JP6925321B2 - エッジインテリジェンスプラットフォーム、およびインターネット・オブ・シングス・センサストリームシステム - Google Patents
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Description
関連出願との相互参照
この特許出願は、2015年8月27日に出願された米国特許出願第62/210,981号の利益を主張する。当該特許出願は、本願で引用されたすべての他の引例とともに、引用により援用される。2016年3月23日に出願された米国特許出願第62/312,106号、第62/312,187号、第62/312,223号、および第62/312,255号が、引用により援用される。
この発明はコンピューティングの分野に関し、より具体的には、産業用機械によって生成される大量のデータを取扱うためのエッジコンピューティングに関する。
エッジでのインテリジェンスを可能にするための方法である。特徴は、以下を含む。ゲートウェイデバイスまたは組込まれたシステム上でホストされるソフトウェア層においてセンサデータによってトリガすること。ソフトウェア層はローカルエリアネットワークに接続される。サービス、アプリケーション、およびデータ処理エンジンのリポジトリが、ソフトウェア層によってアクセス可能にされる。ソフトウェア層によって利用可能にされた式言語を通して、センサデータを特定条件の発生の意味論的記述と整合させること。式を連続的に実行することによってパターンイベントを自動的に発見すること。アプリケーションおよび解析式をつなぐために、ソフトウェア層によって管理されるネットワーク全体のゲートウェイデバイスおよび組込まれたシステムを越えて、サービスおよびアプリケーションをインテリジェントに構成すること。リソース利用可能性に基づいてアプリケーションおよび解析のレイアウトを最適化すること。ソフトウェア層の健全性を監視すること。未加工のセンサデータまたは式の結果を、ローカル時系列データベースまたはクラウドストレージに格納すること。サービスおよびコンポーネントは、どのゲートウェイ環境でも円滑な動作を保証するために、コンテナ化され得る。
図1は、本発明の一実施形態を取入れる分散型コンピュータネットワーク100の簡略ブロック図である。コンピュータネットワーク100は、複数の通信リンク128を介して通信ネットワーク124に結合された、複数のクライアントシステム113、116、および119と、サーバシステム122とを含む。通信ネットワーク124は、分散型ネットワーク100のさまざまなコンポーネントが互いに通信して情報を交換することを可能にするためのメカニズムを提供する。
インターネット・オブ・シングス(IoT)は、ソフトウェアおよび解析が、(工場、倉庫、小売店などの)計測された物理的活動からのセンサデータに適用されることに対する要求を有する。システムは、アプリケーション配布設備またはアプリケーションストア(アプリストア)と、IoTのための産業用アプリストアと呼ばれるソフトウェアプラットフォーム装置において産業用IoTの使用事例の独自の信頼性、セキュリティ、デプロイメント、およびデータ管理のニーズに対処するそのようなアプリストアマーケットプレースのための方法とを含む。
物理センサは電子変換器であり、それは、その環境のいくつかの特性をアナログまたはデジタル測定値として測定する。アナログ測定値は典型的には、アナログ/デジタル変換器を使用してデジタル量に変換される。センサデータは、必要ベースで測定(ポーリング)されるか、または、一定速度のストリームとして利用可能である。典型的なセンサ仕様は、範囲、精度、解像度、ずれ、安定性、および他の属性である。多くの測定システムおよびアプリケーションは、処理、移送、または格納のためにセンサデータを直接利用し、または通信する。
1.1.単一の物理センサから導き出される仮想センサまたはSXLセンサは、任意の組合せの動的較正、信号処理、数式、データ圧縮またはデータ解析を使用して、着信センサデータを変換し得る。
2.1.複数の異種物理センサから(上述の方法を使用して)変換として導き出された仮想センサまたはSXLセンサ。
1.プログラム可能性:SXLは、SXLセンサをプログラマブルにして、データを合成し、データ品質、頻度および情報についての特定のアプリケーション要件に整合させる。SXLセンサは、物理センサおよび他の(たとえば、前から存在する)SXLセンサから供給されたデータにプラグインするための無線ソフトウェアアップグレードとして広く分散され得る。このため、アプリケーション開発者は、物理インフラストラクチャのレイアウトから独立したビジネスロジックの効率的実行の助けとなるデジタルインフラストラクチャを作成することができる。
表A
従来の企業ソフトウェアアプリケーションホスティングは、規模の経済性およびシステム効率を活用するために、データセンターまたは「クラウド」インフラストラクチャに依拠してきた。しかしながら、これらのデータセンターは、企業がそのビジネス活動のほとんどを行なう物理的活動地点(工場、倉庫、小売店、および他の設備など)から任意に離れている場合がある。インターネット・オブ・シングス(IoT)は、非常に多い頻度でイベントを追跡するセンサを用いた物理的活動の計測に依拠する使用事例の集合である。
