佈署 IoT Edge 和霧運算技術以開發智慧建築服務
2021年2月19日 星期五
《3S MARKET》這篇報導把物聯網的架構與實作,描寫的非常詳細,雖然在建築的細節上描述不多,但報導中也提及這是個實際驗證,可適用在很多的場域。不知道,有多少人真正看得懂?當然,連這篇都看不懂的人,就別說他真正了解物聯網、Edge 與 Cloud。
事實上這篇報導的描述不難了解,真正物聯網與邊緣運算的挑戰,是在實作。實作真正面臨的,是這些數據處理、融合、分析上的完整度,還有 —— 找到實作的場景!
摘要
基於 SoC 架構的嵌入式系統的進步,使許多商業設備的開發變得足夠強大,足以運行操作系統和複雜的算法。這些設備整合了一組具有連通性、運算能力和成本降低的不同感測器。在這種情況下,物聯網(IoT)的潛力不斷增加,並帶來了其他發展可能性:「事物」現在可以增加數據源附近的運算量;因此,可以在本地系統上,佈署不同的物聯網服務。
這種範例稱為「邊緣運算」,它整合了物聯網技術和雲端運算系統。邊緣運算可以減少感測器與中央數據中心之間,所需的通信頻寬。此方法需要管理感測器、執行器、嵌入式設備,和可能不連續連接到網路的其他資源(例如智慧手機)。這種趨勢對於智慧建築設計非常有吸引力,在智慧建築設計中,必須整合不同的子系統(能源、氣候控制、安全性、舒適性、使用者服務、維護和營運成本)以開發智慧設施。在這項工作中,分析和提出了一種基於邊緣運算範例的智慧服務設計方法。
這種新穎的方法,克服了現有設計中與服務的互操作性,和可伸縮性有關的一些缺點。描述了基於嵌入式設備的實驗架構。能源管理、安全系統、氣候控制和資訊服務,是實施新智慧設施的子系統。
1. 簡介
建築自動化系統使用開放式通信標準和介面,可以整合多種不同的建築控制規則,例如供暖、通風、空調、照明和百葉窗、安全功能和設備。但是,現有建築物通常不具有這些系統。
通常,每種安裝類型都提供特定的服務:供暖通風和空調(HVAC)控制氣候服務,攝影機和感測器提供安全服務等。僅當設計能源管理系統時,不同的子系統相關,但僅透過以下方式,連接建築物的能源管理系統。能源管理服務,集中在專用軟體中。
對於使用者和維護技術人員來說,提供不同服務的不同製造商,發現很難整合新的服務和功能。自動化建築將用於控制和數據採集的軟體,與工業協議和介面整合在一起。此外,將新服務整合到這種解決方案中並不容易,這取決於已安裝軟體的開發。
這些工業發展還為能源管理,提供了雲端連接解決方案和智慧服務。這些服務,也在集中式電腦系統中開發。數據被傳輸到這些系統或雲端進行分析。本文提出使用佈署在物聯網(IoT)技術中的邊緣和霧運算範例,主要有兩個目的:
A. 在自動化和非自動化建築物中,促進新的智慧和可互操作服務的整合(整合)。
B. 允許在建築物的所有子系統之間,分配智慧服務(互操作性)。
透過該建議,可以促進建築物子系統之間的關係。它還促進創建新的智慧服務(例如,新的分佈式智慧控制算法;使用電源管理捕獲的數據,來檢測人類活動;捕獲設備連接的模式辨識,運算可再生電力預測,在安全服務中使用電力數據等)。在這項工作中,我們設計了一個中間軟體的體系結構,該體系結構具有兩個主要層,這些層基於嵌入式設備、IoT 通信協議和硬體支援,來開發人工智慧算法(圖1)。
為了實現這一目標,我們在建築物的設施中添加了兩個概念等級:邊緣節點和霧節點。每個等級都有不同種類的設備和功能。我們佈署並實現了基於層的中間軟體的體系結構,以對模式進行實驗。
本文的組織結構如下:第 2 節回顧了智慧建築技術,建築物中的 IoT 佈署以及邊緣運算範例。第 3 節提出了一種在建築物(自動與否)中佈署邊緣和霧運算範例的方法。第 4 節介紹了進行的實驗。最後,第 5 節介紹了結論和未來的工作。
2. 相關工作
本節介紹與這項工作相關的主要研究領域。首先,我們在分析雲端運算層之後,回顧了基於邊緣運算範例的資源和服務供應。最後,我們研究了實現智慧建築的技術,並在最後的小節中,總結了先前研究的貢獻。
2.1. 邊緣運算資源和服務供應
最近,網路在兩端被標記為「邊緣」和「核心」,以查明處理發生的位置。邊緣端靠近數據源和使用者,核心端由雲端伺服器組成。透過這種方式,邊緣運算範例將運算推送到 IoT 網路的邊緣,以減少數據處理延遲,和發送到雲端的數據數量。基於雲端的後端,可以處理對時間不太敏感,或源設備本身不需要結果的處理請求(例如,物聯網網路狀態下的大數據分析)。
在邊緣運算資源供應方面,正在進行的 Horizon 2020 RECAP 項目,提出了一種整合的雲端 - 邊緣 - 霧端架構,目的在解決應用放置、基礎架構管理和容量供應。雲端/邊緣基礎架構監控功能豐富了應用,基礎架構和工作負載模型,這些模型又被回饋到優化系統中,該系統可以協調應用並持續配置基礎架構。
徐等人進行的研究。 提出了一種用於邊緣運算的實用感知資源分配方法,稱為 Zenith。借助 Zenith,服務提供商可以與邊緣基礎設施提供商,建立資源共享合同,從而允許延遲感知資源調配算法,以滿足其延遲需求的方式,來調度邊緣任務。
邊緣節點資源管理(簡稱 ENORM),是管理邊緣/霧節點資源的框架,可透過監控應用需求,來自動擴展邊緣節點。可以透過靜態優先等級分配,來確定特定應用的優先等級。供應和自動縮放機制,是基於線性搜索的相對簡單的實現。
當源本身是可行動的時,邊緣雲範例也是可行的。 Chen 等人研究了行動設備向邊緣節點(特別是在無線電接入網路邊緣)的智慧運算分流。在這項工作中,作者提供了任務卸載算法,將分佈式運算卸載決策表述,為多使用者運算卸載功能。在同一項工作中,Wang 等人研究了聯合協調卸載任務,到多個邊緣節點的問題,並提出在邊緣等級引入及准入控制,以及兩階段調度方法,與傳統的最近邊緣選擇方法相比,改進了卸載性能。
2.2. 雲端運算服務配置
就社會和行業採用資訊技術而言,雲端運算範例是最具創新性的策略之一。提供的優勢提高了效率,並降低了成本,同時提供了可透過 Internet,普遍存取訪問的按需 IT 資源和服務。
當前,雲端運算服務種類繁多,甚至如何提供,這是一個受到廣泛研究的主題,正在提出許多的方案。甚至有評論總結了雲端運算範例的相關研究。
本小節介紹了有關以下問題的先前工作,這些問題與本手稿的主題有關:(i)安全性; (ii)服務品質(QoS); (iii)提供邊緣服務。
(i)安全是雲端運算中一個具有挑戰性的問題。雲端服務位於應用環境之外,並且超出了防火牆的保護範圍,因此,需要附加的安全層。另外,邊緣和霧運算應用的行動性和異構性,使得難以定義單個過程。因此,需要一種分佈式安全策略。
此外,必須有一個標準化的環境,才能正確解決此問題,並指定霧運算和邊緣設備,如何相互協作。網路邊緣上的多個霧節點之間的敏感數據通信,需要資源受限的事物的輕量級解決方案。另一個與安全性相關的問題是數據位置。在雲端中運行數據分析是很常見的。因此,關於數據安全或隱私的公有雲與私有雲的爭論就出現了。
(ii)分配給雲端應用的資源,通常是根據合同規定的服務水準協議(SLA)所設置的。但是,實際上,由於偶爾執行大量事務,而導致分配的基礎結構飽和,可能會出現瓶頸。為了解決此問題,可以在資源可用時,動態擴展雲端基礎架構。當前,最具創新性的趨勢,目的在建構自動 SLA 合同合規系統。在 Faniyi 和 Bahsoon,以及 Singh 和 Chana 進行的研究中,可以找到與品質服務管理相關建議的詳盡綜述。考慮到這一點,提出了幾種策略來預測,應用的資源需求和 QoS 的要求。最近的工作試圖將安全性和 QoS 問題結合起來,以提供全面的性能指標。
