Edge Computing'in Rolü Demerkezli Pid Control Akıllı Şehirler için Sistemler

Giriş: Gerçek Zaman Kontrolü için Akıllı Şehir Imperative

Akıllı şehirler dijital teknoloji, veri analizi ve otomatik sistemler yaşamın kalitesini artırmak için bir araya gelir, kaynak kullanımını optimize eder ve operasyonel verimlilik geliştirir. Akıllı ağ sinyalleri ve akıllı sokak aydınlatmalarından akıllı ağ ve atık yönetimine kadar, bu sistemler sürekli izleme ve kesin kontrole bağlıdır. ancak, oerik veri hacmi milyonlarca sensör ve IoT cihazlar tarafından üretilen - orta büyüklükteki bir şehir için günde on iki merkezileştirilmiş iklim değişikliği ile sonuçlanır:Inwhelms, genişleyen mimariler.

Anada, akıllı bir şehir bir sistemdir: endüstriyel otomasyon sistemi, su, halk güvenliği, sağlık ve çevre izleme uyum içinde çalışmalıdır. Bu alt sistemleri yöneten denetçiler hızlı, doğruluk ve istikrar sağlar. PID kontrolörleri, uzun süre boyunca endüstriyel otomasyon işlerinin iş kümeleri, akıllı şehirlerdeki merkezi olmayan dağıtım için daha fazla adapte edilir.Bu makale, bu noktada, veri depolama ve veri depolama sistemlerinin nasıl oluşturulacağı konusunda daha yakınlaşır.

Merkezileştirilmiş PID Kontrol Sistemlerini Anlamak

PID Control Fundamentals

Bir Proportional-Integral-Derivative (PID) kontrolörü, istenen ayar noktası ve ölçütlü bir işlem değişkeni arasındaki fark olarak sürekli olarak hesaplanan bir geri bildirim mekanizmasıdır.Daha sonra üç terime göre bir düzeltme uygular: doğrulanan terim (P) doğrulayıcıya tepki verir[değiştir | kaynağı değiştirilir.[D)

Akıllı Şehir Contexts'de merkezileştirme

Merkezileştirilmiş kontrol sisteminde, tek bir usta kontrol cihazı tüm sensörlerden verileri toplar ve tüm eylemcilere komutlar gönderir. Bu, uzaktan ve ağ sıkışıklığıyla ilgili gecikme ve sinyal işlemeye dayalı olarak geç saatlerde bir noktaya getirir.Merkez kontrolü, kontrol mantığını birçok yerel kontroller için dağıtabilir ve her biri küçük bir coğrafi bölge veya özel bir alt sisteme güvenebilir. Örneğin, akıllı trafik ızgarası, her bir kesişimini yerel araç algılamasına dayanan kendi PID kontrolörüne sahip olabilir.

The Role of Edge Computing in Smart Cities

Edge Computing, veri işleme ve depolamayı veri nesil kaynaklarına daha yakın bir şekilde sağlayan dağıtılmış bir bilgisayar paradigmasıdır - yerel olarak IoT sensörleri, kameralar, eylemciler ve mobil cihazlar. Tüm ham verileri merkezileştirilmiş bulut veri merkezi, kenar düğümleri (önemler, sunucular, hatta güçlü mikro kontroller) gerçek zamanlı analitik, filtreleme ve karar verme yerel olarak azaltır.Bu da geciken geç saatlere kadar veri erişimli erişimli erişimli, veri egemenliğini korur.

Kentsel Sistemler için Anahtar Faydaları

Edge Computing Consortium'a göre, 2025 yılına kadar, işletme tarafından üretilen verilerin %75'i 2020'de %10'dan daha az işlem görecektir. Akıllı şehir dağıtımları bu değişimin büyük bir sürücüsüdür. Örneğin, Barselona'nın akıllı şehir platformu aydınlatma, otopark ve atık toplama sistemlerini yönetmek için kenar düğümleri kullanır, buluta göndermeden önce yerel olarak işleme verileri yerel olarak işlem yapar.

Enhancing Demerkezized PID Control with Edge Computing

Uzak bilişimin merkezi olmayan PID kontrolü ile evliliği sadece artımlı bir gelişme değildir - geleneksel kontrol mimarilerinin temel sınırlamalarını ele alan dönüştürücü bir kombinasyondur.

1. Latency Azımı ve Gerçek Zamanlı Sorumluluk

Geleneksel merkezileştirilmiş PID kontrol döngüleri, bir mikrogrid'in gerilimine aktarılması veya yaklaşan bir acil araça yanıt vermek için sensör verilerini gerektirir, bu da sistemi hızla azaltabilir.Bu, tüm PID döngüleri, yerel bir kenarda gecikmeler için çalışır. Yüksek frekanslı kontrol görevleri için bir mikrogrid gerilimi veya hareket eden bir trafik sinyalini bir yaklaşmakta olan bir acil duruma geri yüklemesi gibi ayarlaması sağlar.Bu, sistemdeki gecikmeler sistemden daha hızlı bir şekilde azalır.

