מבוא
“נתונים בנפח גדול” (Big Data) הפכו להיות נושא מלהיב ובד בבד לא פעם מפחיד. ואולם, אחד הרכיבים העיקריים של נתונים בנפח גדול יכול להיות הרכיב הקטן ביותר שאמור להקל על פחדיך. אפשר היה לחשוב שחיישנים יוצרים “נתונים בנפח קטן”, אך הנתונים האלו מצטברים במהירות. כפי שרשת Walmart טוענת שיש לה גישה לנתוני לקוחות בהיקף של petabyte שהושגו מ-145 מיליון אמריקאים (יותר מ-60 אחוזים מתושבי ארה”ב הבוגרים), חיישנים מספקים כמות רבה פי 100 של נתוני תנועות (טרנסאקציות) אלו, של אותם צרכנים הצועדים לאורך טורי המוצרים המוצגים לרכישה. בניגוד לנתונים, שיכולים להיות תוצאה של טרנסאקציות רכישה של כל אחד מהלקוחות, חיישנים מרובים ייצרו באופן אוטונומי מדידות מרובות של נתונים, מדי כמה שניות, עבור אותו אדם. ככל שהחיישנים הופכים לקטנים יותר, אנו מבחינים בטכנולוגיות חישה רבות שהופכות לחשובות יותר בתחומים של מוצרים ניידים וכלי רכב, בערים חכמות, בחוות חכמות ובמכשירים חכמים. ככל שהאינטרנט של הדברים (IoT) ימשיך להתרחב, נתוני החיישנים יהפכו למקור הגדול ביותר של “נתונים בנפח גדול”.
מתוך נתוני הטלפון הנייד שלך – לבדו – חיישנים יוכלו לאתר את המיקום המדויק האחרון לפי GPS, את המיקום היחסי מאז שהייתך במיקום המדויק האחרון לפי GPS, את הכיוון שאליו אתה פונה, כמה מואר המקום שבו אתה עומד, מה יכולים להיות נתוני הלחץ והלחות בסביבה שבה אתה נמצא, כמה צעדים כבר צעדת, מידת הלחץ שהפעלת ברגליך בכל צעד, (ולפי זה, לקבוע כמה צעדים נותרו עד להמלצה לרכישת נעלים חדשות), וכן מקצב ההליכה, מהירות ההליכה, ומספר הקלוריות שצרכת בזמן ההליכה. והכל באותה שעה. זה הקצב המהיר שבו נתוני חיישנים הופכים להיות נתונים חדשים בנפח גדול. אין זה העתיד, אלא מה שקורה כבר עתה, רק בעזרת החיישנים האופייניים שקיימים במכשיר הטלפון שלך כיום, למשל מד תאוצה, גירוסקופ, מד מגנטיות, חיישן לחץ, GPS ותקשורת Wi–Fi. אנו נמצאים על סף התהליך של אימוץ התקנים לבישים, וכפי ש-iSuppli צופים, בשנת 2016 יהיו בשימוש ב-92.5 מיליון התקנים לבישים. לכן, יותר אנשים יענדו שעונים חכמים וסרטים עם חיישנים אלו. יהיו לנו חיישנים בנעליים ובהמשך, הם ישולבו בתוך הבגדים שלנו. בה בעת, לפי התחזיות, מספר הערים החכמות יגדל פי ארבעה (iSuppli) מ-2013 עד 2025, שבהן ישתמשו בחיישנים לניהול של חלוקת מים, חבלות במערכות חשמל, תשתית של מכוניות חשמליות ולניהול בקרת תעבורה, ואלו רק דוגמאות מועטות של איסוף נתוני חיישנים. נתוני החיישנים מצטברים והולכים.
