Il Web Semantico applicato agli edifici intelligenti

Politecnico di Torino
Dipartimento di Automatica e Informatica

Accademia
dell‟hardware e del
software libero
e-Lite Research Group Adriano Olivetti
http://elite.polito.it

Il Web Semantico applicato agli
edifici intelligenti
Fulvio Corno – fulvio.corno@polito.it

Politecnico di Torino
Dipartimento di Automatica e Informatica

Accademia
dell‟hardware e del
software libero
e-Lite Research Group Adriano Olivetti
http://elite.polito.it

Il Web elite.polito.it
Semantico applicato agli
edifici intelligenti
www.slideshare.net/fulvio.corno

Fulvio Corno – fulvio.corno@polito.it

Argomenti
 Il Web Semantico in 15 minuti
 La domotica oggi
 principio di funzionamento, servizi possibili, vincoli e investimenti
 La domotica… semantica
 ambienti intelligenti grazie a gateway semantici
 Al servizio dell‟uomo
 interfacce uomo-macchina e uomo-casa
 intelligenza ambientale per il supporto di anziani e disabili
 relazione tra domotica, ausili, strumenti elettronici
 La domotica domani
 non solo automazione: intelligenza, comunicazione, multimedialità,
integrazione con terminali mobili

3 Evento Accademia "C. Olivetti" 08/11/2011

Chi sono?
 Politecnico di Torino
 Gruppo di ricerca e-Lite del Dipartimento di Automatica e
Informatica (dal 2001) – http://elite.polito.it
 e-learning, e-interaction, e-intelligence
 Fulvio Corno
 Professore associato al Politecnico
 Temi di ricerca:
 servizi ed applicazioni “intelligenti” su rete Internet
 usabilità e accessibilità di sistemi informatici
 domotica ed ambienti domotici intelligenti
 Collaboratori principali
 Laura Farinetti, Dario Bonino, Luigi De Russis, Emiliano Castellina


Il Web Semantico in 15 minuti

Il Web Semantico applicato agli edifici intelligenti

In 15 minuti? Impossibile
 Corso introduttivo (~20 ore)
 “Semantic Web: Technologies, Tools, Applications”
 http://elite.polito.it/teaching-mainmenu-
69/master-a-phd-mainmenu-94/56-01lhviu-semweb
 Mini-seminario introduttivo (~2 ore)
 Introduction to Semantic Web Technologies
 http://elite.polito.it/teaching-mainmenu-
69/master-a-phd-mainmenu-94/57-01mktiu01mkziu


Semantic Web
 “Seconda” generazione delle tecnologie Web
 Web 2.0 3.0
 “Conceptual structuring of the Web in an explicit
machine-readable way”
(Tim Berners-Lee)
 In altre parole… http://www.w3.org/2001/sw/

…let the machine do most of the work!!!

Principi chiave
 Il Semantic Web è il Web
 Stesse tecnologie di base, approccio evolutivo
 Decentralizzato (incompleto, incoerente)
 Fornisce affermazioni esplicite a proposito di risorse web
 Autori, fornitori originari dell‟informaizone
 Intermediari (umani e/o macchine)
 I consumatori dell‟informazione determinano le
conseguenze di tali affermazioni
 „Ragionamento automatico‟ distribuito


Current “hot” topics

http://www.w3.org/standards/semanticweb/

Risorse e descrizioni
this resource is suitable for
the title of this PhD students Descrizione
resource is
“Introduction to
the Semantic Risorsa
Web”

this resource was
the author of this created on April
resource 14th, 2009
is L. Farinetti
this resource is
related to
the quality of this computer science,
resource is high, knowledge
according to F. representation and
Corno metadata


Risorse e descrizioni
Level = PhD students
Title = Descrizione
“Introduction to
the Semantic Risorsa
Web”

Date =
Author = 2009-04-14
L. Farinetti

Topic = {computer
science, knowledge
Quality = high representation,
metadata}
Rated by F. Corno


Linguaggio per descrivere risorse
 Meta-Informazione Author =
(descrizione): L. Farinetti

 Diagramma:
hasAuthor
URI L.Farinetti

 Asserzione RDF
(tripletta):

triple (hasAuthor, URI, L.Farinetti)


Technology stack (W3C++)

Reasoning
Linked
Data
SWRL

Thesauri:
SKOS
Triple stores


Esempio


Sintassi RDF/XML

<?xml version="1.0"?>
<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:contact="http://www.w3.org/2000/10/swap/pim/contact#">

<contact:Person rdf:about="http://www.w3.org/People/EM/contact#me">
<contact:fullName>Eric Miller</contact:fullName>
<contact:mailbox rdf:resource="mailto:em@w3.org"/>
<contact:personalTitle>Dr.</contact:personalTitle>
</contact:Person>

</rdf:RDF>


Tecniche di classificazione dei contenuti
 Vocabolari controllati
 Tassonomie
 Thesauri
 Faccette
 Ontologie
 Folksonomie
 Altro...