(iii)最後,濫用雲端服務,是該領域的另一個問題。物聯網環境是霧和邊緣設備不斷加入或離開,動態的執行前後關聯。因此必須在網路邊緣提供彈性的服務。為此,在網路的可用設備之間,共享應用工作負載,可以為高階運算應用提供靈活性。提出了可靠的服務供應方法,來為系統提供更高的彈性,並提供靈活和優化的雲端服務。
在本主題中,將雲端框架和中間軟體技術,設置為與雲端層,以及具有不同介面操作系統,和體系結構的設備之間,進行通信的平台。
2.3. 物聯網在建築服務工程中
物聯網開發為在建築物上,開發數位服務提供了新資源。建築物中常見的物聯網應用,包括節能的過程環節、維護改進、雜務自動化和增強安全性。由於全球變暖,建築物的節能是一個重要的課題。
物聯網技術引入智慧建築,不僅可以減少本地溫室氣體排放,還可以將減少溫室效應擴大到更大的領域。目前,物聯網還被用於建築領域,以協助設施管理。物聯網使營運系統能夠提供更準確和更有用的資訊,從而改善營運,並為房客租戶提供最佳體驗。有基於物聯網的建議,這些建議顯示建築系統,如何與雲端進行通信,並分析所獲取的數據,以開發新的業務見解,從而能夠推動真正的增值和更高的績效。
實驗研究顯示,物聯網平台不僅可以改善,工業能源管理系統中實體的互連性,而且可以降低工業設施的能源成本。 FacilitiesNet 表示,建築物聯網(BIoT)正在推動我們獲取資訊,彼此互動和做出決策的方式發生重大轉變。BIoT 不僅與連接性或設備數量有關,而且還與交付實際和相關結果有關。當前,有很多基於物聯網的智慧家庭應用的例子。
然而,智慧設備或「物」,僅僅是連接到網路的設備或嵌入式系統。增值來自設計協調系統,和提供智慧服務,以提供實際收益的能力。這些特徵基本上,取決於對不同類型連接事物的異質性,及其互操作性的管理,並取決於數據處理提供的情報潛力。
Tolga 和 Esra 進行的研究得出的結論是,就智慧家庭系統中的軟體和硬體而言,物聯網技術尚未變得穩定。原因之一,有可能是物聯網技術仍處於發展階段。McEIhannon 所撰寫有關物聯網應用的邊緣雲和邊緣運算的未來,其評論得出了類似的結論。這篇評論提到概念和發展,目前還處於早期階段,從學術和行業的角度來看,許多挑戰都需要解決。
物聯網帶來了新的機會,但許多企業仍在尋求了解和分析,其將如何影響,並與現有的 IT 結構和管理策略整合。為此,必須創建專門的使用模式和技術,來彌合這一差距。
2.4. 發現
以下結論闡明了這項研究建議的新穎之處:
雲端運算作為「實用」的一般概念,非常適合智慧家庭應用的常規需求。但是,在某些情況下,將所有運算都移到雲端中,是不切實際的。
邊緣計算作為一種計算範例而出現,可以在物聯網設備生成的數據附近執行計算。這種範例可能有助於滿足最新應用的安全性和 QoS 的要求。
當前,控制子系統的高級建築設施,通常使用 Internet、IoT 協議和 Web 服務。專有系統是使用標準的 Internet 通信協議設計的,用於管制和監控。先前的工作顯示,基於無線感測器網路、Web 介面和工業控制模式,用於氣候控制、電源管理或安全性的控制系統,使用不同的監視和控制技術。監控應用分析,得自監控和數據採集系統中的這些子系統。對於不同的子系統,有不同的解決方案。考慮到上述情況,本工作中提出的模式,引入了以下新穎元素:
A. 介紹了一種分層架構(整合了邊緣和霧端等級),以及提供子系統之間互操作性,以及在建築物控制中開發智慧服務的方法,該方法使用了邊緣和霧端範例,這些範例將 IoT 協議整合在一起,並在本地 Intranet 中操作 AI 技術,讓雲端服務的通信層,完善了該層的架構。
B. 介紹了一種基於使用者為中心的方法,用於在互操作性需求下設計、驗證和改進新服務。
C. 該提案允許使用可以在已建的建築物中,實施的非專有硬體和軟體系統。
3. 計算模式設計
建築物中的設施子系統分為有照明、氣候、能源、安全、警報、電梯等。在自動化建築中,這些子系統由專門的控制技術控制和監控。在非自動化建築物中,不存在這些服務,並且子系統透過電子和電氣方式進行控制。在這兩種情況下,所有子系統都為建築營運,提供必要的服務。
從邏輯上講,每個子系統都在其場景中起作用,並且不能與其他子系統互操作。嵌入式電子控制器和連接的不同感測器,可以使每個子系統自動化。這些服務都是基於直接反應性控制規則。除了嵌入式控制系統和感測器之外,通信技術(基於 Internet 協議)和新的行動設備還為開發管制、監控和數據訪問服務,提供了新的可能性。
在智慧型動設備上開發,並連接到 Web 伺服器的人機介面和專用應用,是近年來已實現的服務的範例。每個子系統中的專家(氣候、安全性、電源等),都具有可以轉換為專家規則的知識。這些規則被轉換為用於管理、維護、控制、優化和其他活動的控制算法。這些規則是可以,在可程式設備上編程和實現的。但是,它們是靜態的,不會在出現新情況時發生變化,並且不能互操作,也無法適應每個安裝的特性。
例如,氣候或安全專家決定,如何使用標準啟動條件,來配置每個子系統。每個控制規則僅在一個子系統(此範例中為氣候或安全性)中工作,因此,這些子系統之間沒有互操作性。考慮到這種情況,提出的模式有助於並允許,基於不同子系統的互操作性,來整合新的數位服務,並將人工智慧(AI)技術的新服務,引入當前設施。
例如,諸如電梯控制的設施,可以用於安全服務或建築能源管理服務。氣候控制設施,可以與安全子系統整合在一起。整合到模式中的天氣預報軟體系統,可以由能源管理服務,或建築物空調服務使用。
目的是讓每個子系統中的專家,參與設計整合服務,並將所有子系統轉換為可互操作的系統。該模式會開發自動規則,並允許在考慮安裝行為本身的情況下進行決策。該模式基於一個過程,該過程包括四個開發階段(圖2)和分為不同級別的硬體 - 軟體體系結構(圖3)。該體系結構的主要等級,是邊緣等級和霧等級。這兩個層次介紹了在建築物中,應用物聯網技術的新穎性。下面介紹了模式的各個階段(分析、設計、實施和啟動)。
.分析:在此階段確定了不同的專家使用者(氣候、安全、電力、水、能源、管理人員,以及資訊和通信技術(ICT)技術人員)。諮詢專家使用者,以指定需要控制的主要過程。資訊通信技術專家作為整合環節,參與了這一過程。第一種方法產生了設計控制規則,和潛在服務所需的事物(對象)。在此階段,使用以使用者為中心的方法,並捕獲子系統的需求。
.設計:我們提出了一個三層架構(邊緣、霧端和雲端),如圖 3 所示。
.實施和數據分析:在此階段中已安裝和整合了子系統。服務基於每個子系統中的規則,分析事物(對象)生成的數據,以設計基於機器學習的服務。
.啟動:最初,在每個子系統的監督下制訂專家規則。然後,使用回饋過程安裝規則。最後,透過人工智慧技術,可以推斷出自動的和經過調整的規則。
3.1. 分析與設計
專家使用者對此過程,進行不同的審查。以使用者為中心的技術,用於設計整合流程。目的是獲得所需的所有事物(對象),它們之間的關係,以及潛在的服務。一旦指定了事物(對象)和服務,就必須關聯通信協議和控制技術。選擇了物聯網協議和嵌入式控制器;提出了人機介面;指定了邊緣層和霧層及其功能;分析專家規則和智慧服務。最後,提出了維護和操作方法。所有這些任務在專家技術人員,和資訊技術專家之間共享。
