1. Ambient Intelligence
Dicembre 2010
Andrea Ghittino
Networks and Wireless Communications Area
Direzione Ricerca e Sviluppo, CSP

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
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3. Agenda
• UPnP e QoS
• I sensori
• IP STB
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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
• l'individuazione di servizi •Comunicazioni espresse
in XML, via HTTP, su
TCP/IP
•No drivers
•Costituito da protocolli
comuni
•SO, linguaggi di
programmazione medium
independent
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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
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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
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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)
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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 priorità
Obiettivi
• Consegna affidabile dei flussi dati
• Affidabilità temporale
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9. 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
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10. 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 che
invocherà il QosManager Service
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11. 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.
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12. 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
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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
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14. 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 competizione
per l’accesso al canale.
• Spesso richiede privilegi di amministratore per accedere a dispositivi per il
monitoraggio.
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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 banda
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16. Agenda
• UPnP e QoS
• I sensori
• IP STB
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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 GHz
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18. Piattaforma hardware per rete di sensori
Antenna RF I/O per sensori
Interfaccia radio
Microprocessore
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
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19. Agenda
• UPnP e QoS
• I sensori
• IP STB
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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...)
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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
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22. Alimentazione 1/2
• Possibilità di alimentare la cornice digitale tramite batterie:
• Pacco batterie “BeagleJuice” della liquidware
8cm
7,6 cm
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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
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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 l'integrazione dell'Hardware si
hanno solo vantaggi!
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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 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
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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
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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
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