 … Molti derivano dalla scienza biblioteconomica


Ontologia
 Un‟ontologia è una descrizione esplicita e condivisa di un
dominio di conoscenza
 Concetti
 Proprietà ed attributi dei concetti
 Vincoli su proprietà ed attributi
 Individui/istanze (spesso, ma non sempre)
 Tramite un‟ontologia si definiscono
 Un vocabolario comune
 Una comprensione condivisa


Esempio: costruiamo un’ontologia

chair

18 Evento Accademia "C.
08/11/2011
Olivetti"


1.A piece of furniture consisting of a seat, legs, back, and often arms,
designed to accommodate one person.
2.A seat of office, authority, or dignity, such as that of a bishop.
a.An office or position of authority, such as a professorship.
b.A person who holds an office or a position of authority, such as
one who presides over a meeting or administers a department of
instruction at a college; a chairperson.
3.The position of a player in an orchestra.
4.Slang. The electric chair.
5.A seat carried about on poles; a sedan chair.
6.Any of several devices that serve to support or secure, such as a metal
block that supports and holds railroad track in position.

chair

08/11/2011
Olivetti"


A piece of furniture consisting of a seat, legs, back, and
often arms, designed to accommodate one person.

chair

08/11/2011
Olivetti"


chair seat stool bench

08/11/2011
Olivetti"


Something I can sit on

???


08/11/2011
Olivetti"



“sittable”


08/11/2011
Olivetti"



“sittable”

table


08/11/2011
Olivetti"



“sittable”

Something designed for sitting

“for_sitting”

table


08/11/2011
Olivetti"

Struttura dell’ontologia

“sittable”

“for_sitting”

table


08/11/2011
Olivetti"

Relazioni

material
room
is_a
is_a
is_a “sittable”
wood
classroom is_a

dining room “for_sitting” is_a
is_a table
is_a is_a is_a

08/11/2011
Olivetti"

Relazioni
made_of
material
room
is_a
is_a
is_a “sittable”
wood
classroom is_a
made_of
dining room “for_sitting” is_a
is_a table
is_a is_a is_a

08/11/2011
Olivetti"

Ontology Web Language (OWL)


Il progetto “Linked Data”
 Il Semantic Web richiede l‟esistenza di grandi quantità di
dati RDF tra di loro interconnessi sul Web
 Linked Data è un‟iniziativa per collegare attraverso il web
dati correlati che precedentemente non erano connessi
 Tecniche per pubblicare, condividere e collegare
frammenti di informazione e conoscenza usando RDF
 Pubblicazione di “Data Set” disomogenei, interconnessi
 A partire dal 2007
 http://linkeddata.org/


Linked Open Data cloud
May 2007


Primi Linked Data

DBpedia GeoNames

 Rappresenta  Database geografico di
l‟informazione strutturata oltre 8 milioni di nomi
presente su Wikipedia e la geografici
pubblica su Web in RDF  Scaricabile ed utilizzabile
 Permette interrogazioni gratuitamente
sofisticate sulle  http://www.geonames.org/
informazioni di Wikipedia
 Permette ad altri data set
di collegarsi a Wikipedia


Principali primi data set
 DBLP Computer science bibliography  Project Gutenberg Literary works in
 Richard Cyganiak, Chris Bizer (FU the public domain
Berlin)  Piet Hensel, Hans Butschalowsky (FU
 DBpedia Structured information from Berlin)
Wikipedia  Revyu Community reviews about
 Universität Leipzig, FU Berlin, OpenLink anything
 DBtune, Jamendo Creative Commons  Tom Heath, Enrico Motta (Open
music repositories University)
 Yves Raimond (University of London)  RDF Book Mashup Books from the
Amazon API
 Geonames World-wide geographical
database  Tobias Gauß, Chris Bizer (FU Berlin)
 Bernard Vatant (Mondeca), Marc Wick  US Census Data Statistical information
(Geonames) about the U.S.
 Musicbrainz Music and artist database  Josh Tauberer (University of
Pennsylvania), OpenLink
 Frederick Giasson, Kingsley Idehen
(Zitgist)  World Factbook Country statistics,
compiled by CIA
 Piet Hensel, Hans Butschalowsky (FU
Berlin)