2. Yerel Autonomy aracılığıyla Güvenilirlik

Merkezileştirilmiş PID kontrolörleri zaten tasarım tarafından esneklik sunar, ancak kenar hesaplamaları, binanın merkezi yönetim sistemini çalıştırabilecek yerel hesaplama ve depolama kaynakları sağlayarak dayanıklılık sağlamak, ağ kesintileri sırasında kontrol etmek ve kontrol sağlamak için, akıllı bir binanın HVAC sistemi, her bölgenin tek bir orkestraya bağlı olmadığı bir donanıma sahip olabilir.

3. Dinamik Adaptive Tuning

Konvansiyonel PID kontrolörleri, bulutun yüklenmesi ve değiştirilmesi gibi performansa sürüklenme konusunda ayarlanır (örneğin, trafik modelleri değişimi, güç yükleri değişir). Edge Computing, adaptif bir ayar algoritmaları sağlar - sadece tam olarak PID gibi) işletim koşullarına göre.Bu, kontrol edilen süreci sürekli olarak izleyebilir ve PID kazanımlar sağlar.

4. Merkezi Şişencks olmadan Scalability

Yeni bir kesişimci bir PID ağı için yeni bir akıllı bina eklemek basit: sadece uygun kontrol mantığıyla hiçbir kenar dağıtma ve yerel sensörlere ve eylemcilere bağlantı kurma.Yeni düğümü merkezi bir otoriteyi tüm sistemi yeniden yapılandırmak için gerekli olan komşularla koordine edebilir. Edge Computing ayrıca havadaki yeni kontrolcüleri havaya iterek, servis kesintisine bağlanabilir.

5. Geliştirilmiş Data Privacy ve Azaltılmış Saldırı Yüzeyini Azladı

Ortamsal sistemler, bir güvenlik ihlalinin patlama yarığını doğal olarak sınırlandırır. kenarlı hesaplama ile hassas sensör verileri (örneğin, occupancy, video feeds) yerel kenarda işlenebilir ve sadece anonim veya toplu kontrol sinyalleri – veya hatta sadece ayarlanan nokta – hatta internet üzerinden aktarılabilir.Bu, tüm verilerin tek bir bulut aracılığıyla akışların bulunduğu merkezileştirilmiş bir mimariye kıyasla saldırı yüzeyi azaltır. Ayrıca, kenar düğümleri yerel güvenlik politikalarına uygulanabilir.

Akıllı Şehir Domainlerinde Pratik Uygulamalar

Trafik Yönetimi

Modern adaptive trafik sinyali kontrol sistemleri, PID mantıkını kullanarak en uygun sinyal zamanlamasını kullanarak yerel iletişim (örneğin, DSRC veya 5G sidelink) gibi şehirlerden alınan Edge düğümleri ve Aachen, Almanya, seyahat zamanından% 25 indirimi hesaplamak ve emisyonlar ile komşuluk bağlantılarını koordine etmek için sistemden bir sinyal döngüsü içinde bir sinyal döngüsü içinde bir sinyal döngüsüne tepki vermek için izin verir.

Smart Grids ve Microgrids

Elektrik şebekeleri merkezileştirilmiş nesilden enerji kaynaklarını dağıtmak için temel bir değişim geçiriyor (olar paneller, rüzgar türbinleri, batarya depolama). Merkezli sistemler ve mikrogrid kontrolörleri, yerel gerilim ve frekans ölçümlerini şebeke stabilitesini korumak için kullanıyor. Edge bilgisayar, gerçek zamanlı yük dengeleme, hata algılama ve adalama ( ana ağdan bağlantı kurmak) bir faydaya bağlı olarak, yerel kontrol merkezine güvenmeye bağlı olarak, SCULLMAS projesi, yerel parametrelerini çalıştırıyor.

Çevresel İzleme ve Hava Kalitesi

Hava kalitesi için şehir çapında sensör ağları (PM2.5, NOx, ozon) büyük veri akışları oluşturur. Edge bilgisayar, binalarda havalandırma sistemlerini ayarlamak, hava temizleyicilerini etkinleştirir veya yüksek çözünürlüklü bölgelerden uzaktaki trafiği gerçek zamanlı olarak geri döndürür.

Su Dağıtımı Su

Su hizmetleri PID kontrolörlerini dağıtım ağlarında baskı ve akış korumak için kullanır.Spalama istasyonlarında yüklenen Edge düğümleri ve valf odaları, pompa hız veya kapak pozisyonlarını basınç sensörlerine göre ayarlamak, su çekiç ve enerji tüketimini azaltmak için yerel kontrol algoritmaları çalıştırabilir.Yerel kontrol, birleşik kenar hesaplaması ile sistemdeki değişiklikleri sızdırmasına veya talep etmeye olanak sağlar, minimizleme su kaybı ve hizmet kesintilerine yol açabilir.

Meydanlar ve Uygulama

Dağılım Algorithm Koordinasyon

Her kenar kendi PID döngüsünde hareket ederken, komşu düğümler arasındaki etkileşimler uygun şekilde koordine edilmezse enst yükümlülüklere yol açabilir. Örneğin, bitişik gruplardaki iki trafik sinyali, güç veya işleme bütçelerini aşarak bu algoritmaları destekleyebilir.