結果是事物的定義,它們之間的關係,以及與邊緣和霧層的交互作用。該過程中代表了建築物的所有子系統,數據感測器、執行器、控制器、規則和過程經過設計,可以整合所有子系統。數據集、對象和設備,由物聯網概念表示。事物由具有狀態和配置數據的實體,和前後關聯組成。事物數據位於霧和邊緣節點中,儲存的不同配置中的關聯性。
事物以數據向量表示:[ID、類型、節點、前後關聯情境]。
– ID是辨識碼。
– 類型可以是感測器、執行器、變量、過程、設備、介面、數據儲存,或可以在 IoT 生態系統中寫入、處理、通信、儲存或讀取數據的任何對象。
– 節點指定建築物子系統、功能描述、層類型(邊緣、霧端、通信或雲端)、IoT 協議和時程存取訪問。
– 前後關聯表示在 IoT 生態系統中,用於發布或讀取數據的時間、日期、位置,與其他事物的關係、狀態和訪問頻率。
表 1 是由事物([ID、類型、節點])。所有事物都可以訪問配置文件(CF),以了解如何使用可用數據,以及如何使用適當的訪問權限配置新數據。前後關聯數據位於內建記憶體,或是靜態儲存。使用定義的事物,設計不同的控制規則。這些控制規則是分佈在連接到網路的不同嵌入式系統中,控制過程的一部分。事物表示佈署在安裝的不同子系統中,所有的可用資源。在此等級上,設計師對所有事物進行分析、指定和關聯。基本控制算法是使用此資訊實現的。配置關聯性允許層和設備之間,所有事物的互操作性。
在此階段的另一級設計,必須提出物聯網管理中,使用的節點要求和規範。設計的流程和服務,將在邊緣或模糊節點中實施。必須指定每個節點,以確定其內部功能、通信及其服務。在獲取數據的地方,開發了智慧和處理能力。邊緣和霧層的節點,位於數據感測器、執行器和控制器附近。本文提出的方法,使用具有兩個功能的兩層(邊緣和霧端)。每一層都可以佈署互連節點的網路,以促進互操作性。
邊緣和霧層的功能是:
邊緣層功能:在連接感測器/執行器的嵌入式設備上,開發的控制軟體。某些 AI 算法可以安裝在邊緣節點上。中央處理器(CPU)和計算資源有限。安裝了通信介面,以允許在本地網路中進行整合。
霧層功能:局域網級別的通信、AI 範例、儲存、配置關聯性和監控活動。霧節點透過處理、通信和儲存,來處理 IoT 的Gateway、伺服器設備,或其他設備中的數據。在此等級實施本地、全球的整合服務。利用這些節點的硬體、軟體和通信功能,開發了基於機器學習範例的算法。霧層設備還可以在很少單位的設施或服務中,執行邊緣節點功能。
透過這兩個等級,可以優化建築設施,以獲得不同子系統之間的整合和互操作性。
表 1 顯示了每件事與關聯性配置,和節點規範的關係。節點標識其所屬的子系統(控制、能源、氣候等),層(霧端、邊緣、通信和雲端)及其執行的功能。
3.2. 架構設計
在分析和設計階段,獲得對象(事物)及其關係。規範和要求用於實現每個層。實施取決於提供所需功能的設計,和現有技術(硬體、通信和軟體)。在此階段,開發了一種適合現有設施的體系結構。物聯網協議提供互操作性,而 AI 範例則提供了適應性和優化性。邊緣運算節點用於控制設備,霧運算節點安裝在本地網路節點上。這些等級為配置、安裝和運行新流程,提供了強大的資源。
物聯網協議,傳達所有子系統數據。每個子系統由對象/事物(虛擬等級)組成,安裝為可連接的感測器/執行器/控制器設備(硬體等級)。
物聯網通信中,針對建築場景建立的要求是:標準協議、低功耗、易於存取訪問和維護、支援整合新模組,非專有硬體或軟體,以及低成本設備。
MQTT 協議,是目的在用於提供整合和互操作性資源,異構通信場景的主要物聯網協議之一。該協議被提議作為感測器、執行器、控制器、通信設備,和子系統之間的通信範例。
MQTT 協議的一些主要功能,在不同的著作中有所顯示,這使其特別適合於這項研究。他們之中有一些是:
.它是針對資源受限的場景開發的發布 - 訂閱消息協議。
.它具有低頻寬要求。
.這是一個非常節能的協議。
.編程資源非常簡單,使其特別適合於嵌入式設備。
.具有三個 QoS 等級,它提供了可靠和安全的通信。
MQTT 開發了無所不在的網路,該網路支持 n-m 節點通信模式。任何節點都可以查詢其他節點,並對其進行查詢。在這些情況下,任何節點都可以充當基地台的角色,能夠將其資訊傳輸到遠端處理位置。無處不在的感測器網路(USN)中的節點,可以處理本地數據。如果使用 Gateway,則它們具有全局可訪問性;他們可以提供擴展服務。
節點(邊緣或霧),可以具有本地和全局存取訪問權限。這些設施具有不同的可能性和益處。本地數據處理,對於基本過程控制是必需的,而全局處理則可用於模式檢測和資訊生成。從這個意義上講,擬議的平台使用了組合功能:連接到 IoT 雲端服務,本地網路區域上不同的 USN。在這種情況下,運算層(邊緣或模糊等級)將用作控制流程和雲端服務之間的介面。該層可以在與雲端進行通信之前,進行處理數據。
實現邊緣和霧端運算節點需要執行三個操作:
.連接和通信服務:所有設備必須在同一網路中,並且可以互操作。所有感測器和執行器都可用於開發服務。此活動的一個示例,是在 Internet 上遠端讀取建築物的電源參數、環境條件和開放的天氣預報數據。此活動中應實現其他功能,例如連接的安全性、可靠性和互操作性。
.嵌入式設備(邊緣運算層)中的控制算法和數據處理:在此活動中,這些設備中實現的基本控制規則和數據分析服務,可以開發新功能。此階段可以應用於數據過濾、運算氣候數據或分析功耗、直接反應控製,或使用模式辨識技術檢測事件。
.Gateway 節點(霧運算層)上的高階服務:此等級使用和管理 AI 範例,和 IoT 通信協議。霧運算節點對數據執行智慧分析,對其進行儲存,過濾並將其傳遞到不同等級,以糾正較低級別的新控制措施,或者生成雲端中服務感興趣的資訊。此階段的應用示例,包括分析新模式、預測用水量,或功耗、智慧檢測和其他預測服務。
3.3. 測試與回饋
在測試階段使用標準方法,邊緣和霧層提供不同的功能。提出了針對不同子系統的機器學習模式,並且可以將其安裝在邊緣或霧節點上。必須執行以下操作,來測試機器學習應用:
A. 定義和捕獲數據集:必須辨識、捕獲和儲存主要變量。在不同的建築子系統中,過程數據集是由連接到邊緣層的感測器捕獲的數據。使用通信協議監控和儲存數據集。一個案例是電表,該電表在配電盤中連接到嵌入式設備(邊緣節點),該嵌入式設備傳送電力數據,以在霧節點設備中儲存和處理。
B. 訓練數據集和形式辨識模式。先前數據集的一個子集,用於訓練不同的模式。評估針對從未用於訓練的數據測試模式,此過程的結果已由專家使用者驗證。目的是獲得一組代表性的結果,以了解模式在現實世界中的表現。
C. 實際場景中的驗證:必須在邊緣和霧節點上,實施新的服務和控制算法。這些模式具有用於分析數據,實施特定模式,並使用結果開發最佳參數的算法。在此階段,可以修改或進行改善模式。
D. 用統計術語和模式演變,得出測試結果:基於 AI 算法的模式而將產生近似值,而不是精確的結果。分析應用結果以確定置信度,並允許模式演化。該活動支持開發新的 AI 服務,或對已實現的算法進行修改。有監督的自動更改,是維護和改進系統的過程。此階段的過程,包括所有模式層。
建議對使用邊緣和霧,任何的安裝進行這些活動。如前所述,該模式既可以安裝在既有舊的建築物中,也可以安裝在新建築物中。對於新建築設計,基於建議模式的安裝更易於整合。此外,可以提供的服務的潛力,也使其對於既有建築物具有吸引力。