קפיצות גדולות בתחום הטכנולוגי מניבות חיישנים קטנים
בעזרת טכנולוגיה של מארזים בממדי שבב (Chip Scale), שמשתמשת בגישות של חיבורים פנימיים תלת ממדיים, כגון טכנולוגיה של חורים עוברים בסיליקון (TSV), אפשר לייצר חיישנים אינרציאליים עם שטח עקבת מעגל קטן ב-77% מהשטח שהיה לפני 5 שנים, ועדיין להגדיל את הפונקציונליות של החיישן עם צפיפות אינטגרציה גדולה יותר. בעזרת טכנולוגיות אינטגרציה אלו שמשמשות בפתרונות MEMS, האינטגרציה התרחבה מחישה של 3 צירים, לחישה של 6 ו-9 צירים, כדי להקטין את עקבת המעגל הכוללת ביותר מפי שלושה, וצריכת ההספק קטנה ביותר מ-80% מזו שהייתה לפני שלוש שנים (גירוסקופ לבדו הקטין את צריכת ההספק ב-50%, מצריכת זרם של 5 מילי אמפר בפעולה מלאה ל-2.6 מילי אמפר עם מוצרים כגון FXAS21002, תוך שנה אחת). הקטנה של גודל החיישנים וצריכת הזרם שלהם, איפשרה את אימוצם בטלפונים ניידים, מחשבי לוח, שעונים חכמים, כלי רכב, בתים ומכשירים. אך המעבר להתקנים לבישים ולאינטרנט של הדברים (IoT) – הוא יהיה הכוח המניע העיקרי אל הדורות הבאים של הספקים וגדלים, קטנים אפילו עוד יותר.
חיישנים קטנים בכל מקום
בכל זמן, אפשר למצוא על רוב הצרכנים 5 סוגים ייחודיים לפחות של חיישנים, אך לרוב עד כדי 10 מהם. ברוב הטלפונים החכמים, תוכל למצוא חיישן קרבה שמנטר את מרחק הטלפון מפניך, כדי לקבוע מתי לכבות את התצוגה. מד תאוצה בודק את הכיוון, התנועה וההקשה, כדי להגדיר את התצוגה לאורך או לרוחב, או כדי לספק את בחירת ההקשה או בקרת התנועה לממשק המשתמש שלך. חיישן תאורה סביבתית יאבחן מהי כמות האור הזמינה ויכוון את מידת הבהירות של המסך, כדי לחסוך בצריכת ההספק מהסוללה. חיישן לחות שקיים במחבר אל תחנה העגינה יגלה מתי השלכת את מכשיר הטלפון שלך למים, וגירוסקופ מודד סיבובים מהירים עבור משחקים ואם משתמשים בו עם מד תאוצה או עם מגנטומטר, הוא יכול לספק הגדרות מדויקות למיקום יחסי. וזה רק מכשיר הטלפון. אם אתה נוהג לשאת עליך גם מחשב לוח, הכפלת זה עתה את נתוני החיישנים שלך.
כאשר אתה נוהג במכוניתך, אתה מגדיל פי שלושה את כמות החיישנים שעמם אתה פועל באינטראקציה. הרכב שלך, שמיישר קו עם מערכות מתקדמות לעזרת הנהג (ADAS), מצויד באופן סטנדרטי במדי תאוצה, כדי לקבוע אם התרחשה תאונה חזיתית, ובמכשירי גירוסקופ שמספקים בקרת יציבות אלקטרונית. לכל צמיג במכוניתך יש התקן ניטור לחץ צמיגים, שכולל חיישן משולב שבו יש חישת לחץ, חישת טמפרטורה, חישת תאוצה וחישת מצבר, כדי לקבוע מתי הצמיג מסתובב, מתי יש שינויים בלחץ והאם השינוי בטמפרטורה הוא הסיבה לשינויים בלחץ או האם השינויים חלו בגלל ירידת נפח האוויר בפועל. במכונית הבאה שלך יהיו חיישנים רבים עוד יותר, אפילו, ככל שכמות החיישנים תגדל מתוך התמקדות בחישת מצבו של הנהג ובחישת מצב התנאים בתא הנהג.
ערים חכמות ישתמשו בחיישנים עבור כל דבר, החל מניטור תשתיות פיסיות כגון גשרים וכבישים ועד ניטור אנשים. חיישנים משובצים ימדדו רעידות, תעבורה וסימני העתקה (כדוגמת סדקים בחומרי מליטה). רשת הכבישים המהירים ברחבי ארה”ב מקיפה 600,000 גשרים. ארה”ב מדווחת כיום על יותר מ-65,000 גשרים ברחבי ארה”ב שזקוקים לתיקון. אם 100 מדי תאוצה ישמשו בכל גשר כדי לנטר את התעבורה, התנועה הסדקים ובעיות אחרות, הרי ש-6.5 מיליון חיישנים היו יכולים לשדר נתונים לגבי הגשרים בארה”ב, הזקוקים לשדרוג ולתיקון. רשת הכבישים המהירים של ארה”ב לבדה מתבססת על 4 מיליון מיילים (כ-6.4 מיליון ק”מ) של כבישים ורחובות. אם ניקח בחשבון את המספר הכולל של הגשרים, הכבישים המהירים והרחובות, הרי שאנו מדברים על צבירת כמות אדירה של נתוני חיישנים.
