Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0101

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0101
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Название доклада
Разработка прототипа масштабируемой сервис-ориентированной программно-аппаратной платформы на основе беспроводных сенсорных и агентных сетей, технологий семантического веба и облачных вычислений в целях агрегации, нормализации, анализа и визуализации больших массивов гетерогенных структурированных, полуструктурированных и неструктурированных данных в распределенной сети электронных потребительских устройств (Internet of Things).
Докладчик
Климов Николай Васильевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка прототипа масштабируемой децентрализованной программно-аппаратной платформы, использующей (а) современные технологии беспроводных сенсорных и агентных сетей (Wireless Sensor and Actor Networks), (б) технологии семантического веба (Semantic Web technologies) и (в) технологии облачных вычислений в целях агрегации, нормализации, анализа и визуализации больших массивов гетерогенных структурированных, полуструктурированных и неструктурированных данных в распределенной сети электронных потребительских устройств (Internet of Things), а также внедрение полученных результатов в проектах, реализуемых в кооперации с Индустриальным партнером и связанных с разработкой: (а) умных сетей тепло-, водо- и электроснабжения (Smart Grid), (б) программной платформы для реализации современной городской среды на основе повсеместного использования информационно-коммуникационных технологий (Smart City), и (в) универсальной программной платформы для автоматизированного управления зданиями (Smart Building).
Актуальность и новизна исследования
В связи с широким и повсеместным внедрением электронных потребительских устройств на первый план выходит задача эффективного использования таких устройств и их вычислительных ресурсов. Ключевым является оптимальный, управляемый, унифицированный и интероперабельный подход к работе с гетерогенными источниками данных и различными каналама их передачи. Синтаксическая и семантическая интероперабельность является
серьезной научно-технической задачей и требует новых подходов, которые позволяют реализовывать автоматическое межмашинное взаимодействие. Семантические технологии, в частности онтологии, для моделирования предметной области и знаний являются многообещающим подходом для решения этой задачи. Основным отличительным результатом данного ПНИ от аналогичных научно-технических исследований, проводимых в области технологий Internet of Things, является разработка новых методов и алгоритмов для обеспечения интероперабельности программных и аппаратных компонентов Платформы на синтаксическом и семантическом уровнях взаимодействия. Актуальность предлагаемой тематики данного ПНИ обуславливается постановкой новой научно-технической задачи обеспечения синтаксической и семантической интероперабельности компонентов Платформы, применением новых методов и инструментов технологий семантического веба и возможностью получения результата, способного к правовой охране.
Описание исследования

Основные шаги, предпринятые для достижения поставленных целей:

  • Проведен аналитический обзор актуального состояния исследований технологий построения беспроводных сенсорных сетей (Wireless Sensor Networks) с целью выявить наиболее актуальные современные тенденции для использования в данном ПНИ, а также выявить их недостатки;
  • Разработан проект многофункциональной аппаратной платформы для построения беспроводных сенсорных сетей (Wireless Sensor Networks) и методов агрегации данных потребительских устройств, в том числе разработка методических подходов к созданию протоколов асинхронной передачи данных между устройствами в сети и ЦОД;
  • Проведен аналитический обзор актуального состояния исследований применения технологий семантического веб для обеспечения синтаксической и семантического интероперабельности компонентов распределенной сети электронных потребительских устройств (Internet of Things) с целью выявить наиболее актуальные современные тенденции;
  • Разработаны методы и алгоритмы нормализации больших массивов гетерогенных структурированных, полуструктурированных и неструктурированных данных в распределенной сети электронных потребительских устройства (Internet of Things) с использованием технологий семантического веба;
  • Проведен аналитический обзор актуального состояния области проектирования верхнеуровневых и предметно-ориентированных онтологий для представления информации о состоянии электронных потребительских устройства, их положения, измерений и т.д. с целью выявления основных требований к разработке унифицированной модели данных; 
  • Разработана унифицированная модель представления информации об электронных потребительских устройствах на различных уровнях абстракции, которая предоставляет единый формат для передачи и обработки данных в системе и обеспечивает интероперабельность системы с гетерогенными устройствами на всех уровнях;
  • Проведен аналитический обзор актуального состояния исследования протоколов передачи данных в распределенной сети электронных потребительских устройств с целью выявления основных актуальных тенденций;
  • Разработаны методы и алгоритмы для синхронной и асинхронной передачи данных от потребительских устройств к центрам обработки данных, обеспечивающих передачу данных одновременно от большого количества клиентов в реальном времени с минимальной задержкой и низкими требованиями к программному обеспечению, отвечающему за сбор данных;
  • Проведен аналитический обзор актуального состояния исследования методов и алгоритмов визуализации больших массивов гетерогенных данных с целью выявления основных актуальных тенденций;
  • Разработаны методы и алгоритмы визуализации больших массивов гетерогенных структурированных, полуструктурированных и неструктурированных данных в распределенной сети электронных потребительских устройств с использованием следующих подходов: визуализация с использованием GIS-систем, визуализация с помощью диаграмм и графиков, инфографические методы визуализации, табличные методы визуализации, иерархические методы визуализации и т.д.;
  • Разработан экспериментальный образец Платформы для практических испытаний;
  • Разработан метод поиска информации в распределенной сети потребительских устройств с целью оперативного нахождения информации по предоставленному семантическому запросу;
  • Исследованы и разработаны методы и алгоритмы мониторинга состояния электронного потребительского устройства с целью оценки качества измерений и обнаружения факта наличия технических неисправностей в режиме реального времени;
  • Разработаны методические подходы к реализации функции автоматической конфигурации новых электронных потребительских устройств, подключающихся к системе, вне зависимости от их месторасположения и типа;
Результаты исследования
Практическая значимость исследования
Некоторые возможные сферы применения программно-аппаратной платформы SemIoT:
1. Экологический мониторинг - наблюдение за экологической обстановкой через мониторинг уровня качества и воздуха;
2. Управление инфраструктурой - мониторинг и контроль городской инфраструктуры, включающий в себя мосты, железные дороги и т. п.;
3. Промышленные системы - управление производственным оборудованием и процессами, управление энергосистемами - интеграция считывающих и исполнительных устройств, подключенных к сети Интернет;
4. Медицинские системы и системы здравоохранения - удаленное наблюдение состояния здоровья пациента и уведомление о чрезвычайной ситуации;
5. Автоматизация дома и зданий - мониторинг и управление механическими, электрическими и электронными системами используемыми в различных типах зданий;
6. Крупномасштабные системы - в качестве ключевого компонента инфраструктуры Internet of Things для эффективного управления городами.

Признаки, демонстрирующие потенциальную патентоспособность:
1. Упрощение разработки и поддержки программно-аппаратного комплекса за счет повышения модульности компонентов;
2. Сокращение издержек на обеспечение межмашинного взаимодействия
3. Реализация способности к взаимодействию компонентов программно-аппаратного комплекса на синтаксическом и семантическом уровнях;
4. Реализация автоматического анализа потоковых и статических гетерогенных данных в режиме реального времени;
5. Уменьшение технических требований к серверному оборудованию ЦОД используемому для сбора и предоставления доступа к данным распределенных электронных потребительских устройств.