Architetture aperte per raccolta, elaborazione e distribuzione di dati energetici

Politecnico di Torino
Dipartimento di Automatica e Informatica
e-Lite Research Group
http://elite.polito.it

Seminario IEEM
Indoor Environment & Energy
Management Competence Centre

Architetture aperte per raccolta, elaborazione e
distribuzione di dati energetici
«Smart Energy»

Fulvio Corno – fulvio.corno@polito.it

Obiettivo
 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

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

Smart buildings

Tecnologie Applicazioni

Smart
Energy


Tecnologie…


Applicazioni…


Conclusioni

Tecnologie Applicazioni
disponibili definite

Problema
risolto
… o no?

Una vista d’insieme
• Cruscotti (osservazione, monitoraggio, …)
• Dati storici (memorizzazione,
consolidamento, consultazione, …)
• Allarmi (anomalie, superamento soglie, …)
• Controllo remoto (comando attuatori, Applicazione
dis/attivazione azioni, modifica set-point, …) • Tecnologie dei sensori
• Tendenze (analisi su dati storici, analisi su • Protocolli di
dati in tempo reale) comunicazione
• Elaborazioni in tempo reale (calcolo • Scala (locale, geografica)
grandezze derivate, sensori virtuali, …) • Numero di dispositivi
• Intelligenza ambientale (comfort, • Frequenze di
risparmio energetico, applicazione scenari, campionamento
adattamento dinamico, …) • Sicurezza / autenticazione
• Integrazione con sistemi informativi Infrastruttura • Tipologia dei dati
• Unidirezionale o
bidirezionale
• Sensori ambientali (temperatura, umidità, • Codifica dei dati
CO2, inquinanti, illuminazione, vento, …) • Polling / Pushing
• Sensori utente (presenza, movimento, accessi,
…)
• Misuratori energetici (energia e potenza
elettriche, consumi gas e acqua, …)
• Attuatori (relais, elettrovalvole,
motorizzazioni, segnalatori, …) D D D D
• Sistemi di automazione
• Tipologie di interconnessione Dispositivi


Fai presto a dire «dispositivi»
Field bus Wireless

Powerline Computer-derived

RS-485


Nel mondo reale…
Applicazione

Applicazione
Applicazione
Applicazione
Applicazione

Infrastruttura

D D D D
Dispositivi


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

Applicazione Applicazione

Infrastruttura
Infrastruttura

D

D D D D D D D D
Dispositivi Dispositivi


E allora?
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione

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


Una lingua franca

Rappresentazione neutrale



Architetture orizzontali e aperte

Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
API

Funzionalità di base Scambio dati


Driver di interfacciamento ai protocolli



Applicazioni interagiscono

applicativo
API






Un modello astratto
Applicazione Applicazione
• Astratto rispetto alla tecnologiaApplicazione
Applicazione
• Espandibile
• Tecnologie
Elaborazione real time Regole eDispositivi
• scenari Servizio
• Domini applicativi applicativo
Linguaggi e rappresentazioni standard (W3C
•API
Semantic Web): RDF & OWL
• Esempio: Ontologia DogOnt





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

DogOnt
DogOnt - Ontology Modeling for Intelligent Domotic Environments, D. Bonino, F. Corno
7th International Semantic Web Conference, 2008, Springer-Verlag, pp. 790-803

Building
Thing IsIn / contains

Building
Environment
Controllable

House Building Apartment
Plant

Electric
System Lamp hasState
Room

OnOff
hasFunctionality State
Control
Functionality
Discrete
OnOff State
Functionality

State
Functionality


Home / Building Gateway
• Configurazione di sistema
• Invio comandi
• Monitoraggio stati
Elaborazione real time Regole e scenari• Acquisizione dati sensori
Servizio
• Funzionamento asincrono (ad
applicativo
API eventi)
• Indipendente dall’applicazione
Funzionalità di base • Interfacce basate su standard
Scambio dati
(http, XML, JSON, …)


• Architettura aperta ed espandibile
Esempio: Dog 2.x • Tempi di sviluppo accettabili
• Indipendenti dall’applicazione

Dog 2.x http://domoticdog.sourceforge.net

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


Elaborazione vicina al campo

applicativo
API

• Decimazione ed Aggregazione dati
• Nel tempo Rappresentazione neutrale
• Nello spazio
• Calcolo di quantità Driver di su dati recenti ai protocolli
derivate, interfacciamento
• Sensori virtuali
• Allarmi e notifiche in tempo reale
• Stream processing ad alte prestazioni
• Specifica funzionale ad alto livello D D D
D D D D D D D D D
• 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

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

http://elite.polito.it/spchains

Stream Processing spChains
spChains

Stream Pattern Match / Alerts
Processing
Block

Data-centric
Event Sources Application

Event Drains
Field Stream Aggregate / Computed (e.g., E.R.P.)
Data Streams Processing Measures
Chains

Field-level sensors / data sources

Chain Definition

Industrial
Stream processing engine Stakeholders
(e.g., Management)


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
• Sistemi multi-punto e
Applicazione Applicazione Applicazione
geografici Applicazione
• Pubblicazione dati
• Integrazione dati esterni
Elaborazione real time Regole e scenari • Linked Data Servizio
applicativo
API






General LO(D)D Architecture
Smart subscribes
Environment Static
Producer publishes information
E Application about sensor Consumer
E F Application
G streams E
E

G monitors describes
F Consumer
E
E
E Sensor Application
G E E
data
F channel
G Sensor G
Consumer
updates F Application
data F
channel receives
G G
Sensor
data
channel

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

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


For further information
 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
 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:
 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/it/


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