エッジコンピューティングソフトウェアの一部である上述のシステムの部分は、いくつかのマイクロサービスによって支持される管理コンソールを通してリモートで管理され得る。このリモート管理コンソールを通して、複数の異なるエッジインストレーションが構成され、デプロイメントされ、管理され、監視され得る。
インターネット・オブ・シングス(IoT)は、高感度センサを用いた物理的活動の計測を通してビジネス活動に価値をもたらして、活動中にイベントを高頻度で追跡し、ソフトウェアおよびサービスを通してセンサデータを実施可能な解析洞察に変える。しかしながら、(工場、倉庫、小売店、および他の設備のような)日常業務の物理的設定は、センサハードウェア、ネットワーキングトポロジ、データプロトコル、およびデータフォーマットが極めて異種である。この異種は、ソフトウェア開発、試験、およびデプロイメントに対して高コストのオーバーヘッドをもたらし、ハードウェア−ネットワーキング−データプロトコル−データフォーマットの組合せごとにコードモジュールを再開発する必要がある。システムは、この異種設定においてソフトウェアおよびデータを管理するための方法およびソフトウェア装置を提供する。
4.2.合計1への正規化。
4.4.ゼロ平均への正規化。
5.センサ式言語:アプリケーションは、センサ式言語と呼ばれる言語を通して、エッジミキサーにおけるパイプラインワークフローを定義する。この言語は、データ管理および解析のアプリケーション側抽象化を定義し、このため、センサ異種を抽象化するためのエンドツーエンド方法を制御する。センサ式言語の特定の一実現化例はVel(登録商標)と呼ばれ、引用により援用される、2016年3月23日に出願された米国特許出願第62/312,106号、第62/312,187号、第62/312,223号、および第62/312,255号に記載されている。Velは、フォグホーン・システムズ・インコーポレイテッドの商標である。
コンテナ技術は、テナントごとにOSカーネル全体の複製を必要とすることなく(よって、ハイパーバイザー技術とは異なり)、管理されたオペレーティングシステム(operating system:OS)である、メモリ、CPU、およびストレージのようなコンピュータサーバリソースを、ごくわずかなオーバーヘッドで仮想化する。コンテナは、普及しているリナックスオープンソースオペレーティングシステムの一部として開発されたものであり、ドッカーおよびコアOS(Core OS)のような進んだ管理フレームワークの利用可能性とともに、ソフトウェア開発およびデータセンター運用(DevOps)において著しい牽引力を得てきた。(工場、倉庫、小売店、および他の設備のような物理的位置を含む)インターネット・オブ・シングス(IoT)の使用事例では、物理センサネットワークに非常に近いニアラインコンピュートインフラストラクチャを通してセンサデータを処理するためのソフトウェアおよび解析を消費することへの高まる要求がある。これらのコンピュートノードは、たとえば、インターネットに接続され、活動中にデプロイメントされたさまざまな異種センサデバイスおよび制御システムへのアクセスを有する、中型(たとえば、デュアルコアプロセッサおよび4ギガバイトのメモリ)〜小型(たとえば、1ギガバイト未満のメモリを有するシングルコアプロセッサコア)のサーバを含む。システムは、これらのエッジコンピュートインフラストラクチャ設定においてコンテナ技術をインテリジェントにデプロイメントし管理するための方法を提供する。
機械学習は、データにおけるパターンの発見を自動化し、さまざまな業種においてインテリジェントな予測をするために構築されたモデルを使用する上で、主要計算構成として進化してきた。センサデータに対する機械学習の適用は、インターネット・オブ・シングス(IoT)マーケットセグメント全体におけるデータ駆動型のビジネスおよび業務計画の使用事例に関連する。しかしながら、センサデータは、機械学習ワークフローのスケーラビリティおよび効率にいくつかの課題を提示する。
1.機器コントローラからの何百ものMQTTおよびOPC−UAデータ値と個別部品についてのRFIDデータとが、エッジでリアルタイムで集められ、変換される。
3.未加工の増強されたデータをハドゥープに転送し、そこで、データ科学者は、欠陥検出につながり得る測定値のシーケンスを特徴付けるためのモデルを構築することができる。
1.センサデータおよびGPSデータが、搭載された強化されたデータ収集システムから取込まれる。
1.入口および出口圧力、流れ、および温度などの測定値が、機器に取付けられた複数のセンサから集められる。
1.6か月以上の履歴データおよびリアルタイムデータが、各タービン上のSCADAコントローラシステムから集められ、天気データ、大気データおよび地勢データで増強される。
Claims (25)
- エッジプラットフォームシステムのデータ取込みエージェントで、第1の物理センサから第1のネットワーク接続タイプを通してセンサデータストリームを受信するステップと、
前記データ取込みエージェントから、取込まれたストリームデータを前記エッジプラットフォームシステムのデータバスへ配信するステップと、
