醫療IT將有兩大變革!衛福部宣布電子病歷交換中心要改為FHIR架構,還要送草案讓電子病歷上雲
衛福部資訊處處長龐一鳴日前在臺灣資安大會上,宣布要將電子病歷交換中心(EEC)架構改為FHIR交換架構,以符合國際醫療資料交換標準,此外,衛福部還要放寬電子病歷存取權,將允許醫療機構將電子病歷上雲代管。目前衛福部正修改法規,接下來要公開草案、徵詢外部意見。
文/王若樸 | 2021-05-08發表
衛福部資訊處處長龐一鳴表示,衛福部計畫將電子病歷交換中心(EEC)架構改為國際醫療資料交換標準FHIR,他將這種以FHIR格式交換的電子病歷,稱為新世代電子病歷,由4大元素組成。
為強化醫療資安體質,衛福部資訊處處長龐一鳴6日在臺灣資安大會上重磅宣布,衛福部要擁抱HL7國際醫療資料交換標準FHIR,將電子病歷交換中心EEC改為FHIR交換中心,來降低眾多接口產生的資安風險;此外,衛福部也要放寬電子病歷存取權,將允許醫療機構上雲代管,目前正修改法規,接下來要公開草案、徵詢外部意見。衛福部希望藉這些做法,強化醫療資安防護基礎,一方面也希望臺灣醫療資料與國際接軌,要讓國內醫資廠商用符合國際標準的產品,出國「打國際盃」。
從公共衛生看醫療資安,得先養好體質才能預防資安事件
公共衛生出身的龐一鳴指出,醫療資安有如公衛和預防醫學的三段五級策略,公衛中的三段是指人生病的三階段,從無症狀或易感染狀態,到臨床病徵出現,再到傷殘或死亡的階段。這三階段對應到醫療資安,就是無症狀或被刺探狀態;出現弱點、發生資安事件;以及資料遺失、橫向擴散和系統癱瘓。
面對發病過程,公衛有5種策略來應對,像是促進健康、特殊防護、早期診斷早期治療、限制殘障和減少死亡,以及最後的復健。「醫療資安也是如此」,龐一鳴舉例,醫療機構平時就應養成健全體質、蒐集情資來預防事件,並定期進行弱點掃描、做好特殊防護,再來才是資安健檢、加入監控機制(SOC)即時修補問題,達到早期診斷早期治療的效果。
要是發生資安事件,醫療機構也要透過通報應變機制(如ISAC、CERT),來降低資安事件帶來的衝擊。最後一步,則是事件後的復原鑑定。(如下圖)
在這5種做法中,過去,衛福部已在資安事件處理有所著墨,包括近幾年建置的醫療資安情資分享與分析平臺H-ISAC,讓關鍵基礎設施醫院(CI醫院)加入,透過緊急應變處理(CERT)和聯合監控(SOC)等機制,來鞏固醫療資安聯防。
現在,龐一鳴則回過頭聚焦5級策略中的第1級,要培養好所有醫療機構的資安體質,來降低事件發生的可能。「醫院養好體質,可避免未來可能遇到的資安問題,」他比喻,就像這次疫情期間,民眾落實戴口罩,不只防疫,也防止其他耳鼻喉科相關疾病,連健保數據都顯示去年相關門診就醫次數大幅下降。
養體質第一招:電子病歷交換中心EEC改為FHIR架構
同理,為防止病從口入,衛福部打算將醫療院所的「口」防好,也就是簡化電子病歷的交換架構。龐一鳴指出,電子病歷是醫療機構和政府單位最常交換的資料,這些單位包括健保署、國健署、EEC、疾管署、地方衛生所等,由於這些單位彼此不互通,醫療機構得針對不同單位,採用不同交換標準,並配合不同網路工具來執行。
過去,健保署多年來每每針對不同專案,開設專屬VPN來建立加密的資料交換環境,來給醫療院所使用。然而VPN一多,就容易產生資安風險。
因此,龐一鳴認為,要是能先將EEC交換平臺改為FHIR交換平臺,採用主流的國際醫療資料交換標準HL7 FHIR,就能簡化交換流程,不必一對一客製化介接,連帶簡化醫院需使用的網路工具,減少破口出現。他希望,藉由衛福部EEC率先改用FHIR,帶動其他單位擁抱FHIR,跟上國際趨勢、進一步簡化資料交換工作。(如下圖)
他將這種以FHIR格式交換的電子病歷,稱為新世代電子病歷,並由4大要素來推動。首先是資料標準,也就是要將新舊標準平行轉移,讓EEC先採用FHIR、健保署仍採用舊標準,爾後再調整;同時,龐一鳴也要藉此將衛福部內的資料交換,改以電子病歷為單位。(如下圖)
第2要素是連結跨部會資源,透過經濟部補助一年一度的臺灣FHIR聯測,來推動FHIR普及,同時也要協同經濟部輔導廠商的FHIR產品服務等。
再來是透過產官學合作,來發展醫療機構所需的FHIR資料格式轉換工具,以及培育FHIR人才資源。最後則是新世代電子病歷的交換應用,比如發展交換平臺,來試做疫苗護照等應用。
疫苗護照FHIR新機遇,未來還能推廠商打國際盃
龐一鳴坦言,疫苗護照是衛福部擁抱FHIR的另一個契機。目前,WHO、歐盟和世界多國都已倡議推行疫苗護照,要讓民眾透過App,出示自己在該國接種疫苗的證明,來加速出入境和進出特定場所的身分檢查。而這款App,就需要與該國衛生部門資料串接,而他們用來串接接種資料的交換標準,「就是FHIR。」
對臺灣來說,要加入國際疫苗護照行列,就得用FHIR來串接電子病歷中的疫苗接種紀錄。但龐一鳴指出,過去以來,臺灣醫療院所電子病歷交換的主要對象,一直是健保署,因此交換架構是臺灣健保署專用,而非國際通用。於是,要與國際串接資料,臺灣勢必得採用FHIR。
他認為,疫苗護照是臺灣練兵FHIR的大好機會,也能順勢將「國際標準轉化為國內標準。」他期望臺灣趁這次機會實現3個目標,也就是做好FHIR疫苗護照,再來是醫療機構採用FHIR國際標準,讓國內醫學研究更容易與國外互通,最後是臺灣醫資廠商大規模採用FHIR,讓自家產品不再只是臺灣標準,而是遵循放諸四海皆準的國際標準,如此才能「打國際盃。」
龐一鳴指出,這項計畫也已知會衛福部部長陳時中和數位政委唐鳳,盼能落實。
養體質第二招:允許電子病歷上雲託管,放寬存取權
接下來,衛福部養好醫院資安體質的第二招,是要放寬電子病歷存取權,允許電子病歷上雲代管,再由政府監督雲端業者和代管業者。這是因為,對臺灣眾多的專業小型醫療院所來說,管理醫療相關資料十分耗力,委外處理要是出事了,廠商不負法律責任,「導致小診所苦不堪言。」
為解決這個問題,衛福部擬定草案,要開放電子病歷上雲、交由第三方代管。龐一鳴指出,許多雲端業者的醫療資料處理服務,既符合歐盟最嚴格個資法GDPR,也符合美國主流的醫療資料保護法案HIPAA,更遵從國際標準FHIR,對人力不足的小型醫療院所來說,就會是個解方。而政府要做的,就是監管雲端業者和代管業者,多一道把關。
衛福部要開放電子病歷上雲,還有另一個用意。龐一鳴表示,由於長年法規規定,電子病歷只能存放在醫院中,導致醫院用雲相對落後。「但現在是上雲時代,醫院不用雲,大部分醫療AI幾乎不能用,」而開放上雲,就能促進醫療院所對AI的採用。
目前,這套上雲草案已完成內部意見整合,最近將公開草案、徵詢外部意見。龐一鳴希望,藉由改善電子病歷的交換架構和存取權,來打好醫療院所的資安體質。
要將資安稽核納入醫療評鑑,還要強化社交工程防治演練
回到醫療資安層面,衛福部也有幾套做法,來鞏固原有的醫療資安機制。首先是擬定在醫院評鑑中,加入資安稽核項目,來吸引更多醫院加入醫療資安聯防機制。這是因為,受限於資安法規定,衛福部無法全面將聯防機制推動到每家醫院,所以得想辦法讓不同身分的醫院加入。
再來,衛福部也會繼續推動資安人才培訓,並與其他政府部會協商,來強化醫療資安聯防。同時還要提升醫資廠商資安意識,將逐步要求醫資業者備妥資安防護措施。
今年,衛福部也計畫辦理更多演練,來加強醫院資安事件處理經驗。這些演練包括資安事件通報,也就是加入H-ISAC的會員醫院將收到H-ISAC演練警訊,會員醫院得依此回覆,進行通報等等。此外,衛福部也會針對社交工程,辦理模擬演練,至少10家醫院參與演練,並各自提交報告。
衛福部也鎖定聯網程度越來越高的醫療儀器(OT),將醫療儀器生命週期納入資安管理,以6種配套措施來納管,像是汰舊換新、採購評估、教育訓練等等。(如下圖)
近期醫院被勒索軟體攻擊次數下降,盤點5大方法降低事件發生率
最後,龐一鳴盤點近幾年醫療勒索軟體攻擊事件,指出2019年8月,臺灣38家醫院在幾個小內接連遭到WannaCry病毒大規模攻擊,是因為病毒從內網橫向擴散,「我們也藉此檢討EEC架構和健保VPN設置,並來改善。」
在那之後,自2020年至今,臺灣只有零星幾家醫院受到攻擊。比如2020年,只有兩起北部區域醫院和地區醫院的受害通報,今年至今也只有3起通報。(如下圖)
他也歸納出5種方法,來降低勒索病毒威脅,包括落實資安長制度、拒絕釣魚郵件(即社交工程攻擊)、建設好網路防火牆,還有USB管控和IT防禦。他認為前4種是對付80%攻擊的關鍵,而IT防禦雖只擋20%攻擊,但也是重要的防護基礎。
龐一鳴建議,IT防禦範圍包括善用H-ISAC情資分享,來掌握勒索軟體防護攻略,此外還有採用各種資安縱深防禦工具和技術來防範威脅。醫院透過有效的管理方式,就能杜絕大多數的攻擊嘗試,讓IT有餘力應付高明的駭客,而不會因層出不窮的事件疲於奔命,這也是IT防禦的心法。
資料來源:https://www.ithome.com.tw/news/144262
