Το κρυφό κόστος του λανθάνοντος χρόνου: Γιατί η απόκριση του πραγματικού χρόνου έχει σημασία στον έλεγχο της ομάδας

Το φαινόμενο: Όταν ένας τοίχος από κουρτίνα γίνεται "φερμουάρ με δόντια που λείπουν"

Αρχικά, η ομάδα ανάθεσης υποψιάστηκε τους κινητήρες.

Το έργο είχε μόλις εισέλθει σε τελική δοκιμή. Κάθε μέρα στις 8:30 π.μ., το σύστημα διαχείρισης του κτιρίου κατέβαζε τα στόρια της ανατολικής πρόσοψης για να μειώσει το ηλιακό κέρδος πριν φτάσουν οι ένοικοι. Η εντολή ήταν απλή: αρκετές εκατοντάδες κινητήρες, ίδια προκαθορισμένη θέση, ίδια ώρα.

Η πρόσοψη δεν κινήθηκε ποτέ μαζί.

Η πρώτη σειρά ανταποκρίθηκε σχεδόν αμέσως. Άλλοι ακολούθησαν ένα κλάσμα του δευτερολέπτου αργότερα. Μερικοί σταμάτησαν και μετά πρόλαβαν. Όταν το τελευταίο τμήμα άρχισε να κινείται, το πρώτο τμήμα είχε ήδη σταματήσει.

Από το εσωτερικό του κτιρίου, μετά βίας το προσέξατε. Από το δρόμο, το παραπέτασμα έμοιαζε με φερμουάρ με δόντια που έλειπαν.

Χωρίς συναγερμούς. Κάθε κινητήρας πέρασε μεμονωμένα λειτουργικά τεστ. Το δίκτυο έμεινε ανοιχτό όλη μέρα.

Γιατί λοιπόν εκατοντάδες κινητήρες που λειτουργούν μεμονωμένα δεν μπορούσαν να εκτελέσουν μία συγχρονισμένη κίνηση;

Αυτή η ερώτηση εμφανίζεται πιο συχνά από ό,τι προβλέπουν οι περισσότερες προδιαγραφές του έργου. Καθώς οι αναπτύξεις σκίασης ξεπερνούν τους 50 ή 100 κινητήρες ανά κτίριο, το χάσμα μεταξύ του τι μπορεί να κάνει ένας κινητήρας μόνος του και του τι μπορεί να κάνει το σύστημα μαζί γίνεται η καθοριστική μέτρηση απόδοσης.

Η παρανόηση: Ο κινητήρας δεν είναι σχεδόν ποτέ το πραγματικό πρόβλημα

Εδώ είναι ένα μοτίβο που έχω δει επανάληψη σε πολλά έργα: οι κινητήρες κατηγορούνται πρώτοι, αντικαθίστανται δεύτεροι και δικαιώνονται τρίτοι.

Η μεμονωμένη λειτουργική δοκιμή επανέρχεται καθαρή σε κάθε μονάδα. Οι καμπύλες ροπής είναι εντός προδιαγραφών. Οι ταχύτητες ταξιδιού ταιριάζουν με το φύλλο δεδομένων. Τα επίπεδα θορύβου είναι καλά. Αλλά όταν και οι διακόσιοι κινητήρες λαμβάνουν μια ομαδική εντολή, η πρόσοψη πέφτει σε καταρράκτη αντί να κουμπώσει στη θέση της ως μία επιφάνεια.

Σε εκείνο το σημείο, η αντικατάσταση των κινητήρων είναι ο πιο ακριβός τρόπος για να μάθετε ότι οι κινητήρες δεν ήταν ποτέ το πρόβλημα.

Η έρευνα μετατοπίζεται σχεδόν πάντα προς την αλυσίδα επικοινωνίας: BMS σε πύλη, πύλη στο δίκτυο, δίκτυο σε ελεγκτή κινητήρα. Αποσυνδέστε δώδεκα κινητήρες από την ομάδα και επαν-δοκιμάστε. Εάν η καθυστέρηση κινείται ελάχιστα, το σημείο συμφόρησης είναι ανάντη.

The Propagation of Milliseconds: How Tiny Delays Become Visible

Τα μαθηματικά δεν συγχωρούν σε κλίμακα.

Ένας κινητήρας που ξεκινά με καθυστέρηση 100 χιλιοστών του δευτερολέπτου - κανείς δεν τον βλέπει. Αλλά διαδώστε αυτά τα ίδια 100 ms σε τριακόσιους κινητήρες σε δεκαπέντε ορόφους και η καθυστέρηση διαδίδεται. Οι εντολές χτυπούν διαφορετικά τμήματα δικτύου σε διαφορετικές στιγμές. Αυτό που ήταν ένα κλάσμα του δευτερολέπτου σε επίπεδο πακέτου γίνεται ένα κύμα που κυλάει στην πρόσοψη.

Οι μηχανικοί έχουν ένα άτυπο όνομα για αυτό: το εφέ φερμουάρ. Το όνομα κολλάει γιατί περιγράφει ακριβώς αυτό που βλέπετε.

Αυτό που πρέπει να καταλάβετε είναι ότι το φαινόμενο του φερμουάρ είναι σύμπτωμα, όχι διάγνωση. Όταν το βλέπετε, κάπου ανάμεσα στον ελεγκτή και τους κινητήρες, ο χρονισμός εντολών έχει γίνει ασυνεπής. Βρείτε πού είναι η πραγματική δουλειά.