Espansione Linked Data
July 2007


August 2007


November 2007


February 2008


September 2008


July 2009

Social
Science/Publishing/Libraries
Medicine/Biology
Geography
Music
Dictionary/Enciclopedia

September 2010


September 2011

“Linking Open Data cloud diagram, by Richard Cyganiak and Anja Jentzsch. http://lod-cloud.net/”


In sintesi…
 Semantic Web
 Grande “visione” di un Web intelligente
 Probabilmente non sarà mai realizzata
 Tecnologie del Semantic Web
 RDF, OWL, SPARQL
 Utilizzabili con profitto in molte applicazioni, Web o non-Web
 Dati ed informazioni semantici
 Linked Data, dati pubblici (anche governativi)
 Disponibili oggi, facili tecnologie di accesso e pubblicazione
 Semantici?


La domotica… oggi


Smart homes – Case intelligenti

The Aware Home Research Initiative
Georgia Institute of Technology.

E molte altre… vedi http://www.smarthome.duke.edu/smartcentral/urls.php


…ma cosa sono?
 Ambienti domestici attrezzati con
 Dispositivi automatizzati (luci, porte, finestre, elettrodomestici,
…)
 Un sistema per poterli controllare (via pulsanti, computer,
cellulare, sensori, …)
 Interfacciati con computer
 Smart? Intelligenti?
 Non scherziamo!


Smart homes – Case intelligenti
 Istituti di ricerca
 Università, ospedali
 Grosse aziende
 Produttrici di domotica (bTicino, Siemens, …)
 Produttrici di elettronica di consumo (Nokia, Microsoft, …)
 Prototipi “unici”
 …e costosi!
 Difficilmente replicabili a casa nostra


E per i comuni mortali?
 Domotica
 Domus (latino: casa) +
 Automatica (greco: che funziona da solo)
 Speciale componentistica che permette di controllare
tutti i dispositivi esistenti in casa
 Componenti esistenti sul mercato
 Richiede installatore specializzato
 Integrazione con nuovi sistemi di stampo informatico
 Ancora in stadio embrionale


Definizione


Esempio

Domotica


Esempio

Quanti ingegneri
servono per accendere
una lampadina?

Domotica

Abbiamo speso tanti
soldi per funzionalità
che già avevamo (ma fa
tanto cool )


Altri esempi
 Sistemi di illuminazione automatica
 Controlla tutte le luci da un posto centrale
 P.es.: spegni tutto quando nessuno è a casa
 Riscaldamento controllabile da tradizionale, questi
• In un impianto remoto
comportamenti sono cablati in modo inflessibile
 Via Internet o telefono, accendi flessibilità e funzionalitàcasa di
• Guadagniamo
il riscaldamento nella
montagna • Invisibile all’utente finale
 Porte, finestre, tapparelle motorizzate
 Minor sforzo per comandare parti pesanti


Il principio di funzionamento

Sensori e comandi
di vario tipo
Bus Domotico
(bassa tensione)

Alimentatore

Circuiti di
Tensione 220V
comando

Fonte: bTicino


Configurazione di
indirizzi per ciascun
dispositivo

Fonte: bTicino


Cosa succede in
realtà

Indirizzo X

Indirizzo X

Fonte: bTicino

Applicazioni della Domotica

Gestione
Automazione Facilità d‟uso
energetica

Comfort Risparmio Anziani

Sicurezza Monitoraggio Disabili

Comunicazione


Aree applicative
 Comfort  Automazione
 Sicurezza  Tende, tapparelle
 Risparmio  Illuminazione
 Comunicazione  Luci, gruppi, scenari
 Controllo  Suono
 Radio, Hi-Fi


Aree applicative
 Comfort  Telesoccorso
 Sicurezza  Un solo bottone
 Risparmio  Videocontrollo
 Comunicazione  Controllo a circuito chiuso
 Controllo  Allarmi
 Gas, sovratensioni, black-
out,allagamenti
 Antifurto


Aree applicative
 Comfort  Gestione energia
 Sicurezza  Controllo potenza utilizzata
 Risparmio  Distacco utenze secondo
soglie e priorità
 Comunicazione
 Termoregolazione
 Controllo
 Temperatura e profili