同時也有1部Youtube影片,追蹤數超過49萬的網紅觀點,也在其Youtube影片中提到,主持人:陳揮文 節目時間:週一至週五 18:00-19:00 ◎節目內容大綱: 第一段: 一,建防火牆 韓國瑜競選團隊發言人首日上工 二,身兼市政國政 韓不宜站第一線被堵麥聯訪 三,主播轉發言人 新手上路需要相當時間歷練 四,「福委會」風波 韓辦0808第一篇新聞稿 五,不求有功、但求無過 新聞...
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Taiwan Can Achieve More,
But It Takes Bilingualism
台灣可成就更高 但需要「雙語國力」
《作者從事與雙語教育相關的工作已斷斷續續30餘年。雙語已成國策,那就身體力行,開始用雙語發表意見吧。歡迎讀者對此形式提供您的意見及指教》
Among all sustaining forces, what Taiwan lacks most is the force of language. When people talk about a country’s competitiveness, most likely the main benchmarks are the military force, wealth force, technology force or even cultural force. The concept of“Force of Language”rarely came into mind. But in fact, linguistic capability is one of the key factors that can make or break a country in the long run , if not in the short.
在所有的可持續力量中,台灣最缺的就是語言的力量。當人們談論國家的競爭力時,通常主要的標竿都是軍事力量、財富力量、技術力量,甚至文化力量,而想都想不到「語言力量」這回事。但事實上,語言表達的能力,遲早也將是國家成敗的關鍵要素之一。
Examples are plenty. Take the tiny country of Singapore as a sample. Its existence and survival rests upon its capacity in applying and managing multi-lingual resources. Without that force of language, it can’t possibly thrive in a geographical setting as complex as this – with Malaysia on the north, Indonesia on the South-West, India to the West, and, particularly, the landmass of China up north. Geography is both a blessing and a curse to the country of Singapore, but its multi-linguistic capacity is a pure blessing. Without it, Singapore would still have been a trading center in that region and there is no way for it to have become one of the worldwide financial centers as today.
例子不勝枚舉,小小的新加坡就是一個樣本。它的生存,基於它運用、管理多重語言資源的氣度和能力。若缺少了這種「語言國力」,新加坡不可能在如此複雜的地理環境下茁壯 – 北有馬來西亞,西南有印度尼西亞,西有印度,尤其遠遠的北方還有中國這樣一塊大陸。地緣對新加坡這個國家既是祝福也是詛咒,但其多語能量則是百分之百的祝福。若非掌握語言國力,新加坡或許還能成為區域的貿易中心,但沒有可能變成今日的世界金融中心之一。
Hong Kong, in the past tense, also benefited tremendously from its bilingualism. By comparison, the mighty city of Shanghai in China will never replace the economic role Hong Kong used to play for China. I remember a sharp comment made by the past Premier of Singapore, Mr. Lee Kuan Yew. Many years ago when visiting Taiwan, he was asked this question by a reporter : “Can you foresee Shanghai replacing Hong Kong one day“? “Never!”was Lee’s reply. “Why?” Here comes the issue of the force of language, “Because I simply can’t see that the Shanghainese can speak better English than the Hong Kong people”. End of discussion.
香港在過去,也大大得利於它的雙語能力。相較之下,中國上海這個巨型城市,永遠也無法取代過去香港對中國的經濟角色。我猶記得新加坡前總理李光耀的一針見血評論。多年前在造訪台灣時,記者問他:「你能預見上海有一天取代香港嗎」?「絕不可能!」李光耀回答。「為什麼呢」?這裡就看出語言的力量了,「因為我根本看不到上海人的英文能力有超過香港人的一天」。討論就此結束。
Taiwan is good at technology as well as in many other aspects. It produces over 50% of the high-end semiconductor chips for the world’s high-end industrial and military uses, and it also designs at least 25% of the chips for world’s daily electronic devices. Which means, should Taiwan’s economic activities be disrupted by a hostile party , or even worse, should the island country fall under a hostile party’s control, as a consequence, the entire world would be affected severely, even to the point of functionally inoperative.
台灣在科技上很行,其他方面也不錯。在世界的高端工業及軍事應用中,台灣生產的高端半導體晶片佔比超過50%。在日常生活的電子設備上,台灣設計的晶片也至少佔比25%。這意味著,若台灣的經濟活動被某個敵意方擾亂,或在更糟情況下台灣這個島嶼國家落入敵意方的控制,後果將嚴重波及整個世界,甚至導致世界在功能上無法運作。
On top of that, Taiwan is ingenious in meeting unconventional demands for outlandish components. The most apparent case would be that of the birth of Tesla. When Elon Musk couldn’t get designers and factories from other parts of the world to risk making his non-heard-of components, he came to Taiwan and found willing and capable suppliers. Without the ingenuity of Taiwan’s able engineers, Tesla’s EV could have been delayed for many more years and might even have missed its first-to-market timing.
