активно разрабатывает ПО,
которое позволяет автоматически получать готовые 3D-модели из панорамной
или сферической фотосъемки. Мы, кстати, также предложили применять
сенсорные решения для существенной оптимизации этой работы. Другие
проекты связаны с технологией нанесения лакокрасочного покрытия,
например… Оказалось, тоже перспективная тема. Направления абсолютно
разные …
Мое
мнение – в Сколково создана правильная экспертная система
разносторонней оценки уникальных идей и разработок. Если удалось
доступно донести основные принципы своей идеи и разработка вписывается в
существующие рамки инновационного центра – все, получаешь статус
резидента и работай.
─
Вы хотите сказать, что в Сколково реально может попасть любой
российский разработчик перспективной технологии, который имеет внятную
стратегию и готовую команду для ее реализации?
─
Если у вас есть идея, которую Вы считаете гениальной и четко понимаете
все шаги по ее развитию, внедрению, получению прибыли – приходите –
поговорим … Я как раз берусь за такие проекты – формализую идею по
международным стандартам, прорабатываю проект с инвестиционной и
коммерческой точек зрения, а потом продвигаю в технопарки,
бизнес-инкубаторы и инвестфонды. И это может быть не только Сколково.
Задач по взаимодействию на сегодня существует очень много. Даже внутри
одного кластера порой одни разработчики не знают, чем занимаются другие…
а бывает, что они и есть идеальные партнеры, которые теряют огромный
синергетический потенциал.
─ А что там за коррупционные скандалы были в Сколково? Прошел слух, что даже хотели похоронить весь проект…?
─
На деятельности инновационных компаний это не отразилось. Мы как
работа-ли, так и продолжаем работать. Нам хватает своих впечатлений. А
Сколково, несмотря на все завистливое злорадство недоброжелателей,
сегодня получил второе дыхание и продолжает вести свою кропотливую
работу по взращиванию отечественной инновационной индустрии…