4.在建築子系統中,實施智慧服務
該模式在預先存在的住宅建築物上,進行了測試。設計和實施電源管理、管制和監控服務。物聯網協議(MQTT 和 HTTP)和 ML 範例,用於建議的層體系結構。基於 KNN 的機器學習方法,和樹決策算法用於管理功耗(家用電器),和可再生能源發電(風能和太陽能)。使用房屋中的霧節點,在雲端平台上實現監控和統計數據。該節點連接到控制可再生,和家用電器子系統的不同邊緣節點。
在圖 6 中,邊緣節點,整合在先前安裝的可再生子系統中。透過邊緣層上的這種新設備、電源管理、安全控制和操作流程得以整合,並且可以與其他子系統互操作。可以設計新的智慧服務。邊緣節點將數據傳輸到霧節點 Gateway,該 Gateway 管理功耗和發電,並控製家用電器。該節點中的輸入,是可再生能源發電的數據。輸出控件是 ON-OFF 開關,用於優化發電、安全性和操作。
4.1. 分析與設計
分析了住宅建築,以設計電源管理,安全和控制服務。 在第一種方法中,所需的主要事物(對象),它們之間的關係和不同的服務,如表 2 所示。
4.2. 執行
分析房屋中的建築子系統,以整合這個執行模式層:邊緣控制、霧服務,與雲端的通信和雲端服務。 選擇了本實驗工作中使用的感測器、執行器和控制過程(事物)。 表 3 列出了使用的嵌入式設備。
家庭服務中的控制過程,需要反應時間和互操作性。人機介面、數據存取訪問和分析服務,是本地和雲端運算上的服務。上面提到的兩個需求,都使用不同的協議處理:控制/通信上的 MQTT,和雲端服務上的 HTTP(RESTful API)是用於整合,並使所有子系統互操作的 IoT 協議。在提出的該層模式中,還使用 MQTT 協議、控制、數據處理,以及使用 RESTful 協議,到雲端的數據通信,來開發機器對機器(M2M)應用。
MQTT 使用開放的消息協議,該協議可以將遙測樣式的數據(即在遠端位置收集的測量結果),以消息的形式,從設備和感測器,沿著不可靠或受約束的網路傳輸,到伺服器(BROKER)。消息是簡單、緊湊的二進制數據包,有效載荷(壓縮的標頭,比超連結傳輸協議(HTTP)少得多的詳細資訊),並且非常適合推送簡單的消息傳遞方案,例如溫度更新或移動通知。例如,消息也可以很好地用於,將受約束的或更小的設備,和感測器連接到 Web 服務。
MQTT 通信協議,使所有對象可以互操作。透過此協議實現的發布者和訂閱者模式,可以互連所有設備和事物。該通信層由安裝在霧節點上的代理設備管理。不同的發布者和訂閱者,在不同的節點上實現。安裝了一個 Gateway 設備(霧節點)和兩個嵌入式控制器(邊緣節點),來控製家用電器和電源管理。事物和流程佈署在所有節點上。
邊緣節點控制子系統,霧節點根據決策樹,以及專家定義的規則,實現 AI 範例。霧設備將數據傳輸到雲端平台,以開發儀表板螢幕,來監看子系統的狀態。
可以開發新的雲端平台服務:事件檢測、機器學習處理、統計分析等。專家使用者設計基本的控制算法。在學習和訓練過程之後,將根據專家系統的結果,對這些算法進行調整和修改。在這項工作中,目標是在不損失生產力的情況下優化資源(控制和能源)。在邊緣或霧節點中,執行不同的控製過程;分類過程和決策樹在霧節點中實現。算法以 Python 語言實現。此語言的開源庫用於不同的應用。
4.3. 佈署與測試
對於現有建築物,邊緣節點交錯插入已安裝的控制器、配電板,以及感測器和執行器中。如果在分析階段指定了新的東西(電錶、氣候和控制器),則會安裝一些新的感測器/執行器。這項工作中佈署的邊緣節點具有以下優點:
.請勿干擾先前的安裝操作。
.他們使用新的專家規則和自動規則,引入新控件。
.他們測試和重新配置,在分析、學習和測試驗證中,設計更新的專家規則。
圖 7. 佈署在配電盤中的節點。 使用 IoT 協議通信,在不同節點中開發數據捕獲、控制算法、數據分析、儲存和通信服務
在電力管理過程中,專家使用者根據電力消耗、發電量、消耗負荷曲線、氣候數據和氣候預測數據,對具有選定流程的時間表,進行可程式處理。邊緣節點捕獲數據,並將其發送到霧節點。
霧節點處理室內和室外環境的日記數據,以及天氣狀況。霧節點還可以捕獲其他感測器數據。對房屋中的這些數據消耗和生成方式,進行檢測和分類。消費和發電結果,作為數據添加,以便與儲存的數據一起進行分析。可以使用機器學習方法開發,作為家用電器或人類活動檢測的智慧服務(圖8)。
4.3.1. 機器學習:數據捕獲過程(邊緣節點)和家用電器分類(霧節點)
連接在主配電盤中的電表,用於捕獲數據,並使用標準的 K 近似值,最近鄰(KNN)分類算法,來開發形式辨識模式。 KNN 是機器學習系統中最常見的方法之一。電表捕獲電流;如果連接了新的家用電器,則電流數據會更改。不同的家用電器具有不同的變化等級。
用於辨識家用電器的不同模式的主要變量,是連接時的電流水準差異。數據捕獲過程流程圖(圖9),顯示了在邊緣節點中實現的算法,以捕獲預處理並傳遞電力數據。
在此過程中,監督階段使用訓練數據集。接下來,真實場景中的驗證,將測試分類模式。家用分類設備將用於不同的服務:人類活動的辨識、負載控制、可再生能源管理、空調、安全性等。在訓練階段,已捕獲了不同的家用電器開機,以獲得一組形式。每個家庭都有一個矩心向量,將用於分類過程中的檢測。如上面所示的算法所示,分類器處理將產生連接時的電流數據作為輸入。KNN 分類過程流程圖(圖10)描述了 KNN 方法,它在霧節點中實現。
4.3.2. 可再生電源管理。控制電力自耗的決策樹
每個建築物都有不同的需求曲線,以及在接入電網方面的特定情況。為此,整合和可互操作的設施,可以實施適用於每種情況的不同解決方案,從而提供對太陽風資源的最佳管理,優化電源效率,簡化管理流程,並實現最高的成本節省。當可再生能源超過消耗的能源時,在使用 AC 耦合到電網的設施中,會出現問題。
在實驗工作中,太陽能在一天的中央時段的能量,大於所消耗的能量(圖11)。但是,在分析了消耗曲線之後,可以在這段時間內連接負載,以避免注入電網。可以透過設計一種算法,來滿足這一要求,該算法可以預測,何時發生此事件,以自動連接不同的負載。利用所有感測器和執行器的整合,和互操作通信,已經開發了在不同節點中,所實現的算法(圖12)。
13. 在電源管理子系統上開發的決策樹。 它由專業使用者設計,並整合在邊緣節點上。該決策樹的目的,在優化可再生能源的使用。
4.3.3. 基於 Edge 和 Fog 節點的 Control Home
圖 14 顯示了安裝在住宅房間中的邊緣節點。 該節點可以控制四個設備(設備),並捕獲感測器數據(功耗、發電量、溫度、濕度等)。該設備可以使用 MQTT 協議進行通信。該協議允許設備之間,進行其他類型的通信:智慧手機、新邊緣節點等。圖 7 和圖 14 顯示了可以在其他建築物中,佈署的標準實現。在所有系統中,都有配電板,這些配電盤佈署了霧節點和邊緣節點,如圖所示。
4.3.4. 使用物聯網協議的雲端服務
雲端服務可以監控,透過霧節點或人機介面(HMI)訪問的數據。 IoT 協議(MQTT)從任何已連接 Internet 的設備推送數據。事件檢測、儲存統計分析等其他服務,完善了該資源的功能。提供類似服務的不同平台,顯示了商用物聯網技術的狀態:Amazon IoT、Microsoft Azure、Ubidots 和 Thingspeak,是提供 IoT 平台的公司一些案例。提供了資源以及客戶端,和 IoT 平台之間的應用程式介面(API)通信,以便可以使用它們。