Γιατί οι προγραμματιστές το παίρνουν αυτό στα σοβαρά

Ένας πύργος γραφείων υψηλής ποιότητας με αυτοματοποιημένη πρόσοψη που δεν συγχρονίζεται έχει ένα πρόβλημα που ξεπερνά τα όρια της μηχανικής. Η πρόσοψη είναι μέρος της οπτικής ταυτότητας του κτιρίου. Όταν λειτουργεί, ο αυτοματισμός είναι αόρατος. Όταν δεν το κάνει, κάθε ένοικος στον 15ο όροφο το παρατηρεί πριν από τον πρώτο του καφέ.

Έχω ακούσει το ίδιο παράπονο να διατυπώνεται με δύο εντελώς διαφορετικούς τρόπους. Οι μηχανικοί λένε "βλέπουμε λανθάνουσα κατάσταση στην ομάδα πολλαπλών εκπομπών." Οι υπεύθυνοι των εγκαταστάσεων λένε «οι τυφλοί δεν κινούνται πια μαζί». Ίδιο πρόβλημα, διαφορετική γλώσσα. Και οι δύο ανατρέχουν στην ίδια ρίζα.

Για τους προγραμματιστές, το κόστος είναι η αξιοπιστία. Για τους ενοίκους, είναι εμπιστοσύνη στην τεχνολογία του κτιρίου. Για την ομάδα ανάθεσης, είναι αφόρητες ώρες να κυνηγούν ένα φάντασμα.

Το κόστος ενέργειας: Κάθε αργό δευτερόλεπτο προστίθεται

Ένας αισθητήρας φωτός ημέρας ενεργοποιείται σε ένα προκαθορισμένο όριο ακτινοβολίας. Οι περσίδες πρέπει να αναπτυχθούν αμέσως. Αλλά αν η εντολή ομάδας χρειάζεται 800 χιλιοστά του δευτερολέπτου για να διαδοθεί - δεν είναι ασυνήθιστο σε ένα μεγάλο δίκτυο unicast - κάθε ένα από αυτά τα χιλιοστά του δευτερολέπτου επιτρέπει στην ηλιακή ακτινοβολία να χτυπήσει το εσωτερικό γυαλί σε πλήρη ένταση.

Ένα δευτερόλεπτο καθυστέρησης, από μόνο του, δεν προσθέτει τίποτα σημαντικό στο φορτίο ψύξης. Αλλά πολλαπλασιάστε αυτό το δευτερόλεπτο με τον αριθμό των γεγονότων ενεργοποίησης ανά ημέρα, με τον αριθμό των ημερών στην περίοδο ψύξης, με τα τετραγωνικά μέτρα των υαλοπινάκων και ο αριθμός σταματά να είναι ασήμαντος. Μια πρόσοψη με δυτική-όψη το καλοκαίρι μπορεί να προκαλέσει ανάπτυξη σκίασης δεκάδες φορές την ημέρα καθώς η γωνία του ήλιου μετατοπίζεται και η κάλυψη του νέφους περνά. Κάθε καθυστερημένη ανάπτυξη είναι θερμότητα που πρέπει τώρα να αφαιρέσει το σύστημα HVAC.

Η μελέτη κατοχής LBNL μετά-του κτηρίου των New York Times τεκμηρίωσε ότι η αυτοματοποιημένη σκίαση ενσωματωμένη με τα χειριστήρια μείωσης του φωτός της ημέρας-μειώνει την ετήσια χρήση ενέργειας φωτισμού κατά 56% στις περιμετρικές ζώνες. Αυτό το αποτέλεσμα προϋπέθετε την έγκαιρη ανάπτυξη. Τα late blinds υπονομεύουν την αριθμητική που έκανε την επένδυση σκίασης να αποπληρωθεί.

Υπάρχει επίσης ένα δευτερεύον κόστος μέσα στο ίδιο το δίκτυο. Όταν οι εντολές φτάνουν αργά, οι ελεγκτές αναμεταδίδουν. Οι αναμεταδόσεις καταναλώνουν χρόνο ομιλίας που θα πρέπει να είναι διαθέσιμος για τον επόμενο κύκλο εντολών. Ένας μικρός ρυθμός επανάληψης είναι φυσιολογικός - σε κάθε ασύρματο πρωτόκολλο υπολογίζεται. Αλλά ξαναπροσπαθεί σύνθετο. Μια ομάδα που βλέπει 2% επαναλήψεις σε 50 κινητήρες μπορεί να δει 8% στους 200 και η καμπύλη κυκλοφορίας δεν είναι γραμμική. Κάθε επανάληψη δημιουργεί περισσότερη επισκεψιμότητα, η οποία δημιουργεί περισσότερες συγκρούσεις, γεγονός που δημιουργεί περισσότερες επαναλήψεις. Οι μηχανικοί που μετρούν την καθυστέρηση με την πάροδο του χρόνου συχνά ανακαλύπτουν ότι το δίκτυο σιγά σιγά κορεστεί.

Η προσθήκη κινητήρων δεν προσθέτει καθυστέρηση γραμμικά

Μία από τις πιο επίμονες παρανοήσεις στις συζητήσεις του έργου είναι ότι ο διπλασιασμός του αριθμού κινητήρα διπλασιάζει την καθυστέρηση.

