Post on 01-Nov-2014
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Architetture aperte per raccolta, elaborazione e
distribuzione di dati energetici
«Smart Energy»
Fulvio Corno – fulvio.corno@polito.it
Politecnico di Torino Dipartimento di Automatica e Informatica
e-Lite Research Group
http://elite.polito.it
Seminario IEEM
Indoor Environment & Energy
Management Competence Centre
Obiettivo
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Analizzare le architetture dei sistemi «smart building»
Identificare colli di bottiglia e potenzialità di
miglioramento e crescita
Proporre un’architettura aperta ed orizzontale basata su
soluzioni software innovative
Smart buildings
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Smart Energy
Tecnologie Applicazioni
Tecnologie…
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Applicazioni…
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Conclusioni
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Problema risolto
Tecnologie disponibili
Applicazioni definite
… o no?
Una vista d’insieme
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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
• 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
• 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
Fai presto a dire «dispositivi»
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Powerline Computer-derived
Field bus Wireless
RS-485
Nel mondo reale…
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D D D D
Dispositivi
Infrastruttura
Applicazione
Applicazione
Applicazione
Applicazione
Applicazione
Errori da evitare
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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?
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Una lingua franca
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
Architetture orizzontali e aperte
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
Funzionalità di base
API
Driver di interfacciamento ai protocolli
Scambio dati
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
Rappresentazione neutrale
Funzionalità di base
API
Driver di interfacciamento ai protocolli
Scambio dati
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
Applicazioni interagiscono
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Un modello astratto
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
Funzionalità di base
API
Driver di interfacciamento ai protocolli
Scambio dati
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
• Astratto rispetto alla tecnologia
• Espandibile
• Tecnologie
• Dispositivi
• Domini applicativi
• Linguaggi e rappresentazioni standard (W3C
Semantic Web): RDF & OWL
• Esempio: Ontologia DogOnt
DogOnt
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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
Home / Building Gateway
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
Funzionalità di base
API
Driver di interfacciamento ai protocolli
Scambio dati
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
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
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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
Elaborazione vicina al campo
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
Funzionalità di base
API
Driver di interfacciamento ai protocolli
Scambio dati
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
• 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
On-line processing: Applications
Data Decimation (from kHz to mHz)
Aggregation (over time, over space, over sensor types)
Averaging
Feeding User Displays and Dashboards
Computing up-to-date and user-meaningful information
Monitoring and Alerting
Checking Thresholds
Generating Alert messages
Virtual Sensors
Computing derivative quantities
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Stream processing engine
Stream Processing spChains
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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
Alcuni esempi di spChains
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Ogni spChain è definita in XML
Libreria di spBlock parametrici (13++)
Creazione automatica di query sul motore Esper (o altri)
Open Source
Elaborazione vicina al campo
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D D D D D D D D D D D D
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
Funzionalità di base
API
Driver di interfacciamento ai protocolli
Scambio dati
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
• Sistemi multi-punto e
geografici
• Pubblicazione dati
• Integrazione dati esterni
• Linked Data
General LO(D)D Architecture
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Producer
Application Consumer
Application
Smart
Environment
Consumer
Application
Static
information
about sensor
streams
Consumer
Application Sensor
data
channel
Sensor
data
channel
Sensor
data
channel
describes
updates
publishes
receives
subscribes
E
G
E
E
G
G
G
G G
G
E
E E
E
E
E
F
F
F
F F
monitors
Conclusioni
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Pensare “orizzontale”, mai “verticale”
Infrastrutture aperte ed interoperabili per supportare
Dispositivi del futuro
Applicazioni future
Non lasciare il sistema in mano al fornitore!
Business model e Living lab basati su “libera” circolazione
dei dati
For further information
25/09/2012 e-lite - Smart Energy - IEEM 26
Research group
http://elite.polito.it
Dog2 gateway
http://domoticdog.sourceforge.net
Publications
http://elite.polito.it/publications-mainmenu-81
Contact
fulvio.corno@polito.it
+39 011 090 7053
Licenza d’uso
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