用於設計儀表板監控和管制的 HMI 資源,是這些平台上的主要實用功能之一。霧節點使用雲端 API 傳達數據和資訊,可以實施其他控制服務。在這些雲端平台上,預先建構了用於監控數據的儀表板設計。使用 API 實用功能,霧節點中的過程處理,會將數據發送到每個儀表板。API 文件指定了在設備、IoT 平台和 Mobile-Alerts Cloud 之間,交換數據的結構,以及用於加速項目的代碼案例和形成資料庫。
圖 15 顯示了在 Ubidots 雲平台上,設計的儀表板。Ubidots是本實驗工作中使用的物聯網平台。該模式可以在實現這些協議的層,和平台中使用不同的標準協議。圖 16 顯示了在雲端平台中,IF 變量 THEN 動作的事件配置。大多數物聯網平台,都提供此功能。
5. 結論
為了設計物聯網系統,越來越多地提出邊緣霧模式。但是,每個範例都提供特定應用領域的解決方案。不同子系統之間的整合和互操作性,可以改善這種情況,並提供更好的服務。這項工作的主要目的,是透過提出一種基於邊緣層和霧層,兩層體系結構的運算模式,來解決這個問題。透過這兩層,可以基於使用邊緣或霧節點中,嵌入式的設備捕獲數據所產生的新型有用資訊,來設計和開發新服務。這些節點使用雲端平台和 IoT 協議(例如 MQTT)。
MQTT 是作為不同層(霧 – 邊緣 – 雲)之間提出的通信協議,並進行實驗的。雲端平台用於開發儀表板的面板資訊和 Internet 上的新服務,例如控制、儲存和通信事件。該平台可用於透過 API,交付不同的服務。
該模式可以在現有建築物和新建築物中,開發這些服務。在這種情況下,要求每個子系統中的專家和專業人員,參與新服務的設計。
為了測試該模式的功能,並顯示如何在實際設施中,實現該模式,在住宅中進行了一項實驗性工作。在此霧和邊緣節點前後關聯中,描述了實現的幾個範例。開發了模式辨識和決策樹方法,以展示人工智慧在設計 IoT 解決方案中的潛力。已安裝服務的結果顯示,邊緣和霧節點佈署,產生了預期中整合和互操作性的好處。
提出的工作演示了,如何將邊緣和霧範例,整合到可以增強其優勢的新架構中,從而擴展了應用領域。該體系結構的主要科學貢獻,是整合、技術的互操作性,及其為開發 AI 服務提供的設施的範例。所有這些改進,都在已開發的實驗的不同示例中顯示。具體的優化和改進,將在以後的工作中進行。此外,使用機器學習平台,和 AI 範例的新控制規則,將確保可以創建和改進新的智慧服務。
附圖:圖1.自動建構子系統和資訊技術環境。
圖2.基於使用者為中心關係的模式。
圖3.通信架構。 每個等級都有不同的功能。 提出了兩個通信等級:IoT(使用消息隊列遙測傳輸(MQTT))和 Web(使用代表性狀態傳輸(REST)協議)。這些協議的層,涵蓋了已建立的整合和互操作性要求。
圖4. 在建築物的現有設施上實施的邊緣霧架構示例:邊緣節點是較低的層次,必須與安裝的設備進行新連接。互連所有子系統的霧節點,是透過整合連接到邊緣節點的新設備來實現的。邊緣和霧節點,可以佈署在所有建築物子系統中。
圖5. 住宅建築中的第一個實驗工作。
圖6. 整合在先前安裝的可再生子系統中,邊緣節點的示例。 該節點可以使用新算法控制 ON-OFF 開關,以管理發電過程,以及通信和監控電源數據。
表1.事物示例描述。寫入 ID、類型和節點數據,以配置 XML 文件。配置關聯性儲存在霧節點中。
表 2. 實驗工作中的分析和設計要求。
表 3. 實驗室內使用的嵌入式設備。
圖 7 顯示了分佈在配電板上的節點(邊緣和霧狀)。在此節點中,設計並安裝了功率計、ON-OFF 開關控件和 AI 服務。
圖 8. 佈署的智慧電源功能。在霧節點中實施的分類過程,可用於檢測電連接和人類活動。可以使用 IoT 通信實現其他服務
圖9. 邊緣節點中捕獲,並預處理的用電量數據;MQTT 協議用於通信數據。另外,其他節點可以使用捕獲的數據,來提供其他智慧服務,佈署了整合和互操作性。
圖10. 分類過程。處理捕獲的電數據以檢測家用電器連接。可以使用 IoT 協議整合,來設計其他智慧服務。
圖11. 該圖顯示了實驗工作中的消耗和生產數據。 在自儲存的電力自備設施中,沒有儲存並且沒有注入電網,所產生的能量必須即時使用,並且不得超過所消耗的能量。 能源經理必須預測此事件,並提前連接電荷。
圖 12. 用電自耗設施中的可再生電源管理。
圖 13 是在電源管理子系統中,開發的算法的示例。 可以在邊緣節點上安裝此過程。該節點獲取氣候數據預測,並預測系統是否可以在不儲存的情況下,使用可再生能源。
圖14. 佈署的邊緣節點。該節點可以使用新算法,控制 ON-OFF 開關,並可以在每個房間或建築物中,通信和監控感測器數據。
圖 15. 在雲平台上配置的儀表板。顯示了風力發電數據和預測風力。
圖 16. 在雲端平台上配置事件的儀表板:IF 事件 THEN 動作。 該服務顯示了,如何使用雲端訪問來控制設施。與霧節點的 Internet 通信,可以控制建築物中的不同子系統,並使用電子郵件,SMS 或其他 Internet 服務來通報事件。
資料來源:https://3smarket-info.blogspot.com/2021/02/iot-edge.html?m=1&fbclid=IwAR0uijX5WdNrfzmGjVsakFGaEsWivPgyH1zumxVr7fwvvgqtdFFTI6jJXS8
家規範例 在 Candy House女裝.童裝.團購 Facebook 的精選貼文
--------10/28 收單-------
F1-6232 兒童洗手延伸器
🍓特價: 139
款式: [鯊魚,鱷魚,小豬]--下單範例: 鯊魚+1
★★★ 學習勤洗手,讓洗手也能成為樂趣 ★★★
因為疫情關係 人人自危
我們家規定進家門第一件事就是
必須!馬上!立刻!去~洗手
現在勤洗手已經是全民運動了
家裡有小寶貝的從學校戶外回到家
也必須徹底實施"濕擦沖捧擦"洗手標準五步驟
最擔心寶貝身高及手腳
無法確實碰到水龍頭的窘境
還需要踮起小腳又太危險
碰不到水龍頭洗完整個地板都是水漬
✅多款水龍頭可使用
✅不擔心家裡寶貝踮腳危險
✅不再噴的到處都是水了!
✅讓洗手變成一種樂趣
讓我們一起勤洗手
病毒遠離我~~
家規範例 在 洪仲清臨床心理師 Facebook 的精選貼文
無法控制情緒的孩子,會試圖控制別人。
小孩在成長過程中必須學著了解,即便自己的情感受到傷害,不代表別人有義務要為他改變。別人可以跟你意見不一或選擇不同。
他們必須知道,自己的情緒只能由自己負責,而且自己有能力承受不好的感覺。
取自《告別玻璃心的家長強心針》
……………………………………………………………..
各位朋友,早安:
「擁有各種情緒是很正常的。當有不好的事發生時,感到難過也沒關係。事實上,悲傷是療癒的一環。」
以上面這一段說法來看,大部分人面對難過、悲傷的行為剛好相反,常是試著壓抑、批判、逃避……。簡單來說,是不願去體驗,寧可忘卻。
在版面上常互動的朋友大概就能明白,難過、悲傷的背後,常能有愛、有疼惜。奮力麻痺難過與悲傷,幸福、快樂也常常同時被一起抹去。
這一段摘文超級長,重點超多,因為昨天幾位朋友都問到跟這篇摘文有關的問題。有空再慢慢看,慢慢體會、慢慢印證,文字傳達的概念才能入心。
看完之後,或許您能體會到:其實連大人的情緒教育,都需要重新學起!
