Architetture aperte per raccolta, elaborazione e distribuzione di dati energetici

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Lucidi della presentazione nell'ambito del seminario “SMART APPLIANCES E COMPORTAMENTO DELL’UTENTE IN AMBIENTE DOMESTICO: DAL MONITORAGGIO ALLA
CARATTERIZZAZIONE DEGLI USI ENERGETICI” organizzato dall'Indoor Environment & Energy Management Competence Centre (IEEM) del Politecnico di Torino e Telecom Italia e tenutosi il 25/09/2012

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Architetture aperte per raccolta, elaborazione e distribuzione di dati energetici

  1. 1. Politecnico di TorinoDipartimento 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
  2. 2. 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
  3. 3. Smart buildingsTecnologie Applicazioni Smart Energy3 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  4. 4. Tecnologie…4 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  5. 5. Applicazioni…5 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  6. 6. ConclusioniTecnologie Applicazionidisponibili definite Problema risolto … o no?6 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  7. 7. 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 7 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  8. 8. Fai presto a dire «dispositivi» Field bus Wireless Powerline Computer-derived RS-4858 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  9. 9. Nel mondo reale… Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Infrastruttura D D D D Dispositivi9 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  10. 10. Errori da evitare Il caso «ho un gateway troppoApplicazione «all you can eat» intelligente» Applicazione Applicazione Infrastruttura Infrastruttura D D D D D D D D D Dispositivi Dispositivi10 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  11. 11. E allora? Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione D D D D D D D D D D D D11 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  12. 12. Una lingua franca Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Rappresentazione neutrale D D D D D D D D D D D D12 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  13. 13. Architetture orizzontali e aperte Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D13 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  14. 14. Applicazioni interagiscono Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D14 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  15. 15. 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 Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D15 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  16. 16. http://elite.polito.it/dogont-tools-80DogOnt 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 Functionality16 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  17. 17. Home / Building Gateway Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione • 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, …) Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli • Architettura aperta ed espandibile D D D D D D D D D D D DEsempio: Dog 2.x • Tempi di sviluppo accettabili • Indipendenti dall’applicazione 17 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  18. 18. 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 18 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  19. 19. Elaborazione vicina al campo Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione Elaborazione real time Regole e scenari Servizio applicativo API Funzionalità di base Scambio dati• 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: spChains19 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  20. 20. 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
  21. 21. 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 ChainsField-level sensors / data sources Chain Definition Industrial Stream processing engine Stakeholders (e.g., Management) 21 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  22. 22. 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 22 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  23. 23. 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 Funzionalità di base Scambio dati Rappresentazione neutrale Driver di interfacciamento ai protocolli D D D D D D D D D D D D23 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  24. 24. General LO(D)D Architecture Smart subscribes Environment Static Producer publishes information E Application about sensor ConsumerE 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
  25. 25. 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 25 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  26. 26. 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 26 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012
  27. 27. 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/ 27 e-lite - Smart Energy - IEEM 25/09/2012

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