Έχω δει ένα δίκτυο 100 κινητήρων να αποδίδει καλύτερα από ένα δίκτυο 60 κινητήρων στην ίδια στοίβα πρωτοκόλλων. Έχω δει επίσης ένα δίκτυο 250 κινητήρων να παραμένει σταθερό για χρόνια, ενώ ένα δίκτυο 120 κινητήρων σε διαφορετικό κτίριο χρειαζόταν εκ νέου έναρξη λειτουργίας κάθε έξι μήνες.

Η μεταβλητή δεν είναι πλήθος συσκευών. Η μεταβλητή είναι ο τρόπος με τον οποίο έχει σχεδιαστεί το σύστημα επικοινωνίας: λογική ομαδοποίησης, απόδοση ελεγκτή, επιλογή πρωτοκόλλου, τοπολογία, συχνότητα ενημέρωσης κατάστασης, εάν είναι ενεργοποιημένη η ψηφοφορία. Δύο κτίρια με τους ίδιους κινητήρες, την ίδια πύλη και το ίδιο υλικολογισμικό μπορούν να παράγουν εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα θέσης σε λειτουργία, εάν ένα από αυτά ομαδοποιήσει όλα τα blinds σε μια ενιαία ζώνη και το άλλο χωριστεί κατά προσανατολισμό πρόσοψης.

Αυτός είναι ο λόγος που οι έμπειροι ολοκληρωτές ελέγχουν τη διαμόρφωση του δικτύου προτού αγγίξουν το υλικό.

Τα κούτσουρα είπαν μια διαφορετική ιστορία

Σε ένα έργο όπου το φαινόμενο του φερμουάρ ήταν σοβαρό, η ομάδα έβγαλε αρχεία καταγραφής επικοινωνίας από μια εβδομάδα αυτοματοποιημένων πρωινών κύκλων.

Το μοτίβο ήταν άμεσο. Ο κινητήρας 001 έλαβε την εντολή του μέσα σε 12 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Ο κινητήρας 200 έλαβε την ίδια εντολή μετά από 940 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Οι κινητήρες δεν ανταποκρίνονταν αργά - λάμβαναν την εντολή σε διαφορετικούς χρόνους.

 

Αυτό το εύρημα άλλαξε ολόκληρη την έρευνα. Δεν ήταν πρόβλημα απόκρισης κινητήρα. Ήταν ένα πρόβλημα διανομής εντολών. Ο ελεγκτής επαναλάμβανε τις συσκευές μία κάθε φορά μέσω unicast και κάθε καρέ περίμενε να αναγνωριστεί το προηγούμενο πριν σταλεί το επόμενο.

200 κινητήρες × περίπου 4,7 χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά καρέ (υπολογίζοντας το χρόνο ομιλίας, το backoff CSMA/CA και την αναστροφή ACK)=940 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Τα μαθηματικά ταίριαζαν σχεδόν ακριβώς με την παρατηρούμενη καθυστέρηση.

Η επιλογή επικοινωνίας: Μία εντολή έναντι διακόσιων μεμονωμένων κλήσεων

Η αναλογία που συνήθως προσγειώνεται με τους ενδιαφερόμενους φορείς του έργου είναι η εξής: πρέπει να πείτε σε 200 άτομα σε ένα κτίριο να παρακολουθήσουν μια συνάντηση. Μπορείτε να τηλεφωνήσετε στον καθένα ξεχωριστά ή μπορείτε να κάνετε μία ανακοίνωση μέσω του συστήματος PA. Το ίδιο αποτέλεσμα. Ριζικά διαφορετικός χρόνος για την ολοκλήρωση.

Η ομαδική επικοινωνία λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Ένα δίκτυο unicast δημιουργεί μεμονωμένα πακέτα για κάθε κινητήρα και τα στέλνει διαδοχικά. Κάθε πακέτο περιμένει να διαγραφεί το προηγούμενο. Η καθυστέρηση συνδυάζεται αριθμητικά με το μέγεθος της ομάδας.

Η Multicast δημιουργεί ένα πλαίσιο που απευθύνεται σε μια λογική ομάδα. Κάθε κινητήρας αυτής της ομάδας το λαμβάνει μέσα στο ίδιο παράθυρο μετάδοσης. Η καθυστέρηση είναι σταθερή ανεξάρτητα από το μέγεθος της ομάδας - ένα χρόνο καρέ, όχι από N χρόνους καρέ.

Το πρωτόκολλο Matter, που διατηρείται από την Connectivity Standards Alliance, καθορίζει την ομαδική επικοινωνία μέσω του Groups Cluster. Ένα αναγνωριστικό ομάδας αντιστοιχίζεται σε ένα σύνολο κόμβων υφάσματος και μια ενιαία πολλαπλή μετάδοση φτάνει σε όλα τα μέλη της ομάδας ταυτόχρονα. Αυτή δεν είναι ιδιόκτητη τεχνική - είναι ενσωματωμένη στην προδιαγραφή πρωτοκόλλου. Η πρακτική διαφορά για μια ανάπτυξη 200 κινητήρων είναι η διαφορά μεταξύ ενός πλαισίου και 200 ​​πλαισίων.