祝願您,能接納他人的看法與我們不一樣,並且相信自己能承受不好的感覺!
.
ps. 這本書在今天晚上9點半,會辦贈書直播,歡迎參與
……………………………………………………………..
【文/ 艾美・莫林】
孩子要知道如何面對內心的情緒動盪
就像葛蕾絲這個案例一樣,如果孩子沒有學著為自己的情緒負責,他們很可能就會有情緒和行為問題。葛蕾絲的暴躁脾氣已經影響到她的交友關係,其他小孩在她哭泣或使喚人的時候,根本不想跟她玩。
因為爸媽總是在她生氣的時候迎合她,所以她從未有機會自行處理這些負面的感受。覺得失望、沮喪、生氣和傷心都是生活中的常態,但因為爸媽一直向她妥協,所以她才能逃避這些情緒。
每個家長都曾經試著轉換孩子的情緒,不過次數過多就會造成危害。
…………
欠缺情緒能力會遺害終身
你有沒有遇過因為芝麻蒜皮小事就大發雷霆的人?或者是,你有朋友每次遇到生活中的小小不順,就表現得好像發生了什麼重大悲劇一樣?這類人很可能就是從未學過如何有效管理情緒。
我們如果沒有學會這些技巧,就會有不當的行為,像是出現攻擊性或試圖控制他人,只為了滿足自己的需求。
賓州州立大學(Penn State)的研究人員針對年幼時就學習了利社會技巧和情緒能力的孩童,對照沒有習得這些技巧的孩童,研究兩組受試對象的同異之處。他們花了二十年的時間,追蹤這些孩子從幼稚園到二十五歲左右的變化,並發現幼稚園的社交技巧和成年前期的成功有所關聯。
在五歲就展現出如分享、好好與人相處等較多利社會技巧的孩童,完成大學學業的比例較高。而小朋友在幼稚園時的社會能力分數每高一分,他們獲得大學文憑的機率就增加一倍;此外,他們在二十五歲時擁有正職工作的比例也高出百分之四十六。但較無法合作、傾聽、化解衝突的孩童,完成高中和大學學業的比例則較低,通常也比較容易有法律問題和物質濫用問題。
孩童在幼稚園的社會能力分數每少一分,在成年前期遭到逮捕的機率就高出百分之六十七,在酗酒方面則高出百分之五十二,住在公共住宅(或列於等待名單中)的機率更高出百分之八十二。從這項研究的所有數據來看,我們投資這麼多時間和金錢在學業成績上,但卻對情緒和社交技巧漫不經心,是否值得深思?很顯然地,相較於我們從前認為與成功和幸福息息相關的其他能力,情緒能力可能更加重要。
如果你希望孩子成為優秀的籃球員,你不會把所有時間花在教他罰球,因為即便他是全世界最厲害的罰球手,只要他缺乏運球和防守等其他基本技巧,就不可能會成功。但我們卻用這種方式教育小孩,只重視他們的學業成績,不教他們其他重要技巧,然後期望他們在現實世界大放異彩。
如果家中的孩子是全世界最聰明的小孩,但無法忍受難過的感覺,他就不可能接受任何失敗或被拒絕的風險。或是他可能是天賦極高的運動員,卻無法控制自己的脾氣,那只要他覺得別隊沒有公平競爭,就無法專心比賽。
…………
無法控制情緒的孩子會試圖控制別人
我在擔任大學兼任講師的第一個學期,只有一位學生被我當掉。他許多作業都沒交,學期報告也慘不忍睹,但只要他期末考考得不錯,是有機會不被當掉的。
可他還是被當掉了,因為期末考考太差,所以他該學期的最終成績連通過標準的邊都摸不到。
我把成績張貼至學校入口網站後,就收到他的電子郵件,要求我再檢查一次他的成績,因為他很確定他應該可以通過。我回信給他,向他保證他的學期報告成績、缺交的作業以及不太好的期末考成績,三者加在一起就是不及格。
四天後,我又收到他寫來的另一封電子郵件。這時聖誕假期已經開始了,他在信中說:「我真的沒辦法安心放寒假,想到這科被當掉心情就很糟,吃不好也睡不好,可以考慮給我一個會過的成績嗎?」這是我第一次見識到「乞求成績」(grade grubbing)的現象,也就是學生要求教授更改成績,但實際上提不出任何合理的理由。像我這個學生,居然希望我因為他心情很差就幫他改成績。
不用說,我當然沒幫他改成績,這麼做對其他學生來說並不公平,對他來說也沒有任何好處。他這堂課被當了,所以他理應覺得難過,但願這種情緒能讓他下次表現得更好。
悲哀的是,這種「我無法面對不舒服的感受,所以你要為我做些什麼」的心態,最近在美國的大學校園中愈來愈常見。大學生受到冒犯時,他們試著說服別人不要再來冒犯他們。他們不知道感到傷心、受傷或憤怒不是什麼壞事,反而試圖控制別人的行為。只因為他們不喜歡自己聽聞的事,就脫口而出「不要在新聞上刊那種文章」或「不要輕易放過我的教授」。
因此,學校一直難以清楚界定言論自由和政治正確之間的界線。耶魯的萬聖節事件就是很典型的例子。
二○一五年,耶魯校方的行政人員寄了一封電子郵件叮囑大家,請避免穿著較為敏感的萬聖節裝扮。耶魯的駐校講師艾瑞卡.克里斯塔基斯(Erika Christakis)針對這個通知寫了一封信,其中寫道:「所以現在的小朋友或年輕人要是展現出稍稍無禮、不恰當、挑釁或者,好吧,就算是有點冒犯,大家對這樣的行為都完全沒有容忍餘地了嗎?」
耶魯的學生因為她的話語勃然大怒,不僅展開了抗議行動,還有數百人簽署了給她的公開信,說她在否定他們的感受。其中一個學生甚至拍了一部影片質問她,說她讓校園成了不安全的環境。當克里斯塔基斯不予苟同時,該學生更用不堪入耳的話來反擊。
該事件發生幾個月後,克里斯塔基斯辭去了她的教職,而她的丈夫尼可拉斯.克里斯塔基斯(Nicholas Christakis)也因此從耶魯西利曼學院(Silliman College)院長的職位請辭。
諷刺的是,學校行政單位原本訴求包容多元的美意,反而引發了更多爭議。這些聰明絕頂的學生來自於頂尖的常春藤盟校,卻對這個以小朋友為主體的節日可以穿什麼服裝有如此激動的反應,仔細想想不覺得有些可怕嗎?