ניהול נתוני חיישנים – נתונים גולמיים, רכזות של חיישנים, מיזוג חיישנים ונתונים פיסיים
כדי לענות על הדרישות שמעמידים המוצרים הניידים, התפתחו החיישנים והפכו למוצר קטן יותר, אך הדרישות למוצרים לבישים ולאינטרנט של הדברים (IoT) הציבו בפני רכיבי ASIC ציפיות גבוהות יותר בהרבה לגבי הגודל הפיסי (הקטן), לגבי צריכת הספק קטנה יותר בהרבה ולגבי יכולת עיבוד ברמה גבוהה יותר. באותו זמן, צריך לנהל את נתוני החיישן ברמה מקומית (רכזת חיישנים), לתקן אותם ולבצע בהם פיצוי (תהליך מיזוג חיישנים). רכזת חיישנים, בעיקרה, היא מנהל של חיישנים מסוגים שונים או במקרה של התקנים משולבים, ניהול פעולת החיישנים. מיזוג החיישנים הוא תהליך שבו “ממזגים” נתונים מכמה חיישנים שונים, כדי לחשב דבר-מה שהוא יותר ממה שאפשר לקבוע על ידי כל חיישן אחד בלבד. באופן בסיסי, לכל חיישן יש עוצמות משלו וחולשות משל עצמו, אך כל חיישן יכול לכייל כל חיישן אחר, כדי לבטל סחיפה או לזהות הפרעות שמקורן בסביבה.
מיזוג חיישנים מאפשר לחיישנים לבצע פיצוי על חולשה של חיישנים, ולספק פתרון כולל מדויק יותר. לדוגמה, סחיפה של גירוסקופ לאורך זמן נמדדת ומודגמת על ידי היעדר תנועה של מד התאוצה, והיא מבוטלת על ידי מיזוג חיישן לפני עיבוד הנתונים. מד מגנטיות שמודד את השדה המגנטי של כדור הארץ, על מנת לקבל מידע לגבי כיוון התנועה, עלול להיות מושפע מהשדה המגנטי של רמקול או מהשדה המגנטי של מגנט בנרתיק הנשיאה של מחשב לוח או טלפון נייד, אבל את אלגוריתמי מיזוג החיישנים שאפשר להדגים על ידי היישומון Sensor Fusion של Freescale, אפשר להסיר כפי שמוצג על ידי הכיול והפיצוי שבוצעו כאשר מד התאוצה או הגירוסקופ לא חשו בכל תנועה פיסית. עם כל הטכנולוגיות האלו, אפשר לשלב בקלות חיישנים בפתרונות שמופעלים על ידי סוללה קטנה, כשכבר אין כל צורך בפשרה ביחס לדיוק.
מהם הנתונים החשובים
לא כל נתוני החיישנים נחשבים לנתונים בהיקף גדול, אך בכל רמה של הפתרון יהיה צריך לנהל את הנתונים ולקבוע אילו מהם צריך לאבטח, לאילו מבין נתוני החיישנים יש פוטנציאל עסקי ומהם הנתונים שמשולבים יותר בחיי היומיום שלנו.
מקרה השימוש של נתוני החיישנים יקבע את רמת הנתונים המשודרים בפועל אל ענן המחשוב מבין נתוני חיישן גולמיים, נתונים שעברו כיול ונתונים שעברו פיצוי (שמוזגו בחיישנים) או מבין הנתונים הפיסיים (כלומר, צעדים שננקטו, מהירות ומחוות שזוהו).
קביעה זו לגבי הנתונים המשודרים אל ענן המחשוב, מתבטאת בעלות החוכמה בצמתים הפיסיים ונקבעת במידה רבה יותר על ידי ההספק הזמין בצמתים הפיסיים. על אף שעיבוד נתונים באופן מקומי יכול היה לאפשר שידור של פחות נתונים לענן המחשוב, תידרש לו יכולת עיבוד גבוהה יותר ולכן, דרישות העלות וההספק יהיו גבוהות יותר בכל צומת חיישנים. ואולם, לשמירה על נתוני חיישן גולמיים יש גם יתרונות, למשל, היכולת להשתמש באלגוריתמים מעודכנים על אותם נתוני חישה בסיסיים, לקבלת תוצאות דיוק גבוהות יותר. לכן, הפחתת נתונים תוגבל עד אשר מסגרות עבודה מאומצות עבור חיישנים יוגדרו עבור ערים חכמות ומערכות הפעלה להתקנים ניידים, שדורשות זאת. עדיין מוקדם לומר, אך ברוב המקרים, צפוי שתהיה יתירות של נתונים.