Η Τοπολογία Δικτύου: Γιατί το Φυσικό Επίπεδο Καθορίζει το Αποτέλεσμα

Η άλλη μεταβλητή που καθορίζει εάν η multicast λειτουργεί πραγματικά σε κλίμακα είναι το φυσικό επίπεδο δικτύου.

Σε μια τοπολογία αστέρι - που περιγράφει τα περισσότερα WiFi και πολλές κληρονομικές αναπτύξεις Zigbee - κάθε κινητήρας συνδέεται απευθείας σε ένα κεντρικό σημείο πρόσβασης ή συντονιστή. Όταν ένας κινητήρας κάθεται πίσω από έναν τοίχο διάτμησης από σκυρόδεμα ή έναν ανυψωτήρα HVAC, η ποιότητα του συνδέσμου υποβαθμίζεται ανεξάρτητα από κάθε άλλο κινητήρα. Το δίκτυο αντισταθμίζει με την αναμετάδοση ή τη μείωση του ρυθμού δεδομένων για τη συγκεκριμένη διαδρομή, η οποία καταναλώνει χρόνο ομιλίας που θα πρέπει να είναι διαθέσιμος για ομαδικές εντολές.

Το νήμα χρησιμοποιεί διαφορετικό μοντέλο. Δημιουργεί ένα πλέγμα: συσκευές που τροφοδοτούνται από το δίκτυο-λειτουργούν ως δρομολογητές, προωθώντας την κυκλοφορία για συσκευές που τροφοδοτούνται από μπαταρία-που δεν μπορούν να διατηρηθούν πάντα-σε ραδιόφωνα. Εάν η απευθείας διαδρομή προς τον κινητήρα 47 είναι μπλοκαρισμένη, το πλαίσιο περνάει μέσω του κινητήρα 32 και του κινητήρα 18. Το πλέγμα υπολογίζει εκ νέου τις διαδρομές συνεχώς με βάση τις μετρήσεις ποιότητας σύνδεσης που ενημερώνονται σε πραγματικό χρόνο. Κανένα σημείο αποτυχίας. Δεν υπάρχει στάσιμη ροή εντολών που περιμένει αναμετάδοση σε έναν κόμβο που αντιμετωπίζει προβλήματα.

Το σημείο αναφοράς δικτύωσης πλέγματος Silicon Labs, που πραγματοποιείται σε ένα κατειλημμένο εμπορικό γραφείο με ενεργά δίκτυα WiFi και Zigbee, παρέχει μια ανεξάρτητη αναφορά. Σε μεγάλα δίκτυα με μέτρια ωφέλιμα φορτία: Ο λανθάνων χρόνος νήματος διατηρείται κάτω από περίπου 100 ms, το Zigbee εξαπλώνεται σε περίπου 130 ms και το πλέγμα Bluetooth υποβαθμίζεται πάνω από 250 ms. Το χάσμα μεγαλώνει με το μέγεθος του δικτύου και το ωφέλιμο φορτίο, ακριβώς τις συνθήκες που έχουν σημασία για την εμπορική σκίαση.

Το Thread εφαρμόζει επίσης την ευελιξία συχνότητας: εάν ένα κανάλι 2,4 GHz κορεστεί, το δίκτυο μεταπηδά σε ένα καθαρότερο κανάλι μεταξύ των μεταδόσεων. Το στρώμα εφαρμογής κινητήρα δεν βλέπει ποτέ το άλμα. Χωρίς επανάληψη. Χωρίς αιχμή καθυστέρησης. Αυτή είναι μια τυπική δυνατότητα Thread που καθορίζεται στο επίπεδο MAC IEEE 802.15.4.

Τίποτα από αυτά δεν σημαίνει ότι το Thread είναι πάντα η σωστή απάντηση. Η κατασκευή κτιρίων, η πυκνότητα της συσκευής και η ποιότητα θέσης σε λειτουργία εξακολουθούν να κυριαρχούν. Αυτό που αλλάζει το Thread είναι ο τρόπος με τον οποίο υποβαθμίζεται το δίκτυο υπό φόρτωση - και για μεγάλες αναπτύξεις σκίασης, η χαριτωμένη υποβάθμιση είναι το μόνο είδος που έχει σημασία.

Όταν η πρόσοψη φαίνεται αργή, οι κινητήρες είναι το τελευταίο πράγμα που ελέγχω

Ένας ανώτερος μηχανικός ανάθεσης μου το είπε μια φορά, και ισχύει κάθε φορά που έχω δει ένα εφέ φερμουάρ στο χωράφι.

Το θέμα του δεν ήταν ότι οι κινητήρες δεν αστοχούν ποτέ. Ήταν ότι η αστοχία του κινητήρα είναι δυαδική - ένας κινητήρας ξεκινά ή δεν το κάνει. Η υποβάθμιση της επικοινωνίας είναι συνεχής - επιδεινώνεται καθώς αυξάνεται η κίνηση, καθώς το κτίριο γεμίζει, καθώς άλλα συστήματα έρχονται στο διαδίκτυο. Η δοκιμή αποδοχής από το εργοστάσιο εντοπίζει ελαττώματα κινητήρα. Σπάνια αντιμετωπίζει προβλήματα επικοινωνίας, επειδή το περιβάλλον δοκιμής δεν έχει καθόλου την πολυπλοκότητα ραδιοσυχνοτήτων ενός τελειωμένου κτιρίου με 200 συσκευές, 50 σημεία πρόσβασης WiFi και αίθουσες μηχανών ανελκυστήρων που παράγουν ευρυζωνική EMI δύο ορόφους μακριά.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα προβλήματα συγχρονισμού εμφανίζονται συχνά κατά τη διάρκεια της χρήσης και όχι κατά τη θέση σε λειτουργία. Το δίκτυο ήταν εντάξει όταν ήταν το μόνο πράγμα που έτρεχε.

