Architetture aperte per raccolta, elaborazione e distribuzione di dati energetici

Architetture aperte per raccolta, elaborazione e

distribuzione di dati energetici

«Smart Energy»

Fulvio Corno – [email protected]

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

25/09/2012 e-lite - Smart Energy - IEEM 2

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


Smart Energy

Tecnologie Applicazioni

Tecnologie…


Applicazioni…


Conclusioni


Problema risolto

Tecnologie disponibili

Applicazioni definite

… o no?

Una vista d’insieme


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»


Powerline Computer-derived

Field bus Wireless

RS-485

Nel mondo reale…


D D D D

Dispositivi

Infrastruttura

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 interagiscono




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






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

• 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

2012-09-11 e-lite - Smart Buildings 20

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

Elaborazione vicina al campo






API


Scambio dati


applicativo

• Sistemi multi-punto e

geografici

• Pubblicazione dati

• Integrazione dati esterni

• Linked Data

General LO(D)D Architecture

2012-09-11 e-lite - Smart Buildings 24

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


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

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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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http://domoticdog.sourceforge.net/







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