Крошечные, вездесущие и всемогущие
Закон Мура в сочетании со стремительным прогрессом в области телекоммуникаций открывает нам двери в поистине волшебное завтра, где нас ждет нечто гораздо более удивительное, чем даже магия Интернета. Сотни миллиардов микроскопических сенсоров, встроенных буквально во все предметы — от брелоков для ключей до детских кроваток, смогут реагировать на окружающую среду и контактировать друг с другом беспроводным образом, решая массу полезных задач. Эксперты уверены: не за горами наступление эпохи беспроводных сенсорных ad hoc-сетей.
Эра активных вычислений
еревод словосочетания ad hoc
(от лат. для этого) — «специальный, созданный для данной цели» — довольно точно
отражает сущность сенсорных сетей, которые каждый раз создаются заново для решения
конкретных задач и сразу же после этого распадаются на отдельные элементы, готовые
образовать новые сети, как только в том возникнет необходимость. Крошечные,
не крупнее пылинки, полупроводниковые устройства, выполняющие одновременно вычислительные
и коммуникационные функции и способные самым оптимальным образом автоматически
конфигурироваться в самоорганизующиеся сети, являются основой новой сетевой
парадигмы, повышающей производительность и безопасность сетевых вычислений.
Представьте себе детскую кроватку, которая прислушивается к дыханию ребенка и улавливает малейшие изменения температуры его тела, или плавательный бассейн, который самостоятельно следит за свежестью и чистотой воды, или детекторы дыма в зданиях, которые не только регистрируют возгорание, но и сообщают пожарным, на каких именно этажах и в каких именно комнатах задымление больше или меньше, — возможности использования сенсорных сетей простираются далеко за пределы дома или офиса. В качестве наиболее очевидных областей применения ad hoc-сетей эксперты называют сферу экологии и службы спасения: мельчайшие пылинки-сенсоры, разбросанные с самолетов над большими лесными массивами, в зависимости от заданных им параметров могут отслеживать возникновение лесных пожаров либо маршруты заблудившихся туристических групп, передавая в диспетчерский центр по самоорганизованной беспроводной сети детальный мониторинг состояния «зеленого океана». Кроме того, сенсорные сети могут следить за состоянием полей, информируя фермеров о необходимости полива, за климатом в производственных и общественных помещениях и т.д. и т.п.
Концепция сенсорных сетей значительно изменяет роль человека, поскольку элементы этих сетей — сенсорные микрокомпьютеры — становятся гораздо более самостоятельными, зачастую предвосхищающими генерируемые человеком задания задолго до их получения. Гомоцентрическая модель сетевых вычислений с человеком в качестве центрального звена в сети уходит в прошлое: человек смещается из центра вычислений на периферию, концентрируясь на управлении процессом и становясь своеобразным посредником между реальным миром и компьютерами.
Для того чтобы воплотить заманчивые мечты о сенсорных беспроводных сетях в жизнь, предстоит еще многое сделать. Сенсорные устройства, или «моты» (от англ. mote — пылинка), должны представлять собой интегрированную платформу, сочетающую возможности сенсоров (внешних датчиков, регистрирующих определенные параметры или их совокупность), компьютеров и коммуникационных устройств. Крошечные компьютеры должны не только отражать окружающий мир, но и действовать в зависимости от его состояния. И все они должны быть соединены в единую беспроводную сеть, чтобы иметь возможность передавать регистрируемую информацию по цепочке. Наконец, они должны обладать основательным запасом энергии для автономной работы и стоить так дешево, чтобы их было целесообразнее выбрасывать, чем подзаряжать.
Кое-кто из экспертов полагает, что распространение небольших сенсорных устройств может создать эффект в сотни и тысячи раз более мощный, чем распространение Интернета. Стремительное уменьшение размеров современных сенсоров в сочетании с их удешевлением и снижением энергопотребления приближает время внедрения сенсорных сетей, а значит, наступление эпохи новой сетевой парадигмы.
 |
|
Лаборатория Intel
сследовательская лаборатория
корпорации Intel в Калифорнийском университете в Беркли (США) является центром
исследования сенсорных сетей, координирующим усилия академического сообщества
и индустрии. В качестве своей главной цели лаборатория видит создание беспроводной
интегрированной вычислительной платформы-сенсора с низким энергопотреблением.
Работы ведутся по трем основным направлениям: разработка гибкой и открытой операционной
системы; создание сетевых технологий, обеспечивающих самоорганизацию сетей из
сенсоров; разработка востребованных приложений для ad hoc-сетей.
Специалисты лаборатории уже располагают прототипом такой платформы, которая предоставляет исследователям возможность поиска эффективных путей использования ad hoc-сенсоров. Пока еще это довольно большие устройства — площадь сенсора-прототипа составляет 5-6 см2 (примерно рублевая монета), но исследователи из Беркли надеются, что в ближайшем будущем им удастся разместить сенсор в объеме 1 мм3.
Поскольку главное предназначение сенсорных сетей — восприятие и передача полезной информации, специалисты лаборатории Intel в Беркли заняты разработкой методики объединения сенсоров с предметами, мониторинг которых вменяется им в обязанность, а также исследуют возможность создания «актуаторов» — устройств на основе сенсоров, которые позволяют влиять на ситуацию, а не только регистрировать ее состояние.