Μετρήστε το δεξιό τελικό σημείο

Οι συζητήσεις σχετικά με τον λανθάνοντα χρόνο ξεκινούν σχεδόν πάντα με το "πόσο γρήγορος είναι ο κινητήρας;" Φαίνεται ότι είναι η σωστή ερώτηση, αλλά περιορίζει την έρευνα στο λάθος 1% της αλυσίδας σήματος.

Ένας κινητήρας μπορεί να ανταποκριθεί σε 8 χιλιοστά του δευτερολέπτου από τη λήψη μιας εντολής. Εάν η εντολή έλαβε 900 χιλιοστά του δευτερολέπτου, η μείωση του χρόνου απόκρισης του κινητήρα από 8 ms σε 6 ms δεν σας εξαγοράζει τίποτα.

Η μέτρηση που έχει σημασία είναι από-σε-τέλος: το διάστημα από τον ελεγκτή που εκδίδει μια εντολή ομάδας σε κάθε κινητήρα που ξεκινά τη φυσική κίνηση. Αυτός ο αριθμός καταγράφει τον ελεγκτή, τη στοίβα δικτύου, το ραδιόφωνο, το MCU του κινητήρα και το στάδιο ισχύος - όλα όσα βρίσκονται μεταξύ της εντολής BMS και της μηχανικής εξόδου.

Όταν παρακολουθείτε από-σε-τέλος, η εικόνα αλλάζει. Δύο συστήματα που καθορίζουν τους ίδιους χρόνους απόκρισης κινητήρα μπορεί να διαφέρουν κατά 800 ms από το τέλος- στο-τέλος, λόγω του τρόπου με τον οποίο το δίκτυο διανέμει τις εντολές. Η σύγκριση φύλλων προδιαγραφών δεν το πιάνει ποτέ.

Η μέση καθυστέρηση είναι απόσπαση της προσοχής

Εδώ είναι μια παγίδα στην οποία βλέπω τους μηχανικούς να πέφτουν: συγκρίνουν τους μέσους αριθμούς καθυστέρησης και πιστεύουν ότι έχουν απαντήσει στην ερώτηση.

Δύο συστήματα, και τα δύο αναφέρουν κατά μέσο όρο 18 ms. Στα χαρτιά, πανομοιότυπα. Στην ανάπτυξη, κάποιος παρέχει σταθερή απόκριση μέσα σε μια σφιχτή ζώνη. Το άλλο αυξάνει περιστασιακά στα 80 ή 100 ms κατά τη διάρκεια έντονης κυκλοφορίας - και αυτές οι αιχμές, όχι ο μέσος όρος, είναι αυτό που βλέπουν οι άνθρωποι όταν μετακινείται η πρόσοψη.

Το μάτι δεν αντιλαμβάνεται τους μέσους όρους. Αντιλαμβάνεται ακραίες τιμές. Μια ακίδα 100 ms σε μια ομάδα 300 κινητήρων δημιουργεί έναν ορατό δισταγμό σε ένα τμήμα της πρόσοψης και αυτό θυμάται ο ιδιοκτήτης του κτιρίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μηχανικοί δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στο 99ο εκατοστημόριο - ή ακόμα καλύτερα, στη μέγιστη παρατηρούμενη καθυστέρηση - παρά στη μέση τιμή. Η προβλεψιμότητα ξεπερνά τη μέγιστη απόδοση κάθε φορά.

 

Η πραγματική-Μέτρηση του κόσμου: Τι μετρήσαμε στη δική μας πλατφόρμα

Πριν από την κυκλοφορία της τρέχουσας πλατφόρμας ελέγχου, η ομάδα μηχανικών μας διεξήγαγε μια εσωτερική επικύρωση για να κατανοήσει πώς ο χρόνος απόκρισης κλιμακώθηκε με το μέγεθος της ομάδας.

Η ρύθμιση: σωληνοειδείς κινητήρες σε θέμα-πάνω από-Δίκτυο νημάτων, σταθερές συνθήκες εσωτερικού χώρου, επαναλαμβανόμενες εντολές ομάδας σε αυξανόμενους αριθμούς συσκευών. Ο στόχος δεν ήταν να επιτευχθεί ένα εντυπωσιακό ελάχιστο - ήταν να επαληθευτεί ότι ο λανθάνοντας χρόνος παρέμενε προβλέψιμος καθώς η ομάδα μεγάλωνε.

Σε πολλούς κύκλους δοκιμής με 100 κινητήρες, οι περισσότερες μονάδες άρχισαν να κινούνται μέσα σε 20 χιλιοστά του δευτερολέπτου από την εντολή ομάδας. Η πιο αργή ανάγνωση ήταν περίπου 22 ms. Οι αναμεταδόσεις πακέτων παρέμειναν κάτω από το 0,5% καθ' όλη τη διάρκεια.

