Presentazione csp-ambient intelligence

Ambient Intelligence

Dicembre 2010Andrea GhittinoNetworks and Wireless Communications AreaDirezione Ricerca e Sviluppo, CSP

Ambient Intelligence 2

Gli obiettivi del progetto

• Creazione di un “ambiente intelligente”

– Interazione dell’ambiente con le persone e le cose presenti al suo interno

– Coesistenza ed integrazione di diverse tecnologie

– Punti di controllo comuni ed indipendenti dalle tecnologie

• Le componenti essenziali

– Funzioni di IP STB per la riproduzione di contenuti multimediali, tramite connessioni wireless

– Rete di sensori per il controllo dei parametri ambientali della casa

• I punti di contatto

– Accesso ai contenuti multimediali tramite UPnP, con il supporto alla gestione della qualità del servizio

– IP STB utilizzato come centro stella della rete di sensori

– Visualizzazione dei dati raccolti tramite IP STB


Agenda

• UPnP e QoS

• I sensori

• IP STB


UPnP – cos’é?

• Set di protocolli di rete che rende possibile senza l’utilizzo di una configurazione manuale

• connessione di dispositivi di rete• l'individuazione di servizi

•Architettura di rete P2P

•Comunicazioni espressein XML, via HTTP, suTCP/IP

•No drivers

•Costituito da protocollicomuni

•SO, linguaggi diprogrammazione medium independent


UPnP - Benefici

• Independenza dai tipi di dispositivi utilizzati• Indipendenza dalla piattaforma utilizzata

• Tecnologia ”Internet-based”

• User Interface di controllo• Protocolli di base

• Espandibile

• ”Zero-configuration”

• Plug and Play• Ampio supporto a cambiamenti di topologia dinamici


UPnP – Architettura del Protocollo

• UPnP definisce due tipi di dispositivi:

• Controllers (o control points) – Si possono considerare come dei dispositivi Master– Sistemi embedded o sistemi con interfaccia grafica (e.g. PC)

• Devices– Controllati dal controller– Contiene almeno un servizio. Potrebbe contenere dispositivi annidati (basati a loro

volta su servizi e dispositivi…)– Ruoli:

• Mediaserver• Mediarender


UPnP - Protocollo

• Protocollo basato su sei passi

– Addressing (ogni dispositivo dovrebbe avere DHCP oppure AUTO IP per ottenere un indirizzo IP)

– Discovery (quando un dispositivo si aggiunge alla rete)

– Description (il control point acquisisce informazioni sulle risorse a disposizionedegli apparati)

– Control (il control point invia azioni ai servizi dei dispositivi)

– Eventing (i servizi pubblicano aggiornamenti inviando messaggi di “eventing” checontengono i nomi e I valori di variabili di stato)

– Presentation (se un dispositivo possiede un URL, allora il control point puòrichiedere una pagina attraverso l’URL, caricare la pagina con un browser and permettere all’utente il controllo del dispositivo)


UPnP QoS-v3

Migliora l’utilizzabilità della rete nella trasmissione affidabile dicontenuti sensibili (aplicazioni audio, video, voce).

Caratteristiche

• Singola sottorete IP

• Supporta QoS per ogni stream di traffico

• Basato su politiche di priorità

Obiettivi

• Consegna affidabile dei flussi dati

• Affidabilità temporale


UPnP QoS-v3 - Servizi

Non definisce nessun nuovo dispositivo

Definisce tre tipologie di servizi

• QosDeviceService

– Implementato nella sorgente, destinatario o dispositivo intermedio, è responsabile della gestione delle risorse del dispositivo.

– Fornisce un’interfaccia al Control Point per eseguire azioni sul dispositivo (accettare stream di traffico, inizializzare procedura QoS, interrogare su capacità e stato del QosDevice Service)

• QosPolicyHolderService

– Contenitore delle politiche di QoS per la rete UPnP; alloca l’utilizzo del “traffic importance numbers”, differenzia i vari stream di traffico sulla rete

• QosManagerService

– Definisce un insieme di azioni per il Control Point: inizializzazione, rilascio e aggiornamento del Quality of Service per uno stream di traffico


UPnP QoS-v3 – Procedura

1. Inizializzazione della procedura di QoS per un flusso dati

2. Individuazione delle politiche del flusso

3. Individuazione dei QosDevice Services da gestire

4. Configurazione del QosDevice Service

5. Restituzione dei risultati dell’inizializzazione del QoS al Control Point cheinvocherà il QosManager Service


UPnP QoS-v3 – Concetti chiave

Admission Control• Determina quanta banda e latenza vengono allocati al flusso dati.

• Utile quando si ha un numero crescente di connessioni che potrebbero causare un peggioramento su tutte le altre connessioni in atto (collasso da congestione).

• Permette di istanziare flussi di traffico per ognuno dei seguenti dispositivi QoS: sorgente, eventuali dispositivi intermedi presenti sul percorso, destinazione.

Preemption• Se la procedura di “Admission Control” fallisce, il QoS Manager avvia la Preemption.

• È richiesto dal Control Point e viene attuato grazie al QosPolicyHolder Service.


Nostri Obiettivi e Motivazioni

Obiettivi:• Implementare un sistema UPnP QoS

• Stimare la capacità residua in un canale wireless

Motivazioni:

• Management della rete

• Scelta del migliore percorso per l’inoltro dei pacchetti

• Servizi di allocazione delle risorse


Stima della banda - definizioni

• Capacità: il massima velocità (in bit/s) utilizzabile in trasmissione su una rete IP a livello rete.

