Ambient IntelligenceDicembre 2010Andrea GhittinoNetworks and Wireless Communications AreaDirezione Ricerca e Sviluppo, CSP
Gli obiettivi del progetto•   Creazione di un “ambiente intelligente”     – Interazione dell’ambiente con le persone e le ...
Agenda•   UPnP e QoS•   I sensori•   IP STBAmbient Intelligence   3
UPnP – cos’é?•     Set di protocolli di rete che rende possibile      senza l’utilizzo di una configurazione      manuale ...
UPnP - Benefici•    Independenza dai tipi di dispositivi utilizzati•    Indipendenza dalla piattaforma utilizzata•    Tecn...
UPnP – Architettura del Protocollo•    UPnP definisce due tipi di dispositivi:•    Controllers (o control points)      – S...
UPnP - Protocollo•    Protocollo basato su sei passi      – Addressing (ogni dispositivo dovrebbe avere DHCP oppure AUTO I...
UPnP QoS-v3    Migliora l’utilizzabilità della rete nella trasmissione affidabile di            contenuti sensibili (aplic...
UPnP QoS-v3 - ServiziNon definisce nessun nuovo dispositivoDefinisce tre tipologie di servizi•    QosDeviceService      – ...
UPnP QoS-v3 – Procedura1. Inizializzazione della procedura di QoS per un flusso dati2. Individuazione delle politiche del ...
UPnP QoS-v3 – Concetti chiaveAdmission Control•    Determina quanta banda e latenza vengono allocati al flusso dati.•    U...
Nostri Obiettivi e MotivazioniObiettivi:•    Implementare un sistema UPnP QoS•    Stimare la capacità residua in un canale...
Stima della banda - definizioni•    Capacità: il massima velocità (in bit/s) utilizzabile in trasmissione su una rete IP a...
Tecniche di Stima della Banda Disponibile - Stato dell’arteDue approcci possibili:•  Attivo:     – Sorgente inserisce traf...
La soluzione implementata•   Basata su un approccio ibrido attivo e passivo     – Maggiore accuratezza nella stima della c...
Agenda•   UPnP e QoS•   I sensori•   IP STBAmbient Intelligence   16
Piattaforma hardware per rete di sensori Microprocessore Texas Instruments MSP430   realizzato in tecnologia Ultra Low Pow...
Piattaforma hardware per rete di sensori    Antenna RF                   I/O per sensori Interfaccia radio              Mi...
Agenda•   UPnP e QoS•   I sensori•   IP STBAmbient Intelligence   19
IP STB: OmegaPad – Gli obiettivi•   OmegaPad vuole essere una cornice digitale dalle funzionalità    avanzate:         Fot...
Caratteristiche Hardware•   Processore TI OMAP3530 @ 600MHz basato su core ARM Cortex-A8•   128MB DDR SDRAM - 128MB NAND F...
Alimentazione 1/2•   Possibilità di alimentare la cornice digitale tramite batterie:•   Pacco batterie “BeagleJuice” della...
Alimentazione 2/2• BeagleJuice:                       Devkit•   Batteria da 4500 mAh             Assorbimento compreso tra...
Scelta del sistema operativo•   La scelta del sistema operativo è ricaduta su Android poiché:•    Vantaggi•   Codice sorge...
RoadMap Seguita•   Cambio del processo di Boot     •   Il sistema viene fornito con un Boot Loader capace di eseguire solo...
Contatti        Andrea Ghittino        Networks and Wireless Communications        R&D Department        mail: andrea.ghit...