Η αύξηση ήταν ομαλή - χωρίς γκρεμό, κανένα σημείο όπου η απόδοση κατέρρευσε ξαφνικά. Αυτό έχει μεγαλύτερη σημασία από τους απόλυτους αριθμούς. Ένα σύστημα που υποβαθμίζεται σταδιακά υπό φορτίο μπορεί να αναπτυχθεί με σιγουριά σε οποιαδήποτε κλίμακα. Ένα σύστημα που αποδίδει καλά στους 40 κινητήρες και καταρρέει στους 80 είναι μια καταστροφή που περιμένει να συμβεί.

Αυτοί είναι αριθμοί ελεγχόμενου-περιβάλλοντος. Τα πραγματικά κτίρια έχουν ατσάλινο σκελετό, γυαλί χαμηλής-Ε, ανταγωνιστικά δίκτυα WiFi και επιβάτες που περπατούν με κινητές συσκευές. Τα αποτελέσματα πεδίου θα διαφέρουν. Η επικύρωση απλώς επιβεβαίωσε ότι η αρχιτεκτονική - multicast over mesh - κλιμακώνεται με τον τρόπο που προβλέπουν τα μαθηματικά.

Η μηχανική πλευρά: Ακόμη και η τέλεια επικοινωνία δεν μπορεί να καλύψει τις ανοχές

Η επικοινωνία τραβάει την προσοχή γιατί εκεί ζει ο μεγαλύτερος λανθάνοντας χρόνος. Αλλά ακόμα και με τέλεια απόδοση εντολών - κάθε κινητήρας που λαμβάνει το ίδιο πλαίσιο την ίδια στιγμή, ο συγχρονισμός - μπορεί να διακοπεί σε μηχανικό επίπεδο.

Οι ανοχές του συγκροτήματος του κιβωτίου ταχυτήτων, η διακύμανση προφόρτισης ρουλεμάν, ο χρονισμός απελευθέρωσης φρένων, η ομόκεντρη άξονα εξόδου - όλα αυτά επηρεάζουν το πόσο γρήγορα ένας κινητήρας μεταβαίνει από ακίνητο σε περιστρεφόμενο μετά τη λήψη μιας ηλεκτρικής εντολής. Μεμονωμένα οι διαφορές είναι μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, αόρατες. Σε αρκετές εκατοντάδες κινητήρες σε μία πρόσοψη, συσσωρεύονται σε αξιοσημείωτη κλιμάκωση.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η συνέπεια στην κατασκευή δεν είναι μια ξεχωριστή συζήτηση από την απόδοση της επικοινωνίας. Τα δύο σύνθετα. Η διαδικασία παραγωγής μας συγκρατεί τα βασικά εξαρτήματα μετάδοσης σε ±0,05 mm σε καθίσματα ρουλεμάν και προφίλ ταχυτήτων. Αυτή η ανοχή επηρεάζει άμεσα τη μηχανική επαναληψιμότητα από την οποία εξαρτάται ο βρόχος ελέγχου υλικολογισμικού.

Οι αυστηρότερες ανοχές σημαίνουν ότι η ανάδραση θέσης του κωδικοποιητή προσγειώνεται πραγματικά εκεί που το περιμένει ο κινητήρας. Χαμηλότερες ανοχές σημαίνουν ότι ο βρόχος ελέγχου διορθώνει συνεχώς - υπέρβαση, έλξη, μικρο-ταλάντωση - που καίει ενέργεια και, σε ένα ήσυχο γραφείο, γίνεται ακουστός ως θόρυβος κυνηγιού στις οριακές στάσεις. Η ακρίβεια επικοινωνίας και η μηχανική ακρίβεια είναι δύο μισά του ίδιου προβλήματος.

Ο σχεδιασμός της ζώνης γίνεται πριν τραβήξει το πρώτο καλώδιο

Οι περισσότερες αποτυχίες συγχρονισμού σχεδιάζονται στο έργο πριν από την έναρξη της προμήθειας.

Το πιο συνηθισμένο λάθος είναι η ομαδοποίηση ανά όροφο γιατί έτσι είναι οργανωμένα τα αρχιτεκτονικά σχέδια. Αισθάνεται φυσικό. Αλλά ο ήλιος δεν σέβεται τα όρια του ορόφου. Μια ανατολική πρόσοψη δέχεται πρωινό φορτίο. μια δυτική πρόσοψη παίρνει απογευματινό φορτίο. Εάν κάθε τυφλός σε έναν όροφο λαμβάνει κάθε εντολή, ανεξάρτητα από το αν ο ήλιος χτυπά την πλευρά του κτιρίου, η κυκλοφορία του δικτύου διογκώνεται χωρίς λειτουργικό λόγο.

Η απλούστερη προσέγγιση: ομαδοποίηση κατά προσανατολισμό πρόσοψης πρώτα, υποδιαίρεση ανά όροφο σε κάθε προσανατολισμό δευτερόλεπτο. Ανατολική ζώνη. Δυτική ζώνη. Βόρεια ζώνη. Νότια ζώνη. Κάθε ομάδα πολλαπλής εκπομπής περιέχει μόνο κινητήρες που κινούνται πάντα μαζί - ίδια ηλιακή έκθεση, ίδια λογική εντολών. Η ομαδική κίνηση μειώνεται. Η πίεση στην ουρά πέφτει. Η καθυστέρηση πέφτει.