נתוני החיישנים האישיים שלך
אמת מידה נוספת לגבי כמות נתוני חיישנים שישודרו היא האם נהיה מוכנים לשתף נתוני חיישנים אישיים או האם נעדיף לרכוש מוצרים שישתפו נתוני חיישנים אישיים. אחת השאלות שהתעוררו הייתה, למי אמורה להיות גישה לנתונים אלו (נתונים אישיים שלך, מידע לגבי הנהיגה שלך, ניטור הבית שלך, הדרכים שבהם אתה נוסע והמכשירים שבהם אתה משתמש). חששות קלים יותר היו יכולים להתעורר בנוגע לתקופת האחריות על מוצרים, שתוקפה עלול לפוג בשל אופן השימוש, ולא במסגרת המגבלה הסטנדרטית של 1 – 10 שנים. חלק מזה אנו רואים כבר היום, עם חיישן מים בטלפון. חששות כבדים יותר מתעוררים בהקשר לרכב שלך, שיקבל דוח אוטומטי אם יעבור על המהירות המוגדרת. כל אלו יכולות להיות רק מחשבות ראשוניות, אבל נתוני חיישנים, שמלכתחילה אפשר היה לחשוב שאינם חשובים או רצויים, יכולים להיות בעלי חשיבות רבה לזמן שלך, לסביבה ולאבטחה שלך, ויותר מהכל לבטיחותך.
יכול להיות שנהגים לא ירצו לשתף נהג אחר בהתנהגות הנהיגה שלהם. ואולם, אם אפשר היה להבין טוב יותר את היתרונות הטמונים בכך, קצב האימוץ יכול היה לגדול באופן משמעותי. אם היה מגיע אל הרכב שלך מידע ביחס למכונית הנוסעת מאחוריו, למשל, שהמכונית מרבה לעקוף כלי רכב מצד ימין ולעבור לנתיב שמאלי מהנתיב שבו היא נוסעת, היית יודע איך להתנהג מול מכונית כזו. אם הרכב שלך יכול היה לשתף אחרים בנתוני החיישנים שלו, הוא היה יכול לאפשר ניהול תנועה יעיל יותר, אשר בסיכומו של דבר, היה מפחית את זמן הנסיעה של המשתמשים בדרך, מקטין את הדלק הנצרך בעמידה בפקקי תנועה, אך חשוב עוד יותר, היה יכול להפחית את ההסתברות לתאונות. על פי הדוח השנתי של Traffic Scorecard – שחובר על בסיס מידע לגבי תעבורה ועל ידי ספק שירות לנהג, INRIX שבקירקלנד בוושינגטון – בשנת 2013 הנוסעים האמריקאיים בזבזו 47 שעות בממוצע בפקקים. את הזמן המושקע ואת צריכת הדלק אפשר היה להקטין אם הנהג היה מקבל הודעה לגבי הפקקים, ונניח היה יוצא מוקדם או מאוחר יותר, ואם אפשר היה למנוע תאונות דרכים על ידי שימוש במכ”ם חכם או בשינויי תאוצה או תאוטה של הרכב. על פי ארגון ASIRT – לבטיחות נסיעה בעולם, בשנת 2013, יותר מ-37,000 בני אדם נהרגו בתאונות דרכים בארצות הברית (כמעט 1.3 מיליון בני אדם בעולם כולו) ו-2.35 מיליון בני אדם נפצעו או הפכו לנכים (כ-20-50 מיליון אנשים ברחבי העולם). ואולם, האם נתוני חיישן יכולים לעזור במדידת מהירויות של מכוניות אחרות או להזהיר את הנהג לגבי מכוניות אחרות שאותן אינו רואה. בנוסף, נתוני חיישן שמשודרים אל כלי רכב אחרים יכולים לאפשר לנהגים לקבל החלטות מושכלות יותר לגבי אופן נהיגתם. למשל, אתה יכול לקבל איתות שמודיע על מכונית שמתקרבת לצומת ובדרכה חלפה על פני תמרורי “עצור” ב-15% מהמקרים. אלו הם פתרונות שיכולים לעזור לנהגים כבר היום, אך במידה רבה יותר בעתיד. חברת Ford מעריכה שמספר כלי הרכב בכבישים ברחבי העולם יגדל ממיליארד כלי רכב המשמשים כיום, ל-4 מיליארד עד לשנת 2050. לכן גובר והולך הצורך בניהול תעבורה, ביכולת להודיע למשתמשים בדרך על כבישים נוחים מהירים ובטוחים יותר לנסיעה, ובהקטנת כמות פליטת הפחמן.