Не менее активно сотрудники лаборатории работают над прецизионной биологией, над созданием биочипов. Кроме сенсорного восприятия мира твердых тел, исследуется возможность ощущать жидкие среды и биологические развивающиеся объекты. Подобные исследования открывают колоссальные перспективы для медицинских и фармацевтических разработок, осуществления химических процессов и изготовления биологических препаратов.
|
|
Сенсорный... виноградник
ак известно, изготовление
вина — чрезвычайно информационноемкое занятие. В отличие от зерна или картофеля,
вино покупается и продается не на вес — его цена зависит главным образом от
места и года, где и когда был выращен и собран виноград. Опытные виноделы долго
отбирают и смешивают спелые грозди сочных ягод, чтобы добиться желаемого вкуса,
цвета и букета вина. Одним словом, существует множество факторов, которые влияют
на качество напитка.
Идея применения сенсорных сетей в виноградарстве заключается в том, чтобы рассеять
беспроводные сенсоры по виноградникам и постоянно собирать и накапливать сведения
о температурном, водном и прочих режимах созревания каждой виноградной лозы.
После этого останется лишь проанализировать, какой режим дает то или иное качество
вина, и в дальнейшем смешивать сок разных гроздей уже на научной основе. 
На нескольких акрах виноградника сорта Pinot noir в долине Вилламет (шт. Орегон)
исследователи из лаборатории Intel развернули опытный участок такой беспроводной
сенсорной сети. Руководит проектом отнюдь не винодел, а профессиональный психолог
Ричард Беквит, использующий исследовательскую технологию, известную под названием
«наблюдение за участниками». Беквит наблюдает, с одной стороны, за экспертами
Intel, которые размещают сенсоры на винограднике и собирают научную информацию,
а с другой — за теми, кто растит виноград, чтобы понять, какие критерии в области
виноградарства важны для тех и других и как эта информация увязывается в единое
целое.
«В корпорации Intel работают в числе прочих и этнографы, и социологи высочайшего
уровня, которые изучают поведение людей во время работы, чтобы понять, как те
используют технологические достижения в процессе своей работы и как им можно
помочь, — говорит Дэвид Тенненхауз, вице-президент подразделения Corporate Technology
Group корпорации Intel. — Методика использования сенсорных сетей будет очень
отличаться от нынешних интерактивных вычислений, когда либо компьютеры ждут
наших указаний, либо мы ждем от них результатов. В мире активных вычислений
компьютеры будут действовать на переднем крае, буквально предвидя и предчувствуя
все наши пожелания, а иногда даже действуя от нашего имени на опережение». Как
считает Д.Тенненхауз, надо всерьез задуматься о том времени, когда на каждого
человека на Земле будет приходиться не один, а сто или даже тысяча компьютеров,
причем человек будет не центром всего этого вычислительного многообразия, а
некоей «вершиной пирамиды», обеспечивающей информационное взаимодействие между
компьютером и реальным миром.
Исследователи корпорации Intel считают виноградники весьма подходящим местом для пилотного применения встроенных сетей (embedded networking), поскольку современные методы ведения сельского хозяйства основаны на усредненных оценках и не могут соответствовать требованиям таких чувствительных областей сельского хозяйства, каким, например, является выращивание винограда. Информация, собранная сетями сенсоров, может использоваться для обеспечения максимальной урожайности, позволяя владельцам виноградников и менеджерам быстрее окупать инвестиции.
Таким образом, эксперты Intel совсем не случайно выбрали виноградники в качестве
первого опытного полигона для внедрения своих сенсорных сетей. Хотя эта область
растениеводства до сих пор была обделена вниманием высоких технологий, но именно
здесь их применение может дать максимальный эффект. На первом пробном винограднике
корпорации Intel сенсоры измеряют температуру окружающего воздуха раз в минуту,
а потом запоминают самое высокое и самое низкое значение за прошедший час. Время
от времени Беквит проходит по плантации и собирает сведения, накопленные сенсорами,
посредством небольшого устройства с возможностями беспроводной связи. Ему удается
осуществлять это раз в несколько недель, но в следующем году он планирует делать
это ежедневно при помощи четвероногого помощника по кличке Роджер, который пока
проходит интенсивный курс обучения и одновременно регулярно обегает посадки,
отгоняя койотов и грызунов. Беквит собирается прикрепить ему на ошейник специальное
устройство для сбора информации от сенсоров. В общем, и тут без помощи братьев
наших меньших не обойтись...
Исследователи Intel ожидают наступления времени так называемых проактивных вычислений, когда компьютеры будут напрямую связаны с физическим миром, смогут предугадывать желания людей и даже поступать по своему усмотрению. «Представьте себе мир, в котором будет бесчисленное множество очень дешевых электронных сенсоров, — говорит главный директор по технологиям корпорации Intel Патрик Гелсингер. — Представьте себе «интеллектуальные» фермы, где буквально на каждом растении будет установлен специальный сенсор, следящий за достаточным поступлением питательных веществ и влаги, и постарайтесь вообразить, какое влияние это окажет на земледелие в проблемных зонах по всему миру».