Το όριο κλίμακας: Όταν η ασύρματη σύνδεση χρειάζεται έναν ενσύρματο συνεργάτη

Υπάρχει ένα σημείο όπου η καθαρή ασύρματη σύνδεση αρχίζει να χρειάζεται μια συζήτηση σχετικά με τον πλεονασμό ενσύρματου και, σύμφωνα με την εμπειρία μας, αυτό το σημείο είναι κάπου πάνω από 500 κινητήρες σε ένα ενιαίο κτιριακό δίκτυο.

Κάτω από 300, ένα καλά σχεδιασμένο πλέγμα νήματος-διαχειρίζεται τον ομαδικό έλεγχο χωρίς δραματουργία. Μεταξύ 300 και 500, η ​​πυκνότητα πλέγματος χρειάζεται προσοχή: σχεδιάστε για τουλάχιστον μία συσκευή με δυνατότητα δρομολογητή- ανά 15 έως 20 τελικά σημεία, έτσι ώστε η ποικιλομορφία της διαδρομής δρομολόγησης να διατηρείται όταν υπάρχουν εμπόδια.

Πάνω από 500, η ​​λειτουργική πολυπλοκότητα μετατοπίζεται. Αν δεν είστε προσεκτικοί, οι ενημερώσεις υλικολογισμικού σε αυτήν την κλίμακα κορεστούν ένα ασύρματο δίκτυο. Η θέση σε λειτουργία της συσκευής διαρκεί περισσότερο. Η στατιστική πιθανότητα ενός συμβάντος διαμερίσματος πλέγματος - όπου ένα υποσύνολο συσκευών χάνει προσωρινά τη συνδεσιμότητα με τον δρομολογητή περιγράμματος - αυξάνεται με τον αριθμό κόμβων, ακόμη και αν η μέση ποιότητα σύνδεσης είναι εξαιρετική.

Σε αυτό το όριο, η προσθήκη ενός ενσύρματου κορμού RS-485 ως παράλληλης διαδρομής για τη διανομή υλικολογισμικού και το failover δεν αποτελεί παραδοχή ότι η ασύρματη σύνδεση είναι αναξιόπιστη. Είναι μια αναγνώριση ότι σε ένα κτίριο 500 κινητήρων, ένα συμβάν διαχωρισμού κατά τη διάρκεια μιας ακολουθίας ενσωμάτωσης συναγερμού πυρκαγιάς δεν είναι κάτι που θέλετε να εξηγήσετε στο AHJ. Η ενσύρματη διαδρομή είναι ασφαλιστική.

Τα νοσοκομεία, τα αεροδρόμια και τα κυβερνητικά κτίρια τείνουν να καθορίζουν την υβριδική αρχιτεκτονική ανεξάρτητα από τον αριθμό κινητήρων, επειδή το κόστος διακοπής λειτουργίας σε αυτά τα περιβάλλοντα καθιστά το ενσύρματο αντίγραφο ασφαλείας ένα σφάλμα στρογγυλοποίησης του συνολικού προϋπολογισμού του έργου. Το Ινστιτούτο Κατασκευαστικής Βιομηχανίας έχει τεκμηριώσει ότι το κόστος επανεπεξεργασίας - συμπεριλαμβανομένης της επανεκκίνησης του συστήματος - κατά μέσο όρο 12,4% του εγκατεστημένου κόστους του έργου. Μια πλεονάζουσα ραχοκοκαλιά επικοινωνίας κοστίζει ένα κλάσμα της εκ νέου έναρξης λειτουργίας 500 κινητήρων μετά την κατοχή ενός λανθάνοντος προβλήματος δικτύου.

Οι πέντε ερωτήσεις που έχουν σημασία πριν από την απογραφή

Μετά από αρκετούς κύκλους θέσης σε λειτουργία, οι ίδιες ερωτήσεις συνεχίζουν να εμφανίζονται. Ποτέ δεν αφορούν τη ροπή ή τις στροφές.

"Κάθε κινητήρας πέρασε μεμονωμένα τεστ. Γιατί η ομάδα φαίνεται αργή;"

Εξετάζετε ένα πρόβλημα διανομής εντολών, όχι ένα πρόβλημα κινητήρα. Ελέγξτε εάν ο ελεγκτής κάνει unicast εντολές μία κάθε φορά. Ελέγξτε τη συχνότητα ενημέρωσης κατάστασης. Ελέγξτε εάν όλοι οι κινητήρες ανήκουν σε μια ομάδα μεγάλου μεγέθους. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μετάβαση σε διευθυνσιοδότηση ομάδας πολλαπλής εκπομπής επιλύει την ορατή καθυστέρηση χωρίς να αγγίξει ούτε έναν κινητήρα.

"Αν ένας κινητήρας αποτύχει, καταρρίπτει την ομάδα;"

Δεν πρέπει. Κάθε κινητήρας ανταποκρίνεται ανεξάρτητα στο ίδιο πλαίσιο πολλαπλής διανομής. Ένας μόνο νεκρός κινητήρας - Βλάβη MCU, βραχυκύκλωμα πυκνωτή, μηχανική εμπλοκή - παραμένει νεκρός από μόνος του. Οι άλλοι 199 εκτελούν την εντολή κανονικά. Εάν ένας κινητήρας αποσυνδεθεί πλήρως από το δίκτυο, ο πίνακας εργαλείων διαχείρισης θα πρέπει να τον επισημάνει ως μη-αποκριτικό και θα πρέπει να επανέλθει αυτόματα στην ομάδα όταν αποκατασταθεί η συνδεσιμότητα. Αυτή η απομόνωση είναι μια σκληρή απαίτηση για κάθε-πλατφόρμα ελέγχου ποιότητας παραγωγής.