此外,台灣在非傳統、奇思妙想的零組件領域也很高明。最顯著的例子就是特斯拉的誕生。當伊隆馬斯克在世界其他地方碰壁、沒有工廠和設計師願意為他冒險製造那些聽都沒聽過的零組件的時候,他來到台灣找到了出路和供應商。沒有台灣的這份高明和工程師,特斯拉的電動車可能延誤多年,甚至失去市場首發的時機。
In the political arena, Taiwan has been firmly placed in the first tier among countries of democracy. To be fair, Taiwanese citizens still stand eager for eliminating the residual, inherited authoritarian elements in its political system; however, from a global standpoint, the mere presence of this remaining endeavor, by itself, proves that Taiwan has already passed the point of no return of an evolving democratic country.
在政治競技場,台灣已經被牢牢放在了民主國家的前列。但還是得公平地說,台灣公民還在熱切得期待把自己政治體制中那些殘留的、繼承來的威權成份加以剷除。然而從全球眼光來看,這種熱切現象的本身,就足以證明台灣作為一個民主還在演化的國家,在道路上已經沒有回頭餘地了。
In any aspect, Taiwan should have received a much higher level of acknowledgement from the international community than what it gets now. It makes people wonder why it didn’t.
無論哪個角度,台灣都應該得到比現在更高的國際認可和關注。這讓人感到奇怪,為什麼不是這樣呢?
Sure, one can blame the “Cut-Taiwan-off-the-World” program that the neighboring CCP (Chinese Communist Party) exercised. But blaming is not productive, not in everyday life nor in politics. We need self-assertive solutions much more than airing complaints.
當然,我們可以歸咎於中共的「切斷台灣的世界聯繫」招數。但是,歸咎往往是不起積極作用的,在生活中如此,在政治上也一樣。自我斷然提出解決方案,遠比時時抱怨要重要的多。
Citizens in Taiwan need to be able to speak out for Taiwan, not waiting for others to speak for it. To speak out to the world, you need languages! Presently, over 90% of the citizens on this island write and speak in just one language : the written Mandarin Character and the spoken Mandarin plus dialects.
台灣公民有必要自己為台灣發聲,而不是只等待第三方替台灣發聲。既然要自己對世界發聲,那就需要語言(國力)!當前,90%的台灣公民只會用單一的語種書寫和表達:書面的華文系方塊字,和華語加上數種方言。
This causes consequences in two-folds. On the political side, when Taiwan citizens shout in Mandarin, only people who understand Mandarin in other parts of the world can know what Taiwan is shouting for. Sadly, 96% of those who understand are under the firewall enclosure in China. Furthermore, Taiwanese messages are being censored, twisted and manipulated by the CCP in order to prevent its subjects from hearing it.
這造成了雙重後果。在政治面,當台灣公民用華語呼喊時,世界上只有聽得懂華語的人知道台灣在呼喊什麼。遺憾的是,96%聽得懂華語的人被鎖在中國的防火牆內。更糟的是,中共為了防止其控制的人民聽懂,持續不斷得堵絕、扭曲、操弄來自台灣的訊息。
On the economy side, although the top-layer of the academics, businessmen and technical elites are all quite proficient with a second language, mostly English or Japanese, the majority of the able engineers and middle managers in Taiwan cannot communicate efficiently enough to bring out their personal or organizational potentials.
在經濟面,雖然頂端的學術工作者、企業家、技術精英都有不錯的外語能力,例如英文或日文,但是大多數的能幹工程師和中層管理者,還無法有效的通過外語溝通以展示他們自身或組織的真實潛力。
It’s such an obvious yet ignored national issue : Taiwan needs bilingualism for its political sustainability and economic prosperity. A thriving bilingualism in Taiwan can be achieved by flipping its mentality towards education, or by changing its attitudes towards “outsiders” and installing a more open-minded immigration policy.
如此明顯的國家級議題卻遭到忽視:台灣的政治可持續及經濟的繁榮,非需要「雙語國力」不可。若想如火如荼的推動雙語國力,有兩條路可走,一是翻轉其對教育之心態,或改變對「外來者」的態度、建立一套更開放的移民政策。
Either way, Taiwan must implement a bold and innovative approach to this “force of language” challenge. And that approach can start today. Are you ready? Yes, I meant YOU!
不論採哪一種方式,台灣對這「語言國力」的挑戰,必須實施一種既大膽又創新的路數。今天就可以開始,你準備好了嗎?沒錯,說的就是你!
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束、推動台灣世界地位、思考人類文明未來的園地
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佈署 IoT Edge 和霧運算技術以開發智慧建築服務
2021年2月19日 星期五
《3S MARKET》這篇報導把物聯網的架構與實作,描寫的非常詳細,雖然在建築的細節上描述不多,但報導中也提及這是個實際驗證,可適用在很多的場域。不知道,有多少人真正看得懂?當然,連這篇都看不懂的人,就別說他真正了解物聯網、Edge 與 Cloud。
事實上這篇報導的描述不難了解,真正物聯網與邊緣運算的挑戰,是在實作。實作真正面臨的,是這些數據處理、融合、分析上的完整度,還有 —— 找到實作的場景!