取込まれた前記ストリームデータに対して強化アクションを行なうことにより、取込まれた前記ストリームデータを、前記エッジプラットフォームシステムのデータ強化コンポーネントを通してリアルタイムで強化するステップとを含み、前記強化アクションは、取込まれた前記ストリームデータを復号すること、取込まれた前記ストリームデータをメタデータで補足すること、および取込まれた前記ストリームデータを正規化することのうちの1つ以上を含み、さらに、
強化された取込まれた前記ストリームデータを前記データバス上で利用可能にするステップと、
前記データバスからデータをサブスクライブしている前記エッジプラットフォームシステムの解析エンジンで、強化された取込まれた前記ストリームデータを処理するステップとを含み、前記処理するステップは、式言語の選択された解析式によって特定される第1の関数を、強化された取込まれた前記ストリームデータにリアルタイムで適用するステップと、インテリジェンス情報を含むデータのストリームをリアルタイムで生成するステップとを含み、前記第1の関数は、変換、パターン検出、動的較正、信号処理、数式、データ圧縮、データ解析、データアグリゲーション、規則適用、警告、およびサービス呼出しのうちの少なくとも1つを含み、さらに、
前記データバス上で前記インテリジェンス情報を発行するステップを含み、前記発行するステップは、前記インテリジェンス情報を、前記エッジプラットフォームシステム上で実行可能なアプリケーションによる使用のために、前記エッジプラットフォームシステム上で、時間によって索引付けされた回転時系列データベースに格納するステップを含み、さらに、
前記第1の物理センサによって監視されているハードウェアデバイスに対してローカルネットワークにおいて選択されたアクションを行なうかどうかを、前記インテリジェンス情報に基づいて判断するステップを含み、前記選択されたアクションは、前記第1の物理センサによって監視されているハードウェアデバイスに対して是正措置を行なう際に警告をオペレータへ送信することを含む、方法。 - 前記インテリジェンス情報の少なくとも一部を、第2のネットワーク接続タイプを通して転送し、クラウドストレージに格納するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のネットワーク接続タイプは、前記第1のネットワーク接続タイプとは異なっており、前記第2のネットワーク接続タイプは、前記第1のネットワーク接続タイプに比べて、前記センサデータストリームへのより低い帯域幅接続を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記第1のネットワーク接続タイプを通して受信するステップは、MQTT、OPC統一アーキテクチャ、またはモドバスプロトコルのうちの少なくとも1つに従って受信するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記第2のネットワーク接続タイプを通して転送するステップは、TCP/IP、ハイパーテキスト転送プロトコル(HTTP)、ウェブソケット、WebHDFS、アパッチ・カフカ、またはインターネットプロトコルのうちの少なくとも1つに従って転送するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記データ取込みエージェントは、プッシュプロトコルを介して第1のネットワーク接続タイプを通して前記センサデータストリームにアクセスする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記データ取込みエージェントは、プルプロトコルを介して第1のネットワーク接続タイプを通して前記センサデータストリームにアクセスする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- ユーザが前記エッジプラットフォームシステム用のアプリケーションを開発することを可能にするソフトウェア開発キットを提供するステップを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- センサ式言語エンジンが、前記式言語を使用して、第1の入力と第1の出力とを有する第1の仮想センサを作成するステップを含み、前記第1の入力は前記第1の物理センサの出力に結合され、
前記第1の仮想センサは、前記第1の入力で前記第1の物理センサからの第1のセンサデータストリームを受信し、前記第1の出力で、前記第1の仮想センサは、前記第1のセンサデータストリームに対して前記第1の関数に従った演算を行った結果である第2のセンサデータストリームを出力する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 - センサ式言語エンジンが、前記式言語を使用して、第1の入力と第2の入力と第1の出力とを有する第1の仮想センサを作成するステップを含み、前記第1の入力は前記第1の物理センサの出力に結合され、前記第2の入力は第2の物理センサの出力に結合され、
前記第1の仮想センサは、前記第1の物理センサからの第1のセンサデータストリームと、前記第2の物理センサからの第2のセンサデータストリームとを受信し、前記第1の出力で、前記第1の仮想センサは、前記第1および第2のセンサデータストリームに対して前記第1の関数に従った演算を行った結果である第3のセンサデータストリームを出力する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。 - 複数のネットワークデバイスおよび複数の物理センサを有するローカルネットワークとリモートネットワークとを含む分散型ネットワークにおけるセンサデータの処理を改良するための方法であって、