"Είναι πραγματικά αξιόπιστο το ασύρματο σε έναν πύργο από χάλυβα-και-γυάλινη;"

Ναι, εάν το πρωτόκολλο και η τοπολογία έχουν επιλεγεί για αυτό το περιβάλλον. Η αρχιτεκτονική πλέγματος του Thread οδεύει γύρω από εμπόδια αντί να εξαρτάται από ένα σημείο πρόσβασης που τα διατρέχει. Η ευελιξία συχνότητας απομακρύνεται από τα κορεσμένα κανάλια χωρίς να εμπλέκεται το επίπεδο εφαρμογής. Το σημείο αναφοράς της Silicon Labs που αναφέρθηκε νωρίτερα λειτουργούσε σε ένα ενεργό γραφείο με το WiFi και το Zigbee να ανταγωνίζονται για το χρόνο ομιλίας - όχι ένα θωρακισμένο εργαστήριο - και το Thread είχε τη χαμηλότερη καθυστέρηση σε όλες τις συνθήκες δοκιμής.

Τούτου λεχθέντος, κανένα πρωτόκολλο δεν εξαλείφει την ανάγκη για έρευνα ραδιοσυχνοτήτων πριν από την εγκατάσταση σε κλίμακα. Ένα κτίριο με επιμεταλλωμένα επιχρίσματα παραθύρων Low{2}}E συμπεριφέρεται διαφορετικά από ένα με διαφανές γυαλί. Οι γυψοσανίδες-στην-κατασκευή καρφιών συμπεριφέρονται διαφορετικά από το χυμένο σκυρόδεμα και τον οπλισμό. Το πλέγμα χειρίζεται τα εμπόδια καλύτερα από το αστέρι. Δεν κάνει τη φυσική προαιρετική.

"Είναι πάντα καλύτερη η χαμηλότερη καθυστέρηση;"

Μόνο αν είναι και συνεπής. Ένα σύστημα που αποδίδει 18 ms κάθε φορά παράγει μια εμφανώς ομοιόμορφη πρόσοψη. Ένα σύστημα που μπορεί να χτυπήσει 10 ms υπό ιδανικές συνθήκες, αλλά αυξάνεται στα 80 ms όταν αυξάνεται η κίνηση, δημιουργεί μια πρόσοψη που φαίνεται νευρική. Για τους ιδιοκτήτες κτιρίων, η προβλεψιμότητα είναι αυτό που παρατηρούν οι ένοικοι. Το ελάχιστο φύλλο προδιαγραφών είναι αυτό για το οποίο μιλά ο μηχανικός πωλήσεων στη συνάντηση προσφοράς. Σπάνια είναι το ίδιο πράγμα.

Πριν ξεκινήσει το επόμενο έργο

Το μάθημα που επαναλαμβάνεται σε μεγάλα έργα σκίασης είναι απλό: τα προβλήματα συγχρονισμού δεν ξεκινούν σχεδόν ποτέ από τον κινητήρα.

Μέχρι τη στιγμή που το φαινόμενο φερμουάρ είναι ορατό από το δρόμο, η βασική αιτία έχει συσσωρευτεί αθόρυβα στο σύστημα επικοινωνίας για εβδομάδες ή μήνες. Οι έμπειρες ομάδες ανάθεσης το γνωρίζουν αυτό. Ελέγχουν τη διαμόρφωση του δικτύου προτού παραγγείλουν υλικό αντικατάστασης.

Οι πέντε ερωτήσεις που έχουν σημασία:

Οι εντολές διανέμονται με multicast ή unicast;

Πόσες συσκευές μοιράζονται κάθε διαδρομή επικοινωνίας;

Πόσο περιττή δημοσκόπηση κατάστασης είναι ενεργοποιημένη;

Η καθυστέρηση παραμένει προβλέψιμη καθώς αυξάνεται ο αριθμός συσκευών;

Μπορεί να απομονωθεί μια μεμονωμένη αποτυχία επικοινωνίας;

Η σωστή απάντηση σε αυτές τις πέντε ερωτήσεις θα έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην απόδοση της πρόσοψης από οποιαδήποτε προδιαγραφή κινητήρα στο φύλλο δεδομένων.

Ο χρόνος απόκρισης δεν είναι πραγματικά μια μέτρηση κινητήρα. Είναι μια μέτρηση συστήματος. Καθώς τα εμπορικά κτίρια πιέζουν προς την αυστηρότερη ενοποίηση μεταξύ σκίασης, φωτισμού και HVAC, η δυνατότητα εκτέλεσης μιας χρονισμένης εντολής σε εκατοντάδες τελικά σημεία γίνεται ο αριθμός απόδοσης που καθορίζει εάν άξιζε να γίνει η επένδυση αυτοματισμού. Οι κινητήρες σπάνια αποτελούν το σημείο συμφόρησης. Η αρχιτεκτονική μεταξύ τους σχεδόν πάντα είναι.