Güvenlik ve Güven

Merkezileştirilmiş sistemler daha dirençlidir, ancak yeni saldırı vektörleri de tanıtmaktadır. Bir reklam, kontrol eylemleri için tek bir kenarda bir yanlış veriyi tehlikeye atabilir ve yerel kesintilere veya hatta komşularına güvendiği takdirde hatalarını da beraberinde getirir. Solutions, donanım kökünü, şifreli güncellemeleri ve blok tabanlı kontrol eylemlerine yol açabilir.

Interoperability and Standards

Akıllı şehir alt sistemleri genellikle özel iletişim protokolleri kullanarak farklı satıcılardan gelir (Modbus, BACnet, OPC-UA, MQTT, vs.). Edge düğümleri, çok sayıda protokole destek olmalı ve PID kontrol ve kenar hesaplama entegrasyonunun eksikliği, OpenFog Consortium (şimdi Industrial Internet Consortium) gibi bir engel olmaya devam etmektedir.

Kaynak Ekleri

Edge düğümleri genellikle bulut sunucularından daha az güçlüdür, sınırlı hafıza, CPU ve depolama ile. Adaptif ayar ve gelişmiş koordinasyon algoritmaları ile dolu PID döngüleri düşük maliyetli donanımlar oluşturabilir. Mühendisler kod optimize etmeli, gerçek zamanlı işletim sistemleri kullanmalıdır ve bazen yakındaki fog düğümleri için ağır hesaplamalar yükleniyor. Power tüketimi aynı zamanda aktivasyon cihazı ile ilgili olarak, güneş veya batarya gücü yalnızca seçenek olabilir.

Future Yol Tarifi

5G ve AI ile entegrasyon

5G ağları, düşük çözünürlükteki iletişim (URLLC) 1 ms geçncy ve 99.999% güvenilirlik garantileriyle ultra kullanılabilir. Bu, kenar düğümleri daha sıkı bir şekilde koordine etmek için kenar düğümleri sağlar - örneğin, tahmin edilen araç trajektörlerini paylaşmak için tahmin edilebilir.Bu arada, yapay zeka (AI) kenar düğümleri üzerinde çalışan modeller trafik modellerini veya ağ dinamiklerini öğrenebilir ve otomatik olarak PID kontrolörlerini ayarlayacaktır.

Kontrol Optimizasyonu için Federated Learning for Control Optimizasyon

Bir eğitim AI modellerine yönelik merkezi bir sunucuya ham sensör verileri göndermek yerine, her kenarda bireysel araç paylaşımı olmadan belirli bir gün için yerel bir model geliştirmesine izin verir (gradanlılar). Bu, şehir genelinde toplu olarak kontrol stratejileri geliştirirken gizliliği korur. Örneğin, tüm trafik kesişimleri bireysel araç paylaşımı olmadan belirli bir gün için PID kazançlarını daha iyi bir şekilde öğrenebilir.

Dijital Twins ve Simülasyon

Dijital ikizler – fiziksel sistemlerin gerçek kopyaları – çeşitli senaryolarda merkezsiz PID kontrolörlerinin davranışını simüle edebilir. Edge Computing, operatörlerin bunları dağıtmadan önce kontrol stratejileri test etmesine izin verir.Bu, istikrarsızlığın riskini azaltır ve inovasyonu hızlandırır.

Sürdürülebilirlik ve Enerji Verimliliği

Edge düğümleri kendilerini güç tüketiyor, ancak diğer sistemleri optimize etme yeteneği net enerji tasarruflarına yol açabilir. Örneğin, bina HVAC için iyi yönetilen bir PID kontrolörü düşük seviyeli kontrollere kıyasla% 15-30 oranında enerji tüketimini azaltabiliyor. Future edge Computing Hardware, muhtemelen enerji tasarrufu kullanarak daha enerji tasarrufu elde etmek için bekleniyor.

Sonuç olarak, kenar bilişiminin ve merkezi olmayan PID kontrol sistemlerinin etkisi, akıllı şehrin sinir sistemini şekillendiriyor.Veriyi yerel olarak işlemeye göre, gerçek zamanlı olarak adapte etmek ve istihbaratı yaygın olarak dağıtmak, bu kombinasyon, modern kentsel altyapının talep ettiği hız ve ölçeklenebilirlik sağlarken, şehir kendi başına bir yaşam tarzı, öğrenme sistemi – her lambalı yayın, seyahat eden bir trafik, orkestra ve gerçek zamanlı olarak katkıda bulunan şehir.

[FONT:0)Dön kaynak: Temel PID teorisi için, bkz. Ulusal Aletler - PID Teorisi Açıkladı) kenarlı hesaplama standartları için[Döneticileri için|Döneticileri için) <24|Güvenlik hesabı için [MEC) grubu[Döneticileri için[Döneticileri için] [FONTDÜSÜŞÜNÜye Olmayanlar için)[Üye Olmayanlar için geçerli olan kontrol sistemleri için uyarıda bulunuyorlar.