Seminario organizzato dal Polo di Innovazione ICT http://www.poloinnovazioneict.org/ sul tema degli Smart Buildings. Durante il seminario si analizzano i molteplici livelli logico-architetturali presenti in un edificio intelligente, inquadrando criticamente le relative tecnologie, e ragionando sulle problematiche di integrazione di sistema. Il tema sta acquisendo sempre maggior interesse per i benefici in campo energetico, della sicurezza, dell’abitabilità, del confort e dei servizi agli abitanti. Dal punto di vista delle tecnologie ICT coinvolte, questo campo è in aperto fermento. Molte soluzioni si affacciano al mercato, ma purtroppo è spesso assente l’attenzione alla progettazione di sistema, all’espandibilità, all’integrazione. Argomenti trattati: - Smart Home, Smart Building, Smart Factory: una visione unitaria - Architetture e funzionalità dei sistemi di controllo per smart building - Integrazione, integrazione, integrazione - Cenni alle principali tecnologie esistenti sul mercato: caratteristiche e campi di applicazione - Arrivare ai sensori ed attuatori: controllo, monitoraggio, automazione, interoperabilità - Elaborare e comprendere i dati: aggregazione, filtraggio, elaborazione, ricerca, analisi - Interfacce utente: monitoraggio, controllo, alerting - Analisi di un dominio applicativo: monitoraggio consumi energetici

1. Politecnico di Torino
Dipartimento di Automatica e Informatica
e-Lite Research Group
http://elite.polito.it
Seminario organizzato da
Smart Buildings
Dal campo al modello, andata e ritorno
Fulvio Corno – fulvio.corno@polito.it

2. Sommario
 Conclusioni
 Happy hour
2 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

3. Conclusioni
 Smart Homes, Buildings, Factories
 La tecnologia è disponibile
 Sensori, attuatori, infrastrutture di comunicazione
 Domotica
 Bus di campo
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4. Pot-pourri di dispositivi
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5. Conclusioni
 Smart Homes, Buildings, Factories
 La tecnologia è disponibile
 Sensori, attuatori, infrastrutture di comunicazione
 Domotica
 Bus di campo
 Le applicazioni sono definite
 Monitoraggio energetico
 Sorveglianza, sicurezza
 Tele-controllo
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6. Pot-pourri di applicazioni
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7. Conclusioni
Tecnologie Applicazioni
disponibili definite
Problema
risolto
… o no?
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8. Sommario (quello vero)
 Definizione del problema
 Architettura proposta
 Esempi applicativi
 Q&A
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9. Punti di partenza
Applicazione • Sensori ambientali (temperatura, umidità,
CO2, inquinanti, illuminazione, vento, …)
• Sensori utente (presenza, movimento,
accessi, …)
• Misuratori energetici (energia e potenza
elettriche, consumi gas e acqua, …)
• Attuatori (relais, elettrovalvole,
motorizzazioni, segnalatori, …)
• Sistemi di automazione
• Tipologie di interconnessione
D D D D
Dispositivi
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10. Punti di partenza
• Cruscotti (osservazione, monitoraggio, …)
Applicazione • Dati storici (memorizzazione,
consolidamento, consultazione, …)
• Allarmi (anomalie, superamento soglie, …)
• Controllo remoto (comando attuatori,
dis/attivazione azioni, modifica set-point, …)
• Tendenze (analisi su dati storici, analisi su
dati in tempo reale)
• Elaborazioni in tempo reale (calcolo
grandezze derivate, sensori virtuali, …)
• Intelligenza ambientale (comfort,
risparmio energetico, applicazione scenari,
adattamento dinamico, …)
D D D D
• Integrazione con sistemi informativi
Dispositivi
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11. Chiudere il cerchio
Applicazione • Tecnologie dei sensori
• Protocolli di comunicazione
• Scala (locale, geografica)
• Numero di dispositivi
• Frequenze di campionamento
Infrastruttura • Sicurezza / autenticazione
• Tipologia dei dati
• Unidirezionale o bidirezionale
• Codifica dei dati
• Polling / Pushing
D D D D
Dispositivi
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12. Fai presto a dire «dispositivi»
Field bus Wireless
Powerline Computer-derived
RS-485
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13. Fai presto a dire «dispositivi»
Field bus Wireless
Nota 1: questo è solo un piccolo assaggio
dei protocolli attualmente in uso
Nota 2: senza contare tutte le soluzioni
Powerline più o meno «custom» Computer-derived
RS-485
Nota 3:   
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14. Nel frattempo, nel mondo reale, …
 Diversi fornitori  Diverse tecnologie nello
 Diversi sotto sistemi stesso sistema
 Diversi tempi di  Non progettate per inter-
installazione operare (anzi…)
 Legacy
 Diversi requisiti ed
D D D D
esigenze
D D D D
D D D D
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15. Nel frattempo, nel mondo reale, …
 Crescita delle esigenze  Diverse applicazioni nello
 Crescita delle stesso sistema fisico
opportunità  Condividere sensori, dati
 Sviluppo di nuovi tipi di ed attuazioni
interfacce
 Nuovi campi applicativi
 Integrazione di scala Applicazione
Applicazione
Applicazione
Applicazione
Applicazione
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16. 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
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17. E allora?
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
D D D D D D D D D D D D
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18. Una lingua franca
Applicazione Applicazione Applicazione Applicazione
Rappresentazione neutrale
D D D D D D D D D D D D
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19. 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 D
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20. Applicazioni consumano
dati e servizi
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 D
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21. Applicazioni controllano
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 D
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22. 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 D
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23. 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
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24. Semantic Modeling (DogOnt)
RDF
OWL
XML
XSD
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25. 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 D
Esempio: Dog 2.x • Tempi di sviluppo accettabili
• Indipendenti dall’applicazione
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26. Dog 2.x http://domoticdog.sourceforge.net
 Gateway Intelligente: Dog 2.x
 Open Source (Apache 2.0)
 Modulare (su framework OSGi)
 Multi-protocollo
 Basato su elaborazione semantica e DogOnt
 Adatto per hardware PC embedded
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27. 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
• 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
27 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