תחום חשוב נוסף הוא החקלאות. תהליכים של חקלאות מדויקת (או של עיבוד אדמה מדויק) משתמשים בהתקני GPS עם תקשורת אלחוטית כדי לספק לחקלאי נתוני חיישן מפורטים, על מנת שיוכל לנטר את הסביבה, לעקוב אחר צמיחת הגידולים, לקבל תחזיות לגבי כמות התנובה הצפויה, אך חשוב עוד יותר, לשפר את טכניקות החוואים, להגדיל את היעילות שבתהליכים הקשורים בעיבוד הקרקע.
נתוני חיישנים מאובטחים
בצד הנתונים האוטונומיים ‘הזמינים תמיד’, נוצר הצורך באבטחת נתונים, ובהעברה של מידע המיועד ליישומים או למשתמשים המסוימים בעלי ההרשאה לגישה אל נתונים אלו. על אבטחת הנתונים להיות מעודכנת תמיד, ועליה להיות מובנית במערכת ההפעלה של המוצרים הניידים שלך. היא צריכה להיות משולבת בתוך בניינים, מבנים, חומרי מליטה וכלי רכב. נושאים אלו נידונים באירועים ובתאגידים שמתמקדים בקביעת מדיניות קיימת ועתידית, שמטרתה להבטיח את בטיחות הציבור. פתרונות חיישנים חכמים בערים גדולות יאומצו בקלות רבה יותר כאשר אבטחה ברמה גבוהה תהיה מובטחת לנתונים. מסגרת העבודה Intelligent Sensing Framework של Freescale תאפשר ללקוחות להוציא לשוק את פתרונותיהם במהירות רבה יותר. היא מאפשרת לאנשי הפיתוח להתמקד במימוש נתוני החיישן הגולמיים בפתרונות שלהם. מסגרת העבודה הזו יכולה להיות קוד מקור פתוח. אך את נתוני החיישן המעובדים ואת הנתונים הממומשים צריך יהיה לאבטח בענן מחשוב ובמהלך העיבוד.
מסקנות
החיישנים יכולים להיות חלק נכבד מנתונים בהיקף גדול. חיישנים מייצרים “נתונים בהיקף קטן”, אבל הנתונים יכולים לעזור בחיזוי רעידות אדמה ונקודות תורפה מבניות בבניינים ובגשרים. כמויות petabytes של נתוני לקוחות יכולות לעזור בהעברת מידע שקשור במכירות האחרונות ומידע שמסייע בדחיפת פרסומות לצרכנים כדי להגדיל את המכירות. ואולם, נתוני חיישנים אוטונומיים ‘הזמינים תמיד’, כרוכים במדידות רבות של נתונים לאבטחה, ומדידות של שינויים סביבתיים שיש להם חשיבות רבה בהקשר של מוצרים ניידים, כלי רכב, ערים חכמות ומכשירים חכמים. ככל שהאינטרנט של הדברים (IoT) ימשיך להתרחב, נתוני החיישנים יהפכו למקור הגדול ביותר של “נתונים בנפח גדול”, ניהול הנתונים יהפוך להיות אתגר עבור כמה מימושים, אשר אם יתבצע באופן יעיל, הוא ייצג גם הצלחה בהזדמנויות עסקיות, וחשוב עוד יותר, הצלחה של יישומים בתחומים אחרים שחשיבותם אולי פחותה מבחינת נתונים בהיקף גדול – ואלו הם – נהיגה וחניה בצורה יעילה, שימוש בטוח יותר בדרכים, הגנה על יקירנו בעזרת התקני ניטור שיאבטחו את הילדים, הזקנים וחיות המחמד, ניטור בטיחותי יותר של הבית, גשרים בטוחים יותר ובניינים בטוחים יותר, בצד שימוש מופחת במים, גידולים חקלאיים שיעובדו בצורה יעילה יותר, מכונות יעילות יותר, וכיו”ב.
