smart buildings: dal campo al modello, andata e ritorno

Smart Buildings Dal campo al modello, andata e ritorno

Fulvio Corno – [email protected]

Politecnico di Torino Dipartimento di Automatica e Informatica

e-Lite Research Group

http://elite.polito.it

Seminario organizzato da

Sommario

20/04/2012 e-lite - Smart Buildings 2

Conclusioni

Happy hour

Conclusioni


Smart Homes, Buildings, Factories

La tecnologia è disponibile

Sensori, attuatori, infrastrutture di comunicazione

Domotica

Bus di campo

Pot-pourri di dispositivi


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

Pot-pourri di applicazioni


Conclusioni


Problema risolto

Tecnologie disponibili

Applicazioni definite

… o no?

Sommario (quello vero)


Definizione del problema

Architettura proposta

Esempi applicativi

Q&A

Punti di partenza


D D D D

Applicazione

Dispositivi

• 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

Punti di partenza


D D D D

Applicazione

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

Chiudere il cerchio


D D D D

Applicazione

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

Infrastruttura

Fai presto a dire «dispositivi»


Powerline Computer-derived

Field bus Wireless

RS-485

Fai presto a dire «dispositivi»


Powerline Computer-derived

Field bus Wireless

RS-485

Nota 1: questo è solo un piccolo assaggio

dei protocolli attualmente in uso

Nota 2: senza contare tutte le soluzioni

più o meno «custom»

Nota 3:

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 inter-

operare (anzi…)

D D D D

D D D D

D D D D

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

Errori da evitare


D D D D

Applicazione

Dispositivi

Infrastruttura

D D

D

D

Applicazione

Dispositivi

Infrastruttura

D

Applicazione «all you can eat» Il caso «ho un gateway troppo

intelligente»

E allora?


D D D D D D D D D D D D

Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione

Una lingua franca




Rappresentazione neutrale

Architetture orizzontali e aperte





Funzionalità di base

API

Driver di interfacciamento ai protocolli

Scambio dati

Elaborazione real time Regole e scenari Servizio

applicativo



API


Scambio dati


applicativo

Applicazioni consumano

dati e servizi






API


Scambio dati


applicativo

Applicazioni controllano




Un modello astratto






API


Scambio dati


applicativo

• Astratto rispetto alla tecnologia

• Espandibile

• Tecnologie

• Dispositivi

• Domini applicativi

• Linguaggi e rappresentazioni standard (W3C

Semantic Web): RDF & OWL

• Esempio: Ontologia DogOnt

DogOnt


Lamp

House

Plant

Electric

System

Controllable

Building

Thing

Building

Environment

Building Apartment

Room

IsIn / contains

OnOff

Functionality

Control

Functionality

Functionality

hasFunctionality

Discrete

State

OnOff

State

State

hasState

http://elite.polito.it/dogont-tools-80

DogOnt - Ontology Modeling for Intelligent Domotic Environments, D. Bonino, F. Corno

7th International Semantic Web Conference, 2008, Springer-Verlag, pp. 790-803






Semantic Modeling (DogOnt)


RDF

OWL

XML

XSD

Home / Building Gateway






API


Scambio dati


applicativo

• Architettura aperta ed espandibile

• Tempi di sviluppo accettabili

• Indipendenti dall’applicazione

• Configurazione di sistema

• Invio comandi

• Monitoraggio stati

• Acquisizione dati sensori

• Funzionamento asincrono (ad

eventi)

• Indipendente dall’applicazione

• Interfacce basate su standard

(http, XML, JSON, …)

Esempio: Dog 2.x

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

http://domoticdog.sourceforge.net

http://domoticdog.sourceforge.net/

Elaborazione vicina al campo






API


Scambio dati


applicativo

• Sistemi multi-punto e

geografici

• Pubblicazione dati

• Integrazione dati esterni

• Linked Data

• Decimazione ed Aggregazione dati

• Nel tempo

• Nello spazio

• Calcolo di quantità derivate, su dati recenti

• Sensori virtuali

• Allarmi e notifiche in tempo reale

• Stream processing ad alte prestazioni

• Specifica funzionale ad alto livello

• Esempio: spChains

Stream processing engine

Stream Processing spChains


Stream

Processing

Block

Eve

nt D

rains

Eve

nt S

ource

s

spChains

Field-level sensors / data sources

Aggregate / Computed

Measures

Pattern Match / Alerts

Field

Data Streams

Data-centric

Application

(e.g., E.R.P.)

Industrial

Stakeholders

(e.g., Management)

Chain Definition

Stream

Processing

Chains

http://elite.polito.it/spchains

http://elite.polito.it/spchains

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

Esempi di applicazioni reali



JEERP SMILE-O Politecnico Speak2Home



API


Scambio dati


applicativo

• Monitoraggio

energetico

• L’energia come

asset

• Integrazione

con ERP

• DogOnt +

Dog +

spChains

Jeerp (Proxima Centauri)


Dettaglio architettura Jeerp

20/04/2012 e-lite - Smart Buildings 33 Field Data

Collector

Dog2.1

Aggregate Measures by asset / asset group

Alerts

Dog Events

Stream processing

historic data

Stream processing

Energy Manager

CMDBuild (Asset manager)

Oratio (ERP)

Administrative staff

Time scale

~ 1s

# Sensors

~ 1000

Time scale

~ 1h

# Assets

~ 100







API


Scambio dati


applicativo

• Sistema

Produttore

(eolico) +

Consumatore

(stabilimento)

• Scambio dati

sottosistemi

• DogOnt +

LinkedData

Progetto SMILE-O








API


Scambio dati


applicativo • Controllo

avanzato

• Input in

linguaggio

naturale

(parlato,

scritto)

• Elaborazione

linguistica e

invio comandi

• DogOnt +

Dog

• Monitoraggio

energetico

• Detective

analysis

• Integrazione

con sistemi

esistenti

• Definizione

architettura a

livello di

building

Credits

Idee, progettazione, sviluppi Progetti & Sponsor


Dario Bonino, Ph.D.

Emiliano Castellina, Ph.D.

Luigi De Russis

Faisal Razzak

CE FP6 ICT COGAIN

Polo ICT (STORIES,

SMILE-O)

Proxima Centauri

Eudata

ISMB

Progetto Lagrange

Grazie!


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Research group

http://elite.polito.it

Dog2 gateway

http://domoticdog.sourceforge.net

Publications

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+39 011 090 7053

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