Smart Buildings Dal campo al modello, andata e ritorno

Transcript

1 Politecnico di Torino Dipartimento di Automatica e Informatica e-lite Research Group Seminario organizzato da Smart Buildings Dal campo al modello, andata e ritorno Fulvio Corno fulvio.corno@polito.it

2 Sommario Conclusioni Happy hour 2

3 Conclusioni Smart Homes, Buildings, Factories La tecnologia è disponibile Sensori, attuatori, infrastrutture di comunicazione Domotica Bus di campo 3

4 Pot-pourri di dispositivi 4

5 Conclusioni Smart Homes, Buildings, Factories La tecnologia è disponibile Sensori, attuatori, infrastrutture di comunicazione Domotica Bus di campo Le applicazioni sono definite Monitoraggio energetico Sorveglianza, sicurezza Tele-controllo 5

6 Pot-pourri di applicazioni 6

7 Conclusioni Tecnologie disponibili Applicazioni definite Problema risolto o no? 7

8 Sommario (quello vero) Definizione del problema Architettura proposta Esempi applicativi Q&A 8

9 Punti di partenza Applicazione Sensori ambientali (temperatura, umidità, CO2, inquinanti, illuminazione, vento, ) Sensori utente (presenza, movimento, accessi, ) Misuratori energetici (energia e potenza elettriche, consumi gas e acqua, ) Attuatori (relais, elettrovalvole, motorizzazioni, segnalatori, ) Sistemi di automazione Tipologie di interconnessione D D D D Dispositivi 9

10 Punti di partenza Applicazione D D D D Dispositivi Cruscotti (osservazione, monitoraggio, ) Dati storici (memorizzazione, consolidamento, consultazione, ) Allarmi (anomalie, superamento soglie, ) Controllo remoto (comando attuatori, dis/attivazione azioni, modifica set-point, ) Tendenze (analisi su dati storici, analisi su dati in tempo reale) Elaborazioni in tempo reale (calcolo grandezze derivate, sensori virtuali, ) Intelligenza ambientale (comfort, risparmio energetico, applicazione scenari, adattamento dinamico, ) Integrazione con sistemi informativi 10

11 Chiudere il cerchio Applicazione Infrastruttura D D D D Dispositivi Tecnologie dei sensori Protocolli di comunicazione Scala (locale, geografica) Numero di dispositivi Frequenze di campionamento Sicurezza / autenticazione Tipologia dei dati Unidirezionale o bidirezionale Codifica dei dati Polling / Pushing 11

12 Fai presto a dire «dispositivi» Field bus Wireless Powerline Computer-derived RS

13 Fai presto a dire «dispositivi» Field bus Wireless Powerline Nota 1: questo è solo un piccolo assaggio dei protocolli attualmente in uso Nota 2: senza contare tutte le soluzioni più o meno «custom» Computer-derived Nota 3: RS

14 Nel frattempo, nel mondo reale, Diversi fornitori Diversi sotto sistemi Diversi tempi di installazione Legacy Diversi requisiti ed esigenze Diverse tecnologie nello stesso sistema Non progettate per interoperare (anzi ) D D D D D D D D D D D D 14

15 Nel frattempo, nel mondo reale, Crescita delle esigenze Crescita delle opportunità Sviluppo di nuovi tipi di interfacce Nuovi campi applicativi Integrazione di scala Diverse applicazioni nello stesso sistema fisico Condividere sensori, dati ed attuazioni Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione 15

16 Errori da evitare Applicazione «all you can eat» Il caso «ho un gateway troppo intelligente» Applicazione Applicazione Infrastruttura Infrastruttura D D D D D D D D D Dispositivi Dispositivi 16

17 E allora? Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione D D D D D D D D D D D D 17

18 Una lingua franca Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Rappresentazione neutrale D D D D D D D D D D D D 18

19 Architetture orizzontali e aperte Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D 19

20 Applicazioni consumano dati e servizi Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D 20

21 Applicazioni controllano Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D 21

22 Un modello astratto Applicazione Applicazione Astratto rispetto Applicazione alla tecnologia Applicazione Espandibile Tecnologie Elaborazione real time Regole e Dispositivi scenari Servizio Domini applicativi applicativo API Linguaggi e rappresentazioni standard (W3C Semantic Web): RDF & OWL Esempio: Ontologia DogOnt Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D 22

23 DogOnt DogOnt - Ontology Modeling for Intelligent Domotic Environments, D. Bonino, F. Corno 7th International Semantic Web Conference, 2008, Springer-Verlag, pp Building Thing IsIn / contains Controllable Building Environment House Plant Building Apartment Electric System Lamp hasstate Room Control Functionality Functionality hasfunctionality OnOff Functionality OnOff State State Discrete State 23