摘要
基於 SoC 架構的嵌入式系統的進步,使許多商業設備的開發變得足夠強大,足以運行操作系統和複雜的算法。這些設備整合了一組具有連通性、運算能力和成本降低的不同感測器。在這種情況下,物聯網(IoT)的潛力不斷增加,並帶來了其他發展可能性:「事物」現在可以增加數據源附近的運算量;因此,可以在本地系統上,佈署不同的物聯網服務。
這種範例稱為「邊緣運算」,它整合了物聯網技術和雲端運算系統。邊緣運算可以減少感測器與中央數據中心之間,所需的通信頻寬。此方法需要管理感測器、執行器、嵌入式設備,和可能不連續連接到網路的其他資源(例如智慧手機)。這種趨勢對於智慧建築設計非常有吸引力,在智慧建築設計中,必須整合不同的子系統(能源、氣候控制、安全性、舒適性、使用者服務、維護和營運成本)以開發智慧設施。在這項工作中,分析和提出了一種基於邊緣運算範例的智慧服務設計方法。
這種新穎的方法,克服了現有設計中與服務的互操作性,和可伸縮性有關的一些缺點。描述了基於嵌入式設備的實驗架構。能源管理、安全系統、氣候控制和資訊服務,是實施新智慧設施的子系統。
1. 簡介
建築自動化系統使用開放式通信標準和介面,可以整合多種不同的建築控制規則,例如供暖、通風、空調、照明和百葉窗、安全功能和設備。但是,現有建築物通常不具有這些系統。
通常,每種安裝類型都提供特定的服務:供暖通風和空調(HVAC)控制氣候服務,攝影機和感測器提供安全服務等。僅當設計能源管理系統時,不同的子系統相關,但僅透過以下方式,連接建築物的能源管理系統。能源管理服務,集中在專用軟體中。
對於使用者和維護技術人員來說,提供不同服務的不同製造商,發現很難整合新的服務和功能。自動化建築將用於控制和數據採集的軟體,與工業協議和介面整合在一起。此外,將新服務整合到這種解決方案中並不容易,這取決於已安裝軟體的開發。
這些工業發展還為能源管理,提供了雲端連接解決方案和智慧服務。這些服務,也在集中式電腦系統中開發。數據被傳輸到這些系統或雲端進行分析。本文提出使用佈署在物聯網(IoT)技術中的邊緣和霧運算範例,主要有兩個目的:
A. 在自動化和非自動化建築物中,促進新的智慧和可互操作服務的整合(整合)。
B. 允許在建築物的所有子系統之間,分配智慧服務(互操作性)。
透過該建議,可以促進建築物子系統之間的關係。它還促進創建新的智慧服務(例如,新的分佈式智慧控制算法;使用電源管理捕獲的數據,來檢測人類活動;捕獲設備連接的模式辨識,運算可再生電力預測,在安全服務中使用電力數據等)。在這項工作中,我們設計了一個中間軟體的體系結構,該體系結構具有兩個主要層,這些層基於嵌入式設備、IoT 通信協議和硬體支援,來開發人工智慧算法(圖1)。
為了實現這一目標,我們在建築物的設施中添加了兩個概念等級:邊緣節點和霧節點。每個等級都有不同種類的設備和功能。我們佈署並實現了基於層的中間軟體的體系結構,以對模式進行實驗。
本文的組織結構如下:第 2 節回顧了智慧建築技術,建築物中的 IoT 佈署以及邊緣運算範例。第 3 節提出了一種在建築物(自動與否)中佈署邊緣和霧運算範例的方法。第 4 節介紹了進行的實驗。最後,第 5 節介紹了結論和未來的工作。
2. 相關工作
本節介紹與這項工作相關的主要研究領域。首先,我們在分析雲端運算層之後,回顧了基於邊緣運算範例的資源和服務供應。最後,我們研究了實現智慧建築的技術,並在最後的小節中,總結了先前研究的貢獻。
2.1. 邊緣運算資源和服務供應
最近,網路在兩端被標記為「邊緣」和「核心」,以查明處理發生的位置。邊緣端靠近數據源和使用者,核心端由雲端伺服器組成。透過這種方式,邊緣運算範例將運算推送到 IoT 網路的邊緣,以減少數據處理延遲,和發送到雲端的數據數量。基於雲端的後端,可以處理對時間不太敏感,或源設備本身不需要結果的處理請求(例如,物聯網網路狀態下的大數據分析)。
在邊緣運算資源供應方面,正在進行的 Horizon 2020 RECAP 項目,提出了一種整合的雲端 - 邊緣 - 霧端架構,目的在解決應用放置、基礎架構管理和容量供應。雲端/邊緣基礎架構監控功能豐富了應用,基礎架構和工作負載模型,這些模型又被回饋到優化系統中,該系統可以協調應用並持續配置基礎架構。
徐等人進行的研究。 提出了一種用於邊緣運算的實用感知資源分配方法,稱為 Zenith。借助 Zenith,服務提供商可以與邊緣基礎設施提供商,建立資源共享合同,從而允許延遲感知資源調配算法,以滿足其延遲需求的方式,來調度邊緣任務。
邊緣節點資源管理(簡稱 ENORM),是管理邊緣/霧節點資源的框架,可透過監控應用需求,來自動擴展邊緣節點。可以透過靜態優先等級分配,來確定特定應用的優先等級。供應和自動縮放機制,是基於線性搜索的相對簡單的實現。
當源本身是可行動的時,邊緣雲範例也是可行的。 Chen 等人研究了行動設備向邊緣節點(特別是在無線電接入網路邊緣)的智慧運算分流。在這項工作中,作者提供了任務卸載算法,將分佈式運算卸載決策表述,為多使用者運算卸載功能。在同一項工作中,Wang 等人研究了聯合協調卸載任務,到多個邊緣節點的問題,並提出在邊緣等級引入及准入控制,以及兩階段調度方法,與傳統的最近邊緣選擇方法相比,改進了卸載性能。
2.2. 雲端運算服務配置
就社會和行業採用資訊技術而言,雲端運算範例是最具創新性的策略之一。提供的優勢提高了效率,並降低了成本,同時提供了可透過 Internet,普遍存取訪問的按需 IT 資源和服務。
當前,雲端運算服務種類繁多,甚至如何提供,這是一個受到廣泛研究的主題,正在提出許多的方案。甚至有評論總結了雲端運算範例的相關研究。
本小節介紹了有關以下問題的先前工作,這些問題與本手稿的主題有關:(i)安全性; (ii)服務品質(QoS); (iii)提供邊緣服務。
(i)安全是雲端運算中一個具有挑戰性的問題。雲端服務位於應用環境之外,並且超出了防火牆的保護範圍,因此,需要附加的安全層。另外,邊緣和霧運算應用的行動性和異構性,使得難以定義單個過程。因此,需要一種分佈式安全策略。
此外,必須有一個標準化的環境,才能正確解決此問題,並指定霧運算和邊緣設備,如何相互協作。網路邊緣上的多個霧節點之間的敏感數據通信,需要資源受限的事物的輕量級解決方案。另一個與安全性相關的問題是數據位置。在雲端中運行數據分析是很常見的。因此,關於數據安全或隱私的公有雲與私有雲的爭論就出現了。
(ii)分配給雲端應用的資源,通常是根據合同規定的服務水準協議(SLA)所設置的。但是,實際上,由於偶爾執行大量事務,而導致分配的基礎結構飽和,可能會出現瓶頸。為了解決此問題,可以在資源可用時,動態擴展雲端基礎架構。當前,最具創新性的趨勢,目的在建構自動 SLA 合同合規系統。在 Faniyi 和 Bahsoon,以及 Singh 和 Chana 進行的研究中,可以找到與品質服務管理相關建議的詳盡綜述。考慮到這一點,提出了幾種策略來預測,應用的資源需求和 QoS 的要求。最近的工作試圖將安全性和 QoS 問題結合起來,以提供全面的性能指標。
(iii)最後,濫用雲端服務,是該領域的另一個問題。物聯網環境是霧和邊緣設備不斷加入或離開,動態的執行前後關聯。因此必須在網路邊緣提供彈性的服務。為此,在網路的可用設備之間,共享應用工作負載,可以為高階運算應用提供靈活性。提出了可靠的服務供應方法,來為系統提供更高的彈性,並提供靈活和優化的雲端服務。