28. 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)
28 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

29. 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
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30. Esempi di applicazioni reali
JEERP SMILE-O Speak2Home Politecnico
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
API
• Monitoraggio
energetico
• L’energia come Funzionalità di base Scambio dati
asset
• Integrazione Rappresentazione neutrale
con ERP
• DogOnt + Driver di interfacciamento ai protocolli
Dog +
spChains
D D D D D D D D D D D D
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31. Jeerp (Proxima Centauri)
31 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

32. 32 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

33. Dettaglio architettura Jeerp
Oratio (ERP)
Administrative
staff
Time scale
CMDBuild (Asset
~ 1h
manager)
# Assets
~ 100
Energy Manager
Aggregate Measures
Alerts
by asset / asset group
Collector
Stream
Stream processing
Time scale processing
~ 1s
# Sensors
~ 1000 Dog Events
Dog2.1
historic
Field Data data
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34. Esempi di applicazioni reali
JEERP SMILE-O Speak2Home Politecnico
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
applicativo
API
• Sistema
Produttore
Funzionalità di base
(eolico) + Scambio dati
Consumatore
Rappresentazione neutrale
(stabilimento)
• Scambio dati
Driver di interfacciamento ai protocolli
sottosistemi
• DogOnt +
LinkedData
D D D D D D D D D D D D
34 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

35. Progetto SMILE-O
35 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

36. Esempi di applicazioni reali
JEERP SMILE-O Speak2Home Politecnico
Elaborazione real time Regole e scenari Servizio
• Controllo applicativo
• Monitoraggio
API avanzato
energetico
• Input in
• Detective
Funzionalità di base linguaggio Scambio dati
analysis
naturale
• Integrazione
(parlato,
Rappresentazione neutrale con sistemi
scritto)
esistenti
• Elaborazione
Driver di interfacciamento ai protocolli • Definizione
linguistica e
architettura a
invio comandi
livello di
• DogOnt +
building
D D D D D D D D Dog D D D D
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37. Credits
Idee, progettazione, sviluppi Progetti & Sponsor
 Dario Bonino, Ph.D.  CE FP6 ICT COGAIN
 Emiliano Castellina, Ph.D.  Polo ICT (STORIES,
 Luigi De Russis SMILE-O)
 Faisal Razzak  Proxima Centauri
 Eudata
 ISMB
 Progetto Lagrange
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38. Grazie!
Domande? Commenti?
38 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012

39. 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
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40. Licenza d’uso
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Commons “Attribuzione-Non commerciale-Condividi allo
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40 e-lite - Smart Buildings 20/04/2012