24 Semantic Modeling (DogOnt) RDF OWL XML XSD 24

25 Home / Building Gateway Applicazione Applicazione Applicazione Configurazione di Applicazione sistema Invio comandi Monitoraggio stati Elaborazione real time Regole e scenari Acquisizione dati sensori Servizio Funzionamento asincrono applicativo (ad API eventi) Indipendente dall applicazione Funzionalità di base Interfacce Scambio basate su dati standard (http, XML, JSON, ) Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli Architettura aperta ed espandibile D D D D D D D D D D D D Esempio: Dog 2.x Tempi di sviluppo accettabili Indipendenti dall applicazione 25

26 Dog 2.x Gateway Intelligente: Dog 2.x Open Source (Apache 2.0) Modulare (su framework OSGi) Multi-protocollo Basato su elaborazione semantica e DogOnt Adatto per hardware PC embedded 26

27 Elaborazione vicina al campo Funzionalità di base Scambio dati Decimazione ed Aggregazione dati Nel tempo Rappresentazione neutrale Nello spazio Calcolo di quantità Driver derivate, di su interfacciamento dati recenti ai protocolli Sensori virtuali Allarmi e notifiche in tempo reale Stream processing ad alte prestazioni Specifica D D funzionale D D ad alto livello D D D D D D D D Esempio: spchains 27 Applicazione Applicazione Sistemi multi-punto e Applicazione geografici Applicazione Pubblicazione dati Integrazione dati esterni Elaborazione real time Regole e scenari Linked Data Servizio applicativo API

28 Stream Processing spchains spchains Stream Processing Block Pattern Match / Alerts Field Data Streams Event Sources Stream Processing Chains Event Drains Aggregate / Computed Measures Data-centric Application (e.g., E.R.P.) Field-level sensors / data sources Chain Definition Stream processing engine Industrial Stakeholders (e.g., Management) 28

29 Alcuni esempi di spchains Ogni spchain è definita in XML Libreria di spblock parametrici (13++) Creazione automatica di query sul motore Esper (o altri) Open Source 29

30 Esempi di applicazioni reali JEERP SMILE-O Speak2Home Politecnico Monitoraggio energetico L energia come asset Integrazione con ERP DogOnt + Dog + spchains Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli Scambio dati D D D D D D D D D D D D 30

31 Jeerp (Proxima Centauri) 31

32 32

33 Dettaglio architettura Jeerp Oratio (ERP) Administrative staff Time scale ~ 1h # Assets ~ 100 CMDBuild (Asset manager) Energy Manager Aggregate Measures by asset / asset group Alerts Collector Time scale ~ 1s # Sensors ~ 1000 Stream processing Dog Events Stream processing Dog Field Data historic data

34 Esempi di applicazioni reali JEERP SMILE-O Speak2Home Politecnico Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Sistema Produttore Funzionalità (eolico) di + base Scambio dati Consumatore (stabilimento) Rappresentazione neutrale Scambio dati Driver sottosistemi di interfacciamento ai protocolli DogOnt + LinkedData D D D D D D D D D D D D 34

35 Progetto SMILE-O 35

36 Esempi di applicazioni reali JEERP SMILE-O Speak2Home Politecnico Elaborazione real time Regole e scenari Servizio Controllo applicativo Monitoraggio API avanzato energetico Input in Detective Funzionalità di base linguaggio Scambio dati analysis naturale Integrazione Rappresentazione (parlato, neutrale con sistemi scritto) esistenti Driver di interfacciamento Elaborazione ai protocolli Definizione linguistica e architettura a invio comandi livello di DogOnt + building D D D D D D D Dog D D D D D 36

37 Credits Idee, progettazione, sviluppi Dario Bonino, Ph.D. Emiliano Castellina, Ph.D. Luigi De Russis Faisal Razzak Progetti & Sponsor CE FP6 ICT COGAIN Polo ICT (STORIES, SMILE-O) Proxima Centauri Eudata ISMB Progetto Lagrange 37

38 Grazie! Domande? Commenti? 38

39 For further information Research group Dog2 gateway Publications Contact

40 Licenza d uso Questa presentazione è rilasciate con la licenza Creative Commons Attribuzione-Non commerciale-condividi allo stesso modo 2.5 Italia Siete liberi di riprodurre e modificare quest opera, per scopi non commerciali, e citando la fonte. Eventuali versioni modificate dovranno essere rilasciate con la stessa licenza Testo completo della licenza: 40