在本主題中,將雲端框架和中間軟體技術,設置為與雲端層,以及具有不同介面操作系統,和體系結構的設備之間,進行通信的平台。
2.3. 物聯網在建築服務工程中
物聯網開發為在建築物上,開發數位服務提供了新資源。建築物中常見的物聯網應用,包括節能的過程環節、維護改進、雜務自動化和增強安全性。由於全球變暖,建築物的節能是一個重要的課題。
物聯網技術引入智慧建築,不僅可以減少本地溫室氣體排放,還可以將減少溫室效應擴大到更大的領域。目前,物聯網還被用於建築領域,以協助設施管理。物聯網使營運系統能夠提供更準確和更有用的資訊,從而改善營運,並為房客租戶提供最佳體驗。有基於物聯網的建議,這些建議顯示建築系統,如何與雲端進行通信,並分析所獲取的數據,以開發新的業務見解,從而能夠推動真正的增值和更高的績效。
實驗研究顯示,物聯網平台不僅可以改善,工業能源管理系統中實體的互連性,而且可以降低工業設施的能源成本。 FacilitiesNet 表示,建築物聯網(BIoT)正在推動我們獲取資訊,彼此互動和做出決策的方式發生重大轉變。BIoT 不僅與連接性或設備數量有關,而且還與交付實際和相關結果有關。當前,有很多基於物聯網的智慧家庭應用的例子。
然而,智慧設備或「物」,僅僅是連接到網路的設備或嵌入式系統。增值來自設計協調系統,和提供智慧服務,以提供實際收益的能力。這些特徵基本上,取決於對不同類型連接事物的異質性,及其互操作性的管理,並取決於數據處理提供的情報潛力。
Tolga 和 Esra 進行的研究得出的結論是,就智慧家庭系統中的軟體和硬體而言,物聯網技術尚未變得穩定。原因之一,有可能是物聯網技術仍處於發展階段。McEIhannon 所撰寫有關物聯網應用的邊緣雲和邊緣運算的未來,其評論得出了類似的結論。這篇評論提到概念和發展,目前還處於早期階段,從學術和行業的角度來看,許多挑戰都需要解決。
物聯網帶來了新的機會,但許多企業仍在尋求了解和分析,其將如何影響,並與現有的 IT 結構和管理策略整合。為此,必須創建專門的使用模式和技術,來彌合這一差距。
2.4. 發現
以下結論闡明了這項研究建議的新穎之處:
雲端運算作為「實用」的一般概念,非常適合智慧家庭應用的常規需求。但是,在某些情況下,將所有運算都移到雲端中,是不切實際的。
邊緣計算作為一種計算範例而出現,可以在物聯網設備生成的數據附近執行計算。這種範例可能有助於滿足最新應用的安全性和 QoS 的要求。
當前,控制子系統的高級建築設施,通常使用 Internet、IoT 協議和 Web 服務。專有系統是使用標準的 Internet 通信協議設計的,用於管制和監控。先前的工作顯示,基於無線感測器網路、Web 介面和工業控制模式,用於氣候控制、電源管理或安全性的控制系統,使用不同的監視和控制技術。監控應用分析,得自監控和數據採集系統中的這些子系統。對於不同的子系統,有不同的解決方案。考慮到上述情況,本工作中提出的模式,引入了以下新穎元素:
A. 介紹了一種分層架構(整合了邊緣和霧端等級),以及提供子系統之間互操作性,以及在建築物控制中開發智慧服務的方法,該方法使用了邊緣和霧端範例,這些範例將 IoT 協議整合在一起,並在本地 Intranet 中操作 AI 技術,讓雲端服務的通信層,完善了該層的架構。
B. 介紹了一種基於使用者為中心的方法,用於在互操作性需求下設計、驗證和改進新服務。
C. 該提案允許使用可以在已建的建築物中,實施的非專有硬體和軟體系統。
3. 計算模式設計
建築物中的設施子系統分為有照明、氣候、能源、安全、警報、電梯等。在自動化建築中,這些子系統由專門的控制技術控制和監控。在非自動化建築物中,不存在這些服務,並且子系統透過電子和電氣方式進行控制。在這兩種情況下,所有子系統都為建築營運,提供必要的服務。
從邏輯上講,每個子系統都在其場景中起作用,並且不能與其他子系統互操作。嵌入式電子控制器和連接的不同感測器,可以使每個子系統自動化。這些服務都是基於直接反應性控制規則。除了嵌入式控制系統和感測器之外,通信技術(基於 Internet 協議)和新的行動設備還為開發管制、監控和數據訪問服務,提供了新的可能性。
在智慧型動設備上開發,並連接到 Web 伺服器的人機介面和專用應用,是近年來已實現的服務的範例。每個子系統中的專家(氣候、安全性、電源等),都具有可以轉換為專家規則的知識。這些規則被轉換為用於管理、維護、控制、優化和其他活動的控制算法。這些規則是可以,在可程式設備上編程和實現的。但是,它們是靜態的,不會在出現新情況時發生變化,並且不能互操作,也無法適應每個安裝的特性。
例如,氣候或安全專家決定,如何使用標準啟動條件,來配置每個子系統。每個控制規則僅在一個子系統(此範例中為氣候或安全性)中工作,因此,這些子系統之間沒有互操作性。考慮到這種情況,提出的模式有助於並允許,基於不同子系統的互操作性,來整合新的數位服務,並將人工智慧(AI)技術的新服務,引入當前設施。
例如,諸如電梯控制的設施,可以用於安全服務或建築能源管理服務。氣候控制設施,可以與安全子系統整合在一起。整合到模式中的天氣預報軟體系統,可以由能源管理服務,或建築物空調服務使用。
目的是讓每個子系統中的專家,參與設計整合服務,並將所有子系統轉換為可互操作的系統。該模式會開發自動規則,並允許在考慮安裝行為本身的情況下進行決策。該模式基於一個過程,該過程包括四個開發階段(圖2)和分為不同級別的硬體 - 軟體體系結構(圖3)。該體系結構的主要等級,是邊緣等級和霧等級。這兩個層次介紹了在建築物中,應用物聯網技術的新穎性。下面介紹了模式的各個階段(分析、設計、實施和啟動)。
.分析:在此階段確定了不同的專家使用者(氣候、安全、電力、水、能源、管理人員,以及資訊和通信技術(ICT)技術人員)。諮詢專家使用者,以指定需要控制的主要過程。資訊通信技術專家作為整合環節,參與了這一過程。第一種方法產生了設計控制規則,和潛在服務所需的事物(對象)。在此階段,使用以使用者為中心的方法,並捕獲子系統的需求。
.設計:我們提出了一個三層架構(邊緣、霧端和雲端),如圖 3 所示。
.實施和數據分析:在此階段中已安裝和整合了子系統。服務基於每個子系統中的規則,分析事物(對象)生成的數據,以設計基於機器學習的服務。
.啟動:最初,在每個子系統的監督下制訂專家規則。然後,使用回饋過程安裝規則。最後,透過人工智慧技術,可以推斷出自動的和經過調整的規則。
3.1. 分析與設計
專家使用者對此過程,進行不同的審查。以使用者為中心的技術,用於設計整合流程。目的是獲得所需的所有事物(對象),它們之間的關係,以及潛在的服務。一旦指定了事物(對象)和服務,就必須關聯通信協議和控制技術。選擇了物聯網協議和嵌入式控制器;提出了人機介面;指定了邊緣層和霧層及其功能;分析專家規則和智慧服務。最後,提出了維護和操作方法。所有這些任務在專家技術人員,和資訊技術專家之間共享。
結果是事物的定義,它們之間的關係,以及與邊緣和霧層的交互作用。該過程中代表了建築物的所有子系統,數據感測器、執行器、控制器、規則和過程經過設計,可以整合所有子系統。數據集、對象和設備,由物聯網概念表示。事物由具有狀態和配置數據的實體,和前後關聯組成。事物數據位於霧和邊緣節點中,儲存的不同配置中的關聯性。