然而,這並非單一事件。各地的大學都面臨類似的問題,愈來愈多學生主張「我覺得受到傷害,因此你們必須所有改變」,讓校方行政人員疲於找出解決之道。如果學校沒有作為,可能被視為缺乏同理心;但如果他們為了不傷害某些學生的感受而改變做法,則可能會扼殺言論自由。
我確定這些年輕人在成長過程中,大都認為如果自己覺得不舒服,一定是因為別人侵犯了自己的權利。我們在受害者心態一章也討論了這個現象,這類的人相信他們有責任要確保其他人都不會說出他們不想聽的話。
小孩在成長過程中必須學著了解,即便自己的情感受到傷害,不代表別人有義務要為他改變。別人可以跟你意見不一或選擇不同。你要教孩子把心力花在控制自己的感受,而不是別人的行為;他們必須知道,自己的情緒只能由自己負責,而且自己有能力承受不好的感覺。
如果孩子沒有學會「自己的情緒自己處理」,她就會想要控制別人。雖然頤指氣使、粗魯無禮、蠻橫難搞在某些情況下可以讓她得償所願,但終究不會使她受人喜愛。而最後她可能會變成動不動就在指責別人沒同理心或政治不正確的人,只因為她自己無法面對不同的意見。
…………
孩子不了解自己的情緒
雀兒喜帶她十一歲的兒子麥克斯來我的治療室時,她看到我的第一句話是:「我不知道為什麼我們要來這裡,但他的醫生說,他們在麥克斯身上找不出任何問題,所以我們只好來看你。」麥克斯因為胃痛和頭痛缺了很多課。他的醫生為他從頭到腳做了許多檢查和檢驗,但找不出任何問題,所以表示可能是心理健康方面的問題。出乎媽媽的意料之外,醫生居然說對了。
我聽完他的症狀和遇到的問題後,麥克斯很明顯是壓力過大了。他一直處於焦慮又緊張的狀態,什麼事情都能讓他掛心,從他的成績到奶奶的健康都是。但他不夠了解自己的感受,所以沒辦法把它化成語言或文字表現出來。
我相信麥克斯身體上的疼痛都是真的,因為我們的心靈跟身體有強烈的連結。壓力會觸發身體的生理反應,進而引發胃痛和頭痛。小朋友如果不具備情緒控管技巧,就容易出現身體問題。范德比爾特大學(Vanderbilt University)二○○八年進行的一項研究發現,腹部反覆出現疼痛的孩童中,有百分之六十七的小朋友有焦慮症。患有憂鬱症的兒童和青少年也通常會有身體上的疾病。
雖然制酸劑和止痛藥可以暫時蓋過疼痛,但麥克斯如果不處理潛在的情緒問題,他就不會有所好轉。在我們著手解決他的情緒問題後,他的身體健康問題也減少了。如果他希望身體更健康,就必須學著如何溝通自己的感受,以及如何用健康的方式處理情緒。
教你的孩子認識情緒與管理自己的感受,讓他更能夠辨別自己是不是壓力過大或心情特別糟。及早發現可以避免日後產生更多問題,並能幫助孩子盡快接受治療。
…………
如何改變做法
當葛蕾絲的爸媽開始把自己視為教練後,他們在幫助她學習管控情緒方面發揮了極大作用。透過他們從旁指導,她更能有效應用在療程中學到的技巧。在她生氣的時候,爸爸媽媽會提供她迫切需要的提醒和提示,讓她知道如何撫平自己的情緒。
他們接下來慢慢減少從旁提供的協助,讓葛蕾絲可以對她自己和她的情緒負起全責。整個療程完成時,她已完全相信自己的心智足夠堅強,不論她的感受有多強烈或不悅,她都能好好控制它們。
學習控管情緒和忍受不悅感受是可以習得的技巧,但就像任何其他技能一樣,小孩需要不間斷地指導與練習。
■ 教孩子說明感受
如果孩子不能辨別自己的情緒,她就無法主宰這些感受。沒辦法直接說「我很生氣」的孩子,通常會用行為來傳達憤怒。發脾氣、尖叫、攻擊別人經常是源自於小孩無法說出自己的感受。
如果你跟一般人差不多,在日常對話中大概不太會聽到與感受有關的字眼。相較於「我很生氣」,大家通常傾向於說「他是個渾蛋」。而且,就算真的提及自己的感受,英文裡也會用「我的胃都糾結成一團了」或「我的喉嚨好像被什麼東西哽住了」這類的常見比喻帶過。也就是說,除非你特意教孩子使用與感受有關的話語,否則她不太可能擁有大量的情緒語彙。
教孩子使用感受詞彙,像是在她跺腳的時候說「看來你現在很生氣」,或是在她跑去拿鞋子的時候說「要去公園你真的很興奮對吧」。隨著孩子對情緒的認識漸長,你可以使用更加複雜的感受詞彙,例如「緊張」、「失望」、「慶幸」和「沮喪」等。
以下是教小朋友認識情緒的不同方式:
•在日常對話中分享自己的感受。在和孩子說話的時候,大量使用情緒詞彙,像是說「今天奶奶身體不舒服,我很難過」,或是「遊樂場那個小男孩把小女孩推下秋千的時候,我真的好生氣」。
•問問孩子:「你今天過得如何?」養成習慣,每天問孩子過得如何。你可以固定一個時間,像是吃晚飯或準備上床睡覺前,問他今天心情如何,然後看看孩子能不能說明為什麼今天的心情是這樣。
•在孩子說故事的時候,探索孩子的情緒。孩子跟你說今天發生的事時,你可以問他「你在球場上得分的時候感覺如何?」或「老師說你下課不准出去玩時,你的心情怎麼樣?」這類問題。如果孩子沒辦法講出某個特定感受,你不妨試著說:「如果發生在我身上,我想我會很生氣!」
■ 認可孩子的感受
急忙想要為孩子解決問題時,表示你把他的情緒視為己任。認可則是代表你明白他的感受,但還是由他自己決定要如何調適心情。重點在於,不要無視孩子的感受。「你因為我們不能去看電影而心情不好,真是可惜」這類的話缺乏同理心。
你應該提出更詳細的解釋,告訴孩子你全心接受他的情緒,像是說:「如果很想做某件事但不能做,一定很令人失望,所以我了解你為什麼因為我們不能去看電影而心情不好。」表達認可能夠讓孩子知道,心情不好也沒關係。
以下提供一些範例,告訴你如何對孩子的情緒表示認同:
•「我知道你因為我不准你去朋友家玩非常生氣。我也明白,你對於自己必須待在這裡感到非常沮喪。」
•「比賽輸了很痛苦,是我也會很傷心。」
•「我了解你實在太生氣了,才會想說些傷人的話。」
•「我想很多小朋友第一天上學都會緊張,嘗試新事物確實很可怕。」
即使你不了解孩子的情緒,或是他們的反應看似太誇張,你還是要接納他們的感受。孩子需要知道他們可以表達情緒,即使想法不同,你也會尊重他們的感受。
■ 糾正行為而非情緒
有時孩子並不清楚想法、感受和行為三者間的差異。以下是示範情境:
家長:你朋友說你不能和他們一起玩的時候,你感覺如何?
小孩:我覺得他不想當我朋友了。
家長:聽起來是你的想法,而不是你的感受。你以為他不想跟你做朋友了。那你感覺怎麼樣?
小孩:覺得難過。
家長:原來是覺得難過啊,這是當然的。那你怎麼反應?
小孩:我對他發脾氣。
家長:所以你還生氣了,這也是情緒的一種。是我也會很生氣。你生氣的時候做了什麼?
小孩:我一邊走掉一邊說,我要去找新朋友玩。
家長:生氣的時候離開現場是很好的選擇。
和孩子解釋,想法是他腦海中的字句和圖像,感受則是形容他的心情,像是開心或悲傷,而行為則是他身體採取的行動。
孩子了解這三者的不同之處後,就會更清楚自己的選擇。舉例來說,他會明白生氣沒關係,但打人就不行了。同理可證,難過也沒問題,但大聲尖叫與大發脾氣是不能接受的行為。
告訴孩子,他不會因為自己的感受或想法而惹上麻煩。但你要針對他的行為制定規範。
建立清楚明瞭的家規,明白表示可以用哪些方式來表達情緒。寫下應遵守的規矩並貼在家裡。如果你說「不許吼叫」,那你也要能夠遵守這個規定。如果你提高音量講話,那孩子也會隨之仿效,這項規定就會失去效力。
以下是幾個簡單的規範,可以幫助孩子開始掌控自己的感受:
•尊重他人的身體空間與所有物。不可以打人或傷害別人的身體,也不可以破壞他人的物品。
•好好和人說話。不可以罵人或侮辱人。
•使用室內說話的音量。不可以大吼大叫。
雖然甩門對某些家庭來說不是什麼大事,但有些父母絕不允許此事。因此,請列出家中所有人都能遵守的規範清單。記得,你可以視需要變更與修改這些規範,但務必確保孩子了解你的期望。
■ 放手讓孩子感受負面情緒
你的工作不是讓孩子笑口常開,而是要協助他學著自己面對不舒服的情緒。
以下是孩子必須體會的不適感受:
•憤怒:孩子必須學著在生氣的時候讓自己平靜下來。
•緊張:你一定要讓孩子知道,會感到緊張不代表他不能做自己想做的事。
•愧疚:當孩子說他很抱歉或心裡難受時,不要急著說「沒關係」。讓他體驗一下愧疚感,他才會有動機改變自己的行為。
•悲傷:不要因為孩子難過就想逗他開心,他要練習安慰自己。
•失望:當事情的發展不如孩子預期時,不要不自覺地想要補償他,讓他偶爾體驗一下失望的感受。
•無聊:孩子抱怨無聊不代表你有義務要娛樂他。他在生命中會有很多時刻必須忍耐無聊。
•沮喪:當孩子想辦法要完成一項困難的任務時,難免會受挫,但這不表示你需要出手幫他或替他解決問題。
你要放手讓孩子經歷各式各樣的情緒,不要出手干預。你可以從旁提供建議,但不要幫他脫身,他會漸漸開始相信自己有能力成功排解自己的情緒。
…………
如何教孩子對自己的情緒負責
雖然有些孩子比較敏感,但葛蕾絲的爸媽卻把這個標籤當作藉口,任由她不去面對不適的感受。在他們開始教她對自己的情緒負責前,必須先相信她可以應付這些感受。如果你把小孩當成脆弱物品在保護,她就會認為自己無法面對任何困難,但如果你協助她看見自己有足夠的力量來面對不適感受,她就會覺得自己能夠克服萬難。
■ 幫孩子找出振作妙招
孩子必須知道,擁有各種情緒是很正常的。當有不好的事發生時,感到難過也沒關係。事實上,悲傷是療癒的一環。
但這不表示孩子要陷入糟糕的情緒中,他可以主導自己的感受。如果他有起床氣或今天在學校過得不好,他可以決定要如何提振自己的心情。
行為很容易被感受牽著鼻子走。如果心情不好,你可能會想一個人待在家裡,但這麼做只會讓自己深陷其中。採取與自己的感覺截然不同的行動,是轉換情緒的方法。也就是說,和朋友出門或許能讓你開心點,或是出去走走也可以讓你振作起來。
關鍵在於幫孩子找出處理情緒的健康方式。如果你沒這麼做,孩子可能會透過某些比較不健康的方式來讓自己好受點。心情不好的孩子可能會依賴食物來安慰自己,或是覺得孤單的青少年可能會尋求網路戀情來獲得關注。
你要主動教導孩子以健康的方式安慰自己,使心情平靜下來,鼓勵自己振作起來。切記,沒有什麼激勵辦法是一體適用的。在外頭玩幾分鐘可以讓這個孩子冷靜,但畫著色畫對另一個孩子來說可能才是最有效的辦法。
你可以運用以下的示範情境,與孩子一起找出最能幫他提振心情的工具:
家長:我們一起來列一張你在開心的時候喜歡做的事吧。告訴我,你心情很棒的時候,喜歡做什麼?