第1の物理センサと前記リモートネットワークとの間の前記ローカルネットワークに接続されたエッジプラットフォームシステムのデータ取込みエージェントで、前記ローカルネットワークにおける前記第1の物理センサから第1のネットワーク接続タイプを通して第1のデータストリームを受信するステップと、
前記データ取込みエージェントから、取込まれた前記第1のデータストリームを前記エッジプラットフォームシステムのデータバスへ配信するステップと、
取込まれた前記第1のデータストリームを、前記エッジプラットフォームシステムのデータ強化コンポーネントを通してリアルタイムで強化し、強化された取込まれた前記第1のデータストリームを前記データバス上で利用可能にするステップと、
最初に前記第1のデータストリームを前記リモートネットワークへ送信することなく、前記データバスからデータをサブスクライブしている前記エッジプラットフォームシステムの解析エンジンで、強化された取込まれた前記第1のデータストリームをリアルタイムで処理するステップとを含み、前記処理するステップは、強化された取込まれた前記第1のデータストリームからインテリジェンス情報を生成するために、式言語で提供される解析式を実行するステップを含み、さらに、
前記インテリジェンス情報を前記データバス上で利用可能にするステップと、
前記リモートネットワークでの前記インテリジェンス情報の追加処理を待つことなく、前記第1の物理センサによって監視されている前記ローカルネットワークにおける動作に対して前記ローカルネットワークにおいて選択されたアクションを行なうかどうかを、前記インテリジェンス情報に基づいて判断するステップとを含み、前記選択されたアクションは、警告を生成することを含む、方法。 - 前記インテリジェンス情報を、前記エッジプラットフォームシステム上で実行可能なアプリケーションによる使用のために、前記エッジプラットフォームシステム上で、時間によって索引付けされた回転時系列データベースに格納するステップを含む、請求項11に記載の方法。
- ユーザが前記エッジプラットフォームシステム上で実行可能なアプリケーションを開発することを可能にするソフトウェア開発キットを提供するステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 取込まれた前記第1のデータストリームを、前記エッジプラットフォームシステムのデータ強化コンポーネントを通してリアルタイムで強化するステップは、取込まれた前記第1のデータストリームに対して強化アクションを行なうステップを含み、前記強化アクションは、取込まれた前記第1のデータストリームを復号すること、取込まれた前記第1のデータストリームをメタデータで補足すること、および取込まれた前記第1のデータストリームを正規化することのうちの1つ以上を含む、請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 強化された取込まれた前記第1のデータストリームを処理するステップは、式言語の選択された解析式によって特定される第1の関数を、強化された取込まれた前記第1のデータストリームにリアルタイムで適用するステップと、インテリジェンス情報を含むデータのストリームをリアルタイムで生成するステップとを含み、前記第1の関数は、変換、パターン検出、動的較正、信号処理、数式、データ圧縮、データ解析、データアグリゲーション、規則適用、警告、およびサービス呼出しのうちの少なくとも1つを含む、請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法。
- センサ式言語エンジンが、前記式言語を使用して、第1の入力と第1の出力とを有する第1の仮想センサを作成するステップを含み、前記第1の入力は前記第1の物理センサの出力に結合され、
前記第1の仮想センサは、前記第1の入力で前記第1の物理センサからの第1のセンサデータストリームを受信し、前記第1の出力で、前記第1の仮想センサは、前記第1のセンサデータストリームに対して前記第1の関数に従った演算を行った結果である第2のセンサデータストリームを出力する、請求項15に記載の方法。 - トピックについてデータストリームを各々生成する複数のネットワークデバイスおよび複数の物理センサを有するローカルネットワークとリモートネットワークとを含む分散型ネットワークにおけるセンサデータの処理を改良するための方法であって、
第1の物理センサと前記リモートネットワークとの間の前記ローカルネットワークに接続されたエッジプラットフォームシステムのデータ取込みエージェントで、前記ローカルネットワークにおける前記第1の物理センサから第1のネットワーク接続タイプを通して第1のデータストリームを受信するステップと、
前記データ取込みエージェントから、取込まれた前記第1のデータストリームを前記エッジプラットフォームシステムのデータバスへ配信するステップと、