事物以數據向量表示:[ID、類型、節點、前後關聯情境]。
– ID是辨識碼。
– 類型可以是感測器、執行器、變量、過程、設備、介面、數據儲存,或可以在 IoT 生態系統中寫入、處理、通信、儲存或讀取數據的任何對象。
– 節點指定建築物子系統、功能描述、層類型(邊緣、霧端、通信或雲端)、IoT 協議和時程存取訪問。
– 前後關聯表示在 IoT 生態系統中,用於發布或讀取數據的時間、日期、位置,與其他事物的關係、狀態和訪問頻率。
表 1 是由事物([ID、類型、節點])。所有事物都可以訪問配置文件(CF),以了解如何使用可用數據,以及如何使用適當的訪問權限配置新數據。前後關聯數據位於內建記憶體,或是靜態儲存。使用定義的事物,設計不同的控制規則。這些控制規則是分佈在連接到網路的不同嵌入式系統中,控制過程的一部分。事物表示佈署在安裝的不同子系統中,所有的可用資源。在此等級上,設計師對所有事物進行分析、指定和關聯。基本控制算法是使用此資訊實現的。配置關聯性允許層和設備之間,所有事物的互操作性。
在此階段的另一級設計,必須提出物聯網管理中,使用的節點要求和規範。設計的流程和服務,將在邊緣或模糊節點中實施。必須指定每個節點,以確定其內部功能、通信及其服務。在獲取數據的地方,開發了智慧和處理能力。邊緣和霧層的節點,位於數據感測器、執行器和控制器附近。本文提出的方法,使用具有兩個功能的兩層(邊緣和霧端)。每一層都可以佈署互連節點的網路,以促進互操作性。
邊緣和霧層的功能是:
邊緣層功能:在連接感測器/執行器的嵌入式設備上,開發的控制軟體。某些 AI 算法可以安裝在邊緣節點上。中央處理器(CPU)和計算資源有限。安裝了通信介面,以允許在本地網路中進行整合。
霧層功能:局域網級別的通信、AI 範例、儲存、配置關聯性和監控活動。霧節點透過處理、通信和儲存,來處理 IoT 的Gateway、伺服器設備,或其他設備中的數據。在此等級實施本地、全球的整合服務。利用這些節點的硬體、軟體和通信功能,開發了基於機器學習範例的算法。霧層設備還可以在很少單位的設施或服務中,執行邊緣節點功能。
透過這兩個等級,可以優化建築設施,以獲得不同子系統之間的整合和互操作性。
表 1 顯示了每件事與關聯性配置,和節點規範的關係。節點標識其所屬的子系統(控制、能源、氣候等),層(霧端、邊緣、通信和雲端)及其執行的功能。
3.2. 架構設計
在分析和設計階段,獲得對象(事物)及其關係。規範和要求用於實現每個層。實施取決於提供所需功能的設計,和現有技術(硬體、通信和軟體)。在此階段,開發了一種適合現有設施的體系結構。物聯網協議提供互操作性,而 AI 範例則提供了適應性和優化性。邊緣運算節點用於控制設備,霧運算節點安裝在本地網路節點上。這些等級為配置、安裝和運行新流程,提供了強大的資源。
物聯網協議,傳達所有子系統數據。每個子系統由對象/事物(虛擬等級)組成,安裝為可連接的感測器/執行器/控制器設備(硬體等級)。
物聯網通信中,針對建築場景建立的要求是:標準協議、低功耗、易於存取訪問和維護、支援整合新模組,非專有硬體或軟體,以及低成本設備。
MQTT 協議,是目的在用於提供整合和互操作性資源,異構通信場景的主要物聯網協議之一。該協議被提議作為感測器、執行器、控制器、通信設備,和子系統之間的通信範例。
MQTT 協議的一些主要功能,在不同的著作中有所顯示,這使其特別適合於這項研究。他們之中有一些是:
.它是針對資源受限的場景開發的發布 - 訂閱消息協議。
.它具有低頻寬要求。
.這是一個非常節能的協議。
.編程資源非常簡單,使其特別適合於嵌入式設備。
.具有三個 QoS 等級,它提供了可靠和安全的通信。
MQTT 開發了無所不在的網路,該網路支持 n-m 節點通信模式。任何節點都可以查詢其他節點,並對其進行查詢。在這些情況下,任何節點都可以充當基地台的角色,能夠將其資訊傳輸到遠端處理位置。無處不在的感測器網路(USN)中的節點,可以處理本地數據。如果使用 Gateway,則它們具有全局可訪問性;他們可以提供擴展服務。
節點(邊緣或霧),可以具有本地和全局存取訪問權限。這些設施具有不同的可能性和益處。本地數據處理,對於基本過程控制是必需的,而全局處理則可用於模式檢測和資訊生成。從這個意義上講,擬議的平台使用了組合功能:連接到 IoT 雲端服務,本地網路區域上不同的 USN。在這種情況下,運算層(邊緣或模糊等級)將用作控制流程和雲端服務之間的介面。該層可以在與雲端進行通信之前,進行處理數據。
實現邊緣和霧端運算節點需要執行三個操作:
.連接和通信服務:所有設備必須在同一網路中,並且可以互操作。所有感測器和執行器都可用於開發服務。此活動的一個示例,是在 Internet 上遠端讀取建築物的電源參數、環境條件和開放的天氣預報數據。此活動中應實現其他功能,例如連接的安全性、可靠性和互操作性。
.嵌入式設備(邊緣運算層)中的控制算法和數據處理:在此活動中,這些設備中實現的基本控制規則和數據分析服務,可以開發新功能。此階段可以應用於數據過濾、運算氣候數據或分析功耗、直接反應控製,或使用模式辨識技術檢測事件。
.Gateway 節點(霧運算層)上的高階服務:此等級使用和管理 AI 範例,和 IoT 通信協議。霧運算節點對數據執行智慧分析,對其進行儲存,過濾並將其傳遞到不同等級,以糾正較低級別的新控制措施,或者生成雲端中服務感興趣的資訊。此階段的應用示例,包括分析新模式、預測用水量,或功耗、智慧檢測和其他預測服務。
3.3. 測試與回饋
在測試階段使用標準方法,邊緣和霧層提供不同的功能。提出了針對不同子系統的機器學習模式,並且可以將其安裝在邊緣或霧節點上。必須執行以下操作,來測試機器學習應用:
A. 定義和捕獲數據集:必須辨識、捕獲和儲存主要變量。在不同的建築子系統中,過程數據集是由連接到邊緣層的感測器捕獲的數據。使用通信協議監控和儲存數據集。一個案例是電表,該電表在配電盤中連接到嵌入式設備(邊緣節點),該嵌入式設備傳送電力數據,以在霧節點設備中儲存和處理。
B. 訓練數據集和形式辨識模式。先前數據集的一個子集,用於訓練不同的模式。評估針對從未用於訓練的數據測試模式,此過程的結果已由專家使用者驗證。目的是獲得一組代表性的結果,以了解模式在現實世界中的表現。
C. 實際場景中的驗證:必須在邊緣和霧節點上,實施新的服務和控制算法。這些模式具有用於分析數據,實施特定模式,並使用結果開發最佳參數的算法。在此階段,可以修改或進行改善模式。
D. 用統計術語和模式演變,得出測試結果:基於 AI 算法的模式而將產生近似值,而不是精確的結果。分析應用結果以確定置信度,並允許模式演化。該活動支持開發新的 AI 服務,或對已實現的算法進行修改。有監督的自動更改,是維護和改進系統的過程。此階段的過程,包括所有模式層。
建議對使用邊緣和霧,任何的安裝進行這些活動。如前所述,該模式既可以安裝在既有舊的建築物中,也可以安裝在新建築物中。對於新建築設計,基於建議模式的安裝更易於整合。此外,可以提供的服務的潛力,也使其對於既有建築物具有吸引力。
4.在建築子系統中,實施智慧服務