小孩:我喜歡去海灘玩,也喜歡去公園玩。
家長:哇,這些都是很好玩的事。那在家裡呢?假設你放學回家後心情很好,你可能會想做什麼?
小孩:我會和貓玩、和朋友聊天。
家長:這些事會讓你開心嗎?
小孩:對啊,做這些事的時候我都笑得很開心,覺得很好玩。
家長:太棒了。那我們再來想想你開心的時候還會做其他什麼事。
小孩:我喜歡出去散散步,或是打電話給爺爺,跟他說我在笑話集上讀到的笑話。
家長:沒錯!你真的很喜歡做這兩件事。
把小孩說他在心情好時喜歡做的事情全部寫下來,然後在他心情不好的時候,請他從清單中挑選想做的事。跟他說,在難過或孤單的時候,做這些事可以讓他心情變好。
你也可以打造一個快樂工具箱。拿一個小箱子,在裡面裝滿一些小東西,提醒小孩他在開心的時候會想做的事,像是他的笑話本和美術用品。你也可以放一些會讓他發笑的東西,像是爺爺的好笑照片。透過不斷地練習,他會知道哪些活動對他最有幫助,並會開始自發地去做這些事。
■ 幫孩子找出安撫活動
就跟孩子需要知道如何在心情低落的時候鼓舞自己一樣,他也要學著在生氣的時候安撫自己。不管孩子是因為一道數學題而感到受挫,或是因為玩桌遊輸了而生氣,他必須知道如何在心情不好的情況下繼續朝目標邁進。控制憤怒和沮喪的關鍵要素是自覺。
教導孩子辨別自己即將生氣的警訊。聊聊當他的情緒要爆發時,身體會出現哪些警告訊息?他的心跳可能會變快,或是臉會燙燙的。如果他學會辨識這些警訊,就可以在「爆發」前讓自己冷靜下來。
問問孩子:「你心情平靜的時候喜歡做什麼事?」著色、玩黏土或聽聽平靜的音樂都可以是幫助身體和大腦冷靜下來的活動。
就像快樂工具箱一樣,你也可以準備一個「平靜工具箱」,放一些能讓心情平靜的小東西在裡面。當孩子緊張不安、過度興奮或脾氣不好的時候,你可以跟他說:「讓我們來看看你的平靜工具箱。」然後他就能自己選擇要用哪個工具來控制情緒。
■ 提升孩子的情緒控管技巧
用健康的方式處理不適的情緒,是你能教給孩子最重要的技巧,但光是告訴孩子如何管理自己的情緒效用不大,他還需要反覆練習,需要你從旁引導。即使年紀漸長,開始面對新的挑戰、更加艱困的處境,他仍然會需要你的指引與支持。
你要像個好教練,給予大量的正向讚美與強化。明確指出孩子的努力和付出,像是說:「你今天很棒,在生氣的時候就跑回房間冷靜一下。」
貫徹執行你定下的規範與後果,讓孩子知道你決意幫他從錯誤中記取教訓。此外,你可以定期與孩子聊聊之後要怎麼做得更好,像是問他:「除了打妹妹之外,下次你可以採取什麼不一樣的做法?」幫孩子找出新的策略,以後他如果又經歷同樣的強烈情緒,就能做出更好的選擇。
.
以上文字取自
告別玻璃心的家長強心針:掌握13不原則,堅定父母教出堅強小孩
大 塊 ✦ https://bit.ly/3bUic7l
博客來 ✦ https://bit.ly/2WQG3jY
誠 品 ✦ https://bit.ly/3bNgKU8
momo ✦ https://bit.ly/2NCHAVo
金石堂 ✦ https://bit.ly/2WRPoYy
讀 冊 ✦ https://bit.ly/2LR6xvm
大塊文化
https://www.facebook.com/LocusPublishingCompany/
.
7/11台北公益免費_葛拉威爾《解密陌生人》新書分享講座
https://www.facebook.com/events/1136708193381293/
【時報作家沙龍EP11|人生不用那麼入戲! 心理師洪仲清解析葛拉威爾新作《解密陌生人》】
https://www.youtube.com/watch?v=sCsPDToZWBE
已額滿_7/14 台北公益免費講座_我們與和解的距離
https://www.facebook.com/events/299368801245302/
已額滿_7/16-17免費台北市教師研習_非暴力溝通_如何讀懂愛的語言
https://www.facebook.com/events/519814295382140/
7/25高雄公益免費_善牧第五屆爸比媽咪節-親子有話好好說(高雄場)
https://www.facebook.com/events/550194072308694/
已額滿11/7 三重免費公益講座_樂讀親子共學系列講座_以善意應對青少年情緒人際問題
https://www.facebook.com/events/189917322447609/
相信自己是夠好的媽媽:是犧牲,還是責任?是妥協,還是平衡?放下對母愛的執著,恢復你的生命彈性,重新找回愛自己的方式
博客來:https://bit.ly/2vhVD9s
讀書花園:https://bit.ly/2GEA9dH
誠品:https://bit.ly/2W4E3Sq
金石堂:https://bit.ly/2vhQ6jh
家規範例 在 教養規律一:必須通過家規幫助孩子建立行為規範 - 每日頭條 的相關結果
每個家庭都可以根據自己的需要為自己和孩子制定家規,也可以參考《弟子規》和美國總統歐巴馬為女兒制定的家規等。 2、為重新規範孩子的言行制定家規. 高中 ... ... <看更多>
家規範例 在 提醒好多次,孩子還是不遵守規範,該怎麼辦? - 親子天下 的相關結果
提醒好多次,孩子還是不遵守規範,該怎麼辦? · 1.當提醒兩次之後都無效,就不要再提醒了。 · 2.這時要沉得住氣,不要生氣說:「你為什麼每次都講不聽呢?」 ... ... <看更多>
家規範例 在 能塑造完整的人格。「愛孩子」就從重視家庭生活開始吧! 的相關結果
「休閒」是紓解壓力,增進情趣的必要活動。對家庭休閒生活的重視,有助於提昇彼此的情感,增進家人的互動,尤其在隔週週休二日實施後,家人更可利用共同的假期,妥善規畫。 ... <看更多>