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Presentazione csp-ambient intelligence

  1. 1. Ambient IntelligenceDicembre 2010Andrea GhittinoNetworks and Wireless Communications AreaDirezione Ricerca e Sviluppo, CSP
  2. 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 STBAmbient Intelligence 2
  3. 3. Agenda• UPnP e QoS• I sensori• IP STBAmbient Intelligence 3
  4. 4. UPnP – cos’é?• Set di protocolli di rete che rende possibile senza l’utilizzo di una configurazione manuale •Architettura di rete P2P • connessione di dispositivi di rete • lindividuazione di servizi •Comunicazioni espresse in XML, via HTTP, su TCP/IP •No drivers •Costituito da protocolli comuni •SO, linguaggi di programmazione medium independent Ambient Intelligence 4
  5. 5. 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 Ambient Intelligence 5
  6. 6. 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 Ambient Intelligence 6
  7. 7. 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 disposizione degli apparati) – Control (il control point invia azioni ai servizi dei dispositivi) – Eventing (i servizi pubblicano aggiornamenti inviando messaggi di “eventing” che contengono i nomi e I valori di variabili di stato) – Presentation (se un dispositivo possiede un URL, allora il control point può richiedere una pagina attraverso l’URL, caricare la pagina con un browser and permettere all’utente il controllo del dispositivo) Ambient Intelligence 7
  8. 8. UPnP QoS-v3 Migliora l’utilizzabilità della rete nella trasmissione affidabile di contenuti sensibili (aplicazioni audio, video, voce).Caratteristiche• Singola sottorete IP• Supporta QoS per ogni stream di traffico• Basato su politiche di prioritàObiettivi• Consegna affidabile dei flussi dati• Affidabilità temporaleAmbient Intelligence 8
  9. 9. UPnP QoS-v3 - ServiziNon definisce nessun nuovo dispositivoDefinisce 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 Ambient Intelligence 9
  10. 10. UPnP QoS-v3 – Procedura1. Inizializzazione della procedura di QoS per un flusso dati2. Individuazione delle politiche del flusso3. Individuazione dei QosDevice Services da gestire4. Configurazione del QosDevice Service5. Restituzione dei risultati dell’inizializzazione del QoS al Control Point che invocherà il QosManager Service Ambient Intelligence 10
  11. 11. UPnP QoS-v3 – Concetti chiaveAdmission 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. Ambient Intelligence 11
  12. 12. Nostri Obiettivi e MotivazioniObiettivi:• Implementare un sistema UPnP QoS• Stimare la capacità residua in un canale wirelessMotivazioni:• Management della rete• Scelta del migliore percorso per l’inoltro dei pacchetti• Servizi di allocazione delle risorse Ambient Intelligence 12
  13. 13. 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 già presenti nella rete.• Scenario: – Ethernet → capacità costante – 802.11 → capacità del canale wireless soggetta a : • Interferenza, perdita di pacchetti, rate adaptation, hop multipli Ambient Intelligence 13
  14. 14. Tecniche di Stima della Banda Disponibile - Stato dell’arteDue 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 competizione per l’accesso al canale. • Spesso richiede privilegi di amministratore per accedere a dispositivi per il monitoraggio. Ambient Intelligence 14
  15. 15. 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 bandaAmbient Intelligence 15
  16. 16. Agenda• UPnP e QoS• I sensori• IP STBAmbient Intelligence 16
  17. 17. Piattaforma hardware per rete di sensori 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 sensori analogici • Sensore di temperatua integrato nel chip • Interfaccia radio modulare, selezionabile a 433 MHz, 868 MHz o 2,4 GHzAmbient Intelligence 17 17
  18. 18. Piattaforma hardware per rete di sensori Antenna RF I/O per sensori Interfaccia radio MicroprocessoreModulo prototipale AMB8423 utilizzato nel progettocon ridotto ingombro (3,5 x 2,0 cm) prodotto da terzaParte (Amber Wireless) con tecnologia Texas Instruments Ambient Intelligence 18 18
  19. 19. Agenda• UPnP e QoS• I sensori• IP STBAmbient Intelligence 19
  20. 20. 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...) Ambient Intelligence 20 20
  21. 21. 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 Ambient Intelligence 21 21
  22. 22. Alimentazione 1/2• Possibilità di alimentare la cornice digitale tramite batterie:• Pacco batterie “BeagleJuice” della liquidware 8cm 7,6 cmAmbient Intelligence 22 22
  23. 23. Alimentazione 2/2• BeagleJuice: Devkit• Batteria da 4500 mAh Assorbimento compreso tra 5 e 6 W• 3,7 V• Ricarica tramite 1-2 porte USB - Il modulo WiFi assorbe ~ 0,75W!• Led indicatore di carica• Interruttore On/Off Autonomia della cornice compresa tra 2h45m e 3h20m I consumi variano in base alle applicazioni usate: -Browser -Riproduzione multimediale -Uso del modulo wireless Ambient Intelligence 23 23
  24. 24. 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 lintegrazione dellHardware si hanno solo vantaggi!Ambient Intelligence 24 24
  25. 25. RoadMap Seguita• Cambio del processo di Boot • Il sistema viene fornito con un Boot Loader capace di eseguire solo Win CE • Installazione di U-Boot per lesecuzione 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 dellambiente di sviluppo (Sviluppo / Sistema)• Sviluppo Applicazioni Studio di sistemi di input differenti (Tastiera FITALY) Sistema Analisi del sistema di building Integrazione del modulo WiFi Ambient Intelligence 25 25
  26. 26. Contatti Andrea Ghittino Networks and Wireless Communications R&D Department mail: andrea.ghittino@csp.it tel: +39 0114815101 mobile: +39 3486024129 CSP innovazione nelle ICT Sede via Livorno 60 - 10144 Torino Edificio Laboratori A1 Tel +39 011 4815111 Fax +39 011 4815001 E-mail: info@csp.it Seconda sede operativa Villa Gualino - Viale Settimio Severo 63 10133 Torino www.csp.itAmbient Intelligence 26

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