該模式在預先存在的住宅建築物上,進行了測試。設計和實施電源管理、管制和監控服務。物聯網協議(MQTT 和 HTTP)和 ML 範例,用於建議的層體系結構。基於 KNN 的機器學習方法,和樹決策算法用於管理功耗(家用電器),和可再生能源發電(風能和太陽能)。使用房屋中的霧節點,在雲端平台上實現監控和統計數據。該節點連接到控制可再生,和家用電器子系統的不同邊緣節點。
在圖 6 中,邊緣節點,整合在先前安裝的可再生子系統中。透過邊緣層上的這種新設備、電源管理、安全控制和操作流程得以整合,並且可以與其他子系統互操作。可以設計新的智慧服務。邊緣節點將數據傳輸到霧節點 Gateway,該 Gateway 管理功耗和發電,並控製家用電器。該節點中的輸入,是可再生能源發電的數據。輸出控件是 ON-OFF 開關,用於優化發電、安全性和操作。
4.1. 分析與設計
分析了住宅建築,以設計電源管理,安全和控制服務。 在第一種方法中,所需的主要事物(對象),它們之間的關係和不同的服務,如表 2 所示。
4.2. 執行
分析房屋中的建築子系統,以整合這個執行模式層:邊緣控制、霧服務,與雲端的通信和雲端服務。 選擇了本實驗工作中使用的感測器、執行器和控制過程(事物)。 表 3 列出了使用的嵌入式設備。
家庭服務中的控制過程,需要反應時間和互操作性。人機介面、數據存取訪問和分析服務,是本地和雲端運算上的服務。上面提到的兩個需求,都使用不同的協議處理:控制/通信上的 MQTT,和雲端服務上的 HTTP(RESTful API)是用於整合,並使所有子系統互操作的 IoT 協議。在提出的該層模式中,還使用 MQTT 協議、控制、數據處理,以及使用 RESTful 協議,到雲端的數據通信,來開發機器對機器(M2M)應用。
MQTT 使用開放的消息協議,該協議可以將遙測樣式的數據(即在遠端位置收集的測量結果),以消息的形式,從設備和感測器,沿著不可靠或受約束的網路傳輸,到伺服器(BROKER)。消息是簡單、緊湊的二進制數據包,有效載荷(壓縮的標頭,比超連結傳輸協議(HTTP)少得多的詳細資訊),並且非常適合推送簡單的消息傳遞方案,例如溫度更新或移動通知。例如,消息也可以很好地用於,將受約束的或更小的設備,和感測器連接到 Web 服務。
MQTT 通信協議,使所有對象可以互操作。透過此協議實現的發布者和訂閱者模式,可以互連所有設備和事物。該通信層由安裝在霧節點上的代理設備管理。不同的發布者和訂閱者,在不同的節點上實現。安裝了一個 Gateway 設備(霧節點)和兩個嵌入式控制器(邊緣節點),來控製家用電器和電源管理。事物和流程佈署在所有節點上。
邊緣節點控制子系統,霧節點根據決策樹,以及專家定義的規則,實現 AI 範例。霧設備將數據傳輸到雲端平台,以開發儀表板螢幕,來監看子系統的狀態。
可以開發新的雲端平台服務:事件檢測、機器學習處理、統計分析等。專家使用者設計基本的控制算法。在學習和訓練過程之後,將根據專家系統的結果,對這些算法進行調整和修改。在這項工作中,目標是在不損失生產力的情況下優化資源(控制和能源)。在邊緣或霧節點中,執行不同的控製過程;分類過程和決策樹在霧節點中實現。算法以 Python 語言實現。此語言的開源庫用於不同的應用。
4.3. 佈署與測試
對於現有建築物,邊緣節點交錯插入已安裝的控制器、配電板,以及感測器和執行器中。如果在分析階段指定了新的東西(電錶、氣候和控制器),則會安裝一些新的感測器/執行器。這項工作中佈署的邊緣節點具有以下優點:
.請勿干擾先前的安裝操作。
.他們使用新的專家規則和自動規則,引入新控件。
.他們測試和重新配置,在分析、學習和測試驗證中,設計更新的專家規則。
圖 7. 佈署在配電盤中的節點。 使用 IoT 協議通信,在不同節點中開發數據捕獲、控制算法、數據分析、儲存和通信服務
在電力管理過程中,專家使用者根據電力消耗、發電量、消耗負荷曲線、氣候數據和氣候預測數據,對具有選定流程的時間表,進行可程式處理。邊緣節點捕獲數據,並將其發送到霧節點。
霧節點處理室內和室外環境的日記數據,以及天氣狀況。霧節點還可以捕獲其他感測器數據。對房屋中的這些數據消耗和生成方式,進行檢測和分類。消費和發電結果,作為數據添加,以便與儲存的數據一起進行分析。可以使用機器學習方法開發,作為家用電器或人類活動檢測的智慧服務(圖8)。
4.3.1. 機器學習:數據捕獲過程(邊緣節點)和家用電器分類(霧節點)
連接在主配電盤中的電表,用於捕獲數據,並使用標準的 K 近似值,最近鄰(KNN)分類算法,來開發形式辨識模式。 KNN 是機器學習系統中最常見的方法之一。電表捕獲電流;如果連接了新的家用電器,則電流數據會更改。不同的家用電器具有不同的變化等級。
用於辨識家用電器的不同模式的主要變量,是連接時的電流水準差異。數據捕獲過程流程圖(圖9),顯示了在邊緣節點中實現的算法,以捕獲預處理並傳遞電力數據。
在此過程中,監督階段使用訓練數據集。接下來,真實場景中的驗證,將測試分類模式。家用分類設備將用於不同的服務:人類活動的辨識、負載控制、可再生能源管理、空調、安全性等。在訓練階段,已捕獲了不同的家用電器開機,以獲得一組形式。每個家庭都有一個矩心向量,將用於分類過程中的檢測。如上面所示的算法所示,分類器處理將產生連接時的電流數據作為輸入。KNN 分類過程流程圖(圖10)描述了 KNN 方法,它在霧節點中實現。
4.3.2. 可再生電源管理。控制電力自耗的決策樹
每個建築物都有不同的需求曲線,以及在接入電網方面的特定情況。為此,整合和可互操作的設施,可以實施適用於每種情況的不同解決方案,從而提供對太陽風資源的最佳管理,優化電源效率,簡化管理流程,並實現最高的成本節省。當可再生能源超過消耗的能源時,在使用 AC 耦合到電網的設施中,會出現問題。
在實驗工作中,太陽能在一天的中央時段的能量,大於所消耗的能量(圖11)。但是,在分析了消耗曲線之後,可以在這段時間內連接負載,以避免注入電網。可以透過設計一種算法,來滿足這一要求,該算法可以預測,何時發生此事件,以自動連接不同的負載。利用所有感測器和執行器的整合,和互操作通信,已經開發了在不同節點中,所實現的算法(圖12)。
13. 在電源管理子系統上開發的決策樹。 它由專業使用者設計,並整合在邊緣節點上。該決策樹的目的,在優化可再生能源的使用。
4.3.3. 基於 Edge 和 Fog 節點的 Control Home
圖 14 顯示了安裝在住宅房間中的邊緣節點。 該節點可以控制四個設備(設備),並捕獲感測器數據(功耗、發電量、溫度、濕度等)。該設備可以使用 MQTT 協議進行通信。該協議允許設備之間,進行其他類型的通信:智慧手機、新邊緣節點等。圖 7 和圖 14 顯示了可以在其他建築物中,佈署的標準實現。在所有系統中,都有配電板,這些配電盤佈署了霧節點和邊緣節點,如圖所示。
4.3.4. 使用物聯網協議的雲端服務
雲端服務可以監控,透過霧節點或人機介面(HMI)訪問的數據。 IoT 協議(MQTT)從任何已連接 Internet 的設備推送數據。事件檢測、儲存統計分析等其他服務,完善了該資源的功能。提供類似服務的不同平台,顯示了商用物聯網技術的狀態:Amazon IoT、Microsoft Azure、Ubidots 和 Thingspeak,是提供 IoT 平台的公司一些案例。提供了資源以及客戶端,和 IoT 平台之間的應用程式介面(API)通信,以便可以使用它們。