• Banda:– Mondo analogico [Hertz]– Mondo digitale [bit/s]

• utilizzata: capacità effettiva del flusso dati presente nella rete ad un certo istante in bit/s.

• disponibile: rate utilizzabile per un flusso dati senza danneggiare altri flussi giàpresenti nella rete.

• Scenario:– Ethernet → capacità costante– 802.11 → capacità del canale wireless soggetta a :

• Interferenza, perdita di pacchetti, rate adaptation, hop multipli


Tecniche di Stima della Banda Disponibile - Stato dell’arte

Due approcci possibili:• Attivo:

– Sorgente inserisce traffico “sonda” nella rete e misura l’influenza della rete sui pacchetti sonda al dispositivo ricevente.

– PRO: richiede l’accesso ai soli due host (sorgente e destinazione).– CONTRO: overhead dovuto alla presenza dei pacchetti “sonda”.

• Passivo:– Monitoraggio passivo del canale e misurazione della quantità di tempo in cui il

canale rimane libero.

– PRO: non influisce sullà capacità del canale.– CONS:

• Non considera la riduzione della capacità del canale dovuta alla competizioneper l’accesso al canale.

• Spesso richiede privilegi di amministratore per accedere a dispositivi per ilmonitoraggio.


La soluzione implementata

• Basata su un approccio ibrido attivo e passivo

– Maggiore accuratezza nella stima della capacità residua della rete

– Informazioni raccolte da un demone dedicato e messe a disposizione del QoS Manager

– Demone per ciascun device al fine di gestire la stima della banda


Agenda

• UPnP e QoS

• I sensori

• IP STB


Piattaforma hardware per rete di sensori

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Microprocessore Texas Instruments MSP430 realizzato in tecnologia Ultra Low Power

• Bassa corrente di standby: <1uA • Bassa corrente in attività: 160uA/MHz • Convertitori Analog-to-Digital Converter (ADC)

integrati per interfaccia semplice con sensorianalogici

• Sensore di temperatua integrato nel chip • Interfaccia radio modulare, selezionabile a 433

MHz, 868 MHz o 2,4 GHz


Piattaforma hardware per rete di sensori

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Antenna RF

Microprocessore

Antenna RF

Interfaccia radio

I/O per sensori

Modulo prototipale AMB8423 utilizzato nel progetto con ridotto ingombro (3,5 x 2,0 cm) prodotto da terza Parte (Amber Wireless) con tecnologia Texas Instruments


Agenda

• UPnP e QoS

• I sensori

• IP STB


IP STB: OmegaPad – Gli obiettivi

• OmegaPad vuole essere una cornice digitale dalle funzionalità avanzate:

� Foto

� Video

� Musica

• Funzionalità evolute

� Connettività internet

� Web Browser

� Client Mail

� Riproduzione filmati YouTube

� Visione di foto da Google Immagini

� Chat di Skype

� Chiamate VoIP (work in progress...)

� Terminale per il controllo domotico (work in progress...)

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Caratteristiche Hardware

• Processore TI OMAP3530 @ 600MHz basato su core ARM Cortex-A8

• 128MB DDR SDRAM - 128MB NAND Flash (Disponibile anche versione 256MB)

• Display LCD 24-bit TFT 7” touchscreen, uscita DVI-D e TV S-Video

• Disponibili moduli VGA, Camera, WiFi, GPS, GPRS, 3G

• Supporto per Windows CE – Linux 2.6

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Alimentazione 1/2

• Possibilità di alimentare la cornice digitale tramite batterie:

• Pacco batterie “BeagleJuice” della liquidware

8cm

7,6 cm22


Alimentazione 2/2

• BeagleJuice:

• Batteria da 4500 mAh

• 3,7 V

• Ricarica tramite 1-2 porte USB

• Led indicatore di carica

• Interruttore On/Off

Devkit

Assorbimento compreso tra 5 e 6 W

- Il modulo WiFi assorbe ~ 0,75W!

Autonomia della cornice compresa tra 2h45m e 3h20m

I consumi variano in base alle applicazioni usate:

-Browser

-Riproduzione multimediale

-Uso del modulo wireless

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Scelta del sistema operativo

• La scelta del sistema operativo è ricaduta su Android poiché:

• Vantaggi

• Codice sorgente Aperto

• Sistema Linux Based

• Facilità sviluppo nuove applicazioni

• Ampio parco software disponibile per queste applicazioni (es. Skype)

• Comunità di sviluppatori fortemente in crescita

• Svantaggi

• Aggiunta di nuovi moduli HW difficoltosa

• Integrazione non solo a livello kernel ma anche con gli applicativi che ne fanno uso (es. modulo wireless)

• Superato lo scoglio iniziale per l'integrazione dell'Hardware sihanno solo vantaggi!

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• Cambio del processo di Boot

• Il sistema viene fornito con un Boot Loader capace di eseguire solo Win CE

• Installazione di U-Boot per l'esecuzione di sistemi Linux (Angstrom – Android )

• Scelta del sistema operativo

• Valutazione di Angstrom Linux vs Android

• Passaggio al SO Android

• Installazione del sistema

• Installazione e prova di applicativi (Skype, Giochi, Nimbus )

• Installazione dell'ambiente di sviluppo (Sviluppo / Sistema)

• Sviluppo

� Applicazioni

� Studio di sistemi di input differenti (Tastiera FITALY)

� Sistema

� Analisi del sistema di building

� Integrazione del modulo WiFi

RoadMap Seguita

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Contatti

CSP innovazione nelle ICT

Sede via Livorno 60 - 10144 TorinoEdificio Laboratori A1Tel +39 011 4815111Fax +39 011 4815001E-mail: [email protected]

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