式言語で提供される複数の組の解析式を前記エッジプラットフォームシステム上に格納するステップとを含み、各組の解析式は、前記データバスからの強化された取込まれた前記第1のデータストリームに対して実行され得る第1の関数を定義し、さらに、
最初にストリームデータを前記リモートネットワークへ送信することなく、前記データバスからデータをサブスクライブしている前記エッジプラットフォームシステムの解析エンジンで、強化された取込まれた前記第1のデータストリームをリアルタイムで処理するステップと、
インテリジェンス情報を前記データバス上で利用可能にするステップと、
前記リモートネットワークでの前記インテリジェンス情報の追加処理を待つことなく、前記第1の物理センサによって監視され、ネットワークデバイスに関与している前記ローカルネットワークにおける動作に対して前記ローカルネットワークにおいて選択されたアクションを行なうかどうかを、前記インテリジェンス情報に基づいて判断するステップとを含み、前記選択されたアクションは、警告を生成することを含む、方法。 - 前記インテリジェンス情報を、前記エッジプラットフォームシステム上で実行可能なアプリケーションによる使用のために、前記エッジプラットフォームシステム上で、時間によって索引付けされた回転時系列データベースに格納するステップを含む、請求項17に記載の方法。
- ユーザが前記エッジプラットフォームシステム上で実行可能なアプリケーションを開発することを可能にするソフトウェア開発キットを提供するステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 取込まれた前記第1のデータストリームを、前記エッジプラットフォームシステムのデータ強化コンポーネントを通してリアルタイムで強化するステップは、取込まれた前記第1のデータストリームに対して強化アクションを行なうステップを含み、前記強化アクションは、取込まれた前記第1のデータストリームを復号すること、取込まれた前記第1のデータストリームをメタデータで補足すること、および取込まれた前記第1のデータストリームを正規化することのうちの1つ以上を含む、請求項17〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の関数は、変換、パターン検出、動的較正、信号処理、数式、データ圧縮、データ解析、データアグリゲーション、規則適用、警告、およびサービス呼出しのうちの少なくとも1つを含む、請求項17〜20のいずれか1項に記載の方法。
- センサ式言語エンジンが、前記式言語を使用して、第1の入力と第1の出力とを有する第1の仮想センサを作成するステップを含み、前記第1の入力は前記第1の物理センサの出力に結合され、
前記第1の仮想センサは、前記第1の入力で前記第1の物理センサからの第1のセンサデータストリームを受信し、前記第1の出力で、前記第1の仮想センサは、前記第1のセンサデータストリームに対して前記第1の関数に従った演算を行った結果である第2のセンサデータストリームを出力する、請求項21に記載の方法。 - エッジプラットフォームシステムのデータ取込みエージェントで、第1の物理センサから第1のネットワーク接続タイプを通して第1のストリームデータを受信するステップと、
前記データ取込みエージェントから、取込まれた第1のストリームデータを前記エッジプラットフォームシステムのデータバスへ配信するステップと、
取込まれたデータを、前記エッジプラットフォームシステムのデータ強化コンポーネントを通してリアルタイムで強化し、取込まれた前記データを前記データバス上で利用可能にするステップとを含み、強化アクションは、取込まれたストリームデータを復号すること、取込まれた前記データをメタデータで補足すること、および取込まれた前記ストリームデータを正規化することのうちの1つ以上を含み、さらに、
前記データバスに結合された、前記エッジプラットフォームシステムの解析エンジンを提供するステップを含み、前記解析エンジンは、式言語で提供されるコードを処理し、さらに、
センサ式言語エンジンが、前記式言語を使用して、第1の入力と第1の出力とを有する第1の仮想センサを作成するステップを含み、前記第1の入力は前記第1の物理センサの出力に結合され、前記第1の出力は前記第1の入力の第1の関数であり、前記第1の関数は前記式言語で特定され、
前記第1の関数は、変換、パターン検出、動的較正、信号処理、数式、データ圧縮、データ解析、データアグリゲーション、規則適用、警告、およびサービス呼出しのうちの少なくとも1つを含み、
前記データバス上で、前記第1の物理センサの取込まれた前記ストリームデータおよび前記第1の仮想センサの第2のストリームデータからのインテリジェンス情報を発行するステップを含む、方法。 - データストリームのインテリジェントなパターン整合のための少なくとも1つのモデルを、機械学習を介して構築するステップを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記第1の仮想センサの第2のストリームデータを時系列データベースに格納するステップを含む、請求項23または24に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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