Aree applicative
 Comfort  Audio e video
 Sicurezza  (Video) Citofono
 Risparmio  Stanza-a-stanza
 Comunicazione  Rete dati e segnali
 Rete Computer
 Controllo
 Telefono
 TV e Satellite


Aree applicative
 Comfort  Controllo locale
 Sicurezza  Touch screen
 Risparmio  Interfaccia su PC
 Comunicazione  Rete dati e segnali
 Internet
 Controllo
 Telefono
 Smartphone


Versatilità

Rete
Domotica


Monitoraggio consumi energia


Interfacce utente
PC, Touch screen, Eye tracking iPhone


Nulla di nuovo, ma…
 La chiave dei sistemi domotici è l‟integrazione di sistema
 in un unico sistema
 di molte sotto-funzioni diverse
 che condividono la stessa infrastruttura
 e sono in grado di interoperare

Quantomeno, se non si
cambia il fornitore!


Tecnologie per la Domotica
Basate su un “bus” Senza fili

Basate sui fili elettrici Derivate dall‟informatica


A cui si aggiunge …
 Dispositivi dell‟elettronica di consumo
 TV, DVD player, Hard disk recorder
 Smart phone, Router ADSL
 Hi-Fi, Home theater
 Antifurti,Videosorveglianza
 Sempre più “informatici”
 Ma quasi sempre chiusi e privi di capacità di integrazione
 Sovrapposizione di funzioni
 Feroce lotta sul dominio del futuro


La domotica… semantica


Obiettivi
 Integrazione tra sistemi multi-standard e multi-fornitore
 Intelligenza ambientale
 Personalizzazione dei comportamenti
 Adattamento all‟utente
 Automazione nelle scelte (in parte!)

 Soluzione:
 Modellazione semantica ad alto livello (ontologia domotica)
 Software di controllo che interroga e ragiona sull‟ontologia


Architettura di sistema
Mobile, Web, Home Display,
Multi Touch, Accessibility,
User
Natural language, …
Interface
Data ERP,Web services, Stream
processors, Datawarehouse
analysis
Device abstraction, Event
Dog abstraction, State abstraction,
Bundles Rules engine, …

Ethernet,Wi-Fi, USB

Bus-to-IP gateway
GW GW Bus-to-serial gateway

Domotic bus (wired, wireless)

D D D D D D D D Domotic devices (switches,
buttons, relays, sensors, meters,
…)


Ontologia domotica (DogOnt)

RDF
OWL
XML
XSD


Diversi aspetti nello stesso modello
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


Frammento di modellazione di una stanza

OffNotification

OnNotification hasNotification
hasNotification
OnOffNotification
Functionality

OnOffState hasFunctionality

generatesCmd hasState Switch
hasState
Lamp
hasFunctionality isIn
isIn OnOffState
OnOffFunctionality
hasCommand Sample Room
hasCommand
OffCommand generatesCmd
OnCommand


Mini-domotica: valigetta KNX

D

GW


Mini-domotica: valigetta Z-Wave

GW

D


Texas Intruments eZ430-Chronos


Al servizio dell’uomo


Accessibilità, Usabilità, Domotica
 Un ambiente domotico ha maggiori caratteristiche di
accessibilità, a patto che:
 Il controllo del sistema domotico sia compatibile con le abilità
dell‟utente
 Il controllo del sistema domotico sia compatibile con gli ausili
dell‟utente
 L‟esistenza di un sistema domotico non crei ostacoli a nessuno
degli abitanti della casa


Maison Equipée


Interfacce d’accesso (1)


Interfacce d’accesso (2)


Interfacce su smartphone


Eye Tracking


DOGEye (& Touch)


Ausili come interfacce d’accesso (1)


Ausili come interfacce d’accesso (2)


Personalizzazione e adattamento


Visual rule builder


Visual Rules Builder: video


Intelligence + Security

OWL
Drools
SWRL
SPARQL


Risparmio energetico


In-Home Display videos
DFP: Direct Feedback of GSE: Goal Setting for consumed
istantaneous Power Energy


Grazie!

Fulvio Corno, fulvio.corno@polito.it

La domotica… domani


Le prospettive
 Intelligenza
 Integrazione
 Interfacce
 Internet
 Personalizzazione
 Energia
 Musica


Le prospettive


Riferimenti e link
 Dog2.0 information, documentation and downloads
 http://domoticdog.sourceforge.net
 Publications:
 http://elite.polito.it/publications-mainmenu-81


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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