用於設計儀表板監控和管制的 HMI 資源,是這些平台上的主要實用功能之一。霧節點使用雲端 API 傳達數據和資訊,可以實施其他控制服務。在這些雲端平台上,預先建構了用於監控數據的儀表板設計。使用 API 實用功能,霧節點中的過程處理,會將數據發送到每個儀表板。API 文件指定了在設備、IoT 平台和 Mobile-Alerts Cloud 之間,交換數據的結構,以及用於加速項目的代碼案例和形成資料庫。
圖 15 顯示了在 Ubidots 雲平台上,設計的儀表板。Ubidots是本實驗工作中使用的物聯網平台。該模式可以在實現這些協議的層,和平台中使用不同的標準協議。圖 16 顯示了在雲端平台中,IF 變量 THEN 動作的事件配置。大多數物聯網平台,都提供此功能。
5. 結論
為了設計物聯網系統,越來越多地提出邊緣霧模式。但是,每個範例都提供特定應用領域的解決方案。不同子系統之間的整合和互操作性,可以改善這種情況,並提供更好的服務。這項工作的主要目的,是透過提出一種基於邊緣層和霧層,兩層體系結構的運算模式,來解決這個問題。透過這兩層,可以基於使用邊緣或霧節點中,嵌入式的設備捕獲數據所產生的新型有用資訊,來設計和開發新服務。這些節點使用雲端平台和 IoT 協議(例如 MQTT)。
MQTT 是作為不同層(霧 – 邊緣 – 雲)之間提出的通信協議,並進行實驗的。雲端平台用於開發儀表板的面板資訊和 Internet 上的新服務,例如控制、儲存和通信事件。該平台可用於透過 API,交付不同的服務。
該模式可以在現有建築物和新建築物中,開發這些服務。在這種情況下,要求每個子系統中的專家和專業人員,參與新服務的設計。
為了測試該模式的功能,並顯示如何在實際設施中,實現該模式,在住宅中進行了一項實驗性工作。在此霧和邊緣節點前後關聯中,描述了實現的幾個範例。開發了模式辨識和決策樹方法,以展示人工智慧在設計 IoT 解決方案中的潛力。已安裝服務的結果顯示,邊緣和霧節點佈署,產生了預期中整合和互操作性的好處。
提出的工作演示了,如何將邊緣和霧範例,整合到可以增強其優勢的新架構中,從而擴展了應用領域。該體系結構的主要科學貢獻,是整合、技術的互操作性,及其為開發 AI 服務提供的設施的範例。所有這些改進,都在已開發的實驗的不同示例中顯示。具體的優化和改進,將在以後的工作中進行。此外,使用機器學習平台,和 AI 範例的新控制規則,將確保可以創建和改進新的智慧服務。
附圖:圖1.自動建構子系統和資訊技術環境。
圖2.基於使用者為中心關係的模式。
圖3.通信架構。 每個等級都有不同的功能。 提出了兩個通信等級:IoT(使用消息隊列遙測傳輸(MQTT))和 Web(使用代表性狀態傳輸(REST)協議)。這些協議的層,涵蓋了已建立的整合和互操作性要求。
圖4. 在建築物的現有設施上實施的邊緣霧架構示例:邊緣節點是較低的層次,必須與安裝的設備進行新連接。互連所有子系統的霧節點,是透過整合連接到邊緣節點的新設備來實現的。邊緣和霧節點,可以佈署在所有建築物子系統中。
圖5. 住宅建築中的第一個實驗工作。
圖6. 整合在先前安裝的可再生子系統中,邊緣節點的示例。 該節點可以使用新算法控制 ON-OFF 開關,以管理發電過程,以及通信和監控電源數據。
表1.事物示例描述。寫入 ID、類型和節點數據,以配置 XML 文件。配置關聯性儲存在霧節點中。
表 2. 實驗工作中的分析和設計要求。
表 3. 實驗室內使用的嵌入式設備。
圖 7 顯示了分佈在配電板上的節點(邊緣和霧狀)。在此節點中,設計並安裝了功率計、ON-OFF 開關控件和 AI 服務。
圖 8. 佈署的智慧電源功能。在霧節點中實施的分類過程,可用於檢測電連接和人類活動。可以使用 IoT 通信實現其他服務
圖9. 邊緣節點中捕獲,並預處理的用電量數據;MQTT 協議用於通信數據。另外,其他節點可以使用捕獲的數據,來提供其他智慧服務,佈署了整合和互操作性。
圖10. 分類過程。處理捕獲的電數據以檢測家用電器連接。可以使用 IoT 協議整合,來設計其他智慧服務。
圖11. 該圖顯示了實驗工作中的消耗和生產數據。 在自儲存的電力自備設施中,沒有儲存並且沒有注入電網,所產生的能量必須即時使用,並且不得超過所消耗的能量。 能源經理必須預測此事件,並提前連接電荷。
圖 12. 用電自耗設施中的可再生電源管理。
圖 13 是在電源管理子系統中,開發的算法的示例。 可以在邊緣節點上安裝此過程。該節點獲取氣候數據預測,並預測系統是否可以在不儲存的情況下,使用可再生能源。
圖14. 佈署的邊緣節點。該節點可以使用新算法,控制 ON-OFF 開關,並可以在每個房間或建築物中,通信和監控感測器數據。
圖 15. 在雲平台上配置的儀表板。顯示了風力發電數據和預測風力。
圖 16. 在雲端平台上配置事件的儀表板:IF 事件 THEN 動作。 該服務顯示了,如何使用雲端訪問來控制設施。與霧節點的 Internet 通信,可以控制建築物中的不同子系統,並使用電子郵件,SMS 或其他 Internet 服務來通報事件。
資料來源:https://3smarket-info.blogspot.com/2021/02/iot-edge.html?m=1&fbclid=IwAR0uijX5WdNrfzmGjVsakFGaEsWivPgyH1zumxVr7fwvvgqtdFFTI6jJXS8
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主持人:陳揮文
節目時間:週一至週五 18:00-19:00
◎節目內容大綱:
第一段:
一,建防火牆 韓國瑜競選團隊發言人首日上工
二,身兼市政國政 韓不宜站第一線被堵麥聯訪
三,主播轉發言人 新手上路需要相當時間歷練
四,「福委會」風波 韓辦0808第一篇新聞稿
五,不求有功、但求無過 新聞稿八股保守沒fu
六,隔行如隔山 所謂聞道有先後 術業有專攻
七,副總統閣揆不分區立委 韓關關難過關關過?
八,完全執政完全負責 2020韓總統藍立院?
九,2020國民黨最後機會 若再搞砸 莫怪別人
十,最新叩應題目:若你是總統最想做什麼?
第二段:
一,政壇震撼 洪秀柱空降台南拼區域立委
二,民進黨王定宇2016狂拿15萬 全國最高票
三,綠15萬、藍5萬 如此懸殊 選戰怎麼打?
四,2014高雄 綠99萬、藍45萬 2018韓流逆轉
五,柱柱姐身體欠安 拼區域立委太吃力太辛苦
六,還柱柱姐2016一個公道 應列不分區第一名
七,拼區域立委? 吳敦義:我是黨主席......
八,當年「元帥東征」 黃信介也曾是黨主席
九,國民黨一票中常委 有多少人願意一戰?
十,剛好顛倒 國民黨柱柱姐太少 中常委太多
第三段:
每日一句2019-0809:
拼台南立委 洪秀柱:台南的魚都是綠的
狗吠火車2019-0809-215-5福委會主委
果凍幕僚失言 綠媒如獲至寶火力全開
韓學經歷不如人 但各大民調一路領先
初選比民調 大選比選票 不必理會五四三
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