Descrizione del progetto

Il progetto verrà strutturato nei seguenti workpackage :

WP1 Infrastructural Model

Affronterà le problematiche relative all'integrazione tra il livello applicativo e di middleware del sistema complessivo e la programmazione di basso livello dei nodi sensore. A tal fine si propone la realizzazione di una innovativa infrastruttura software che, attraverso l'esportazione di una serie di interfacce di programmazione aderenti allo standard definito dal progetto, sia in grado di adattare il comportamento della rete a molteplici applicazioni. L'utilizzo di tale infrastruttura permetterà  quindi di avere una visione unitaria dei singoli elementi che costituiscono il sottosistema di sensori/attuatori. Finalità del WP1 sarà la definizione del modello tecnologico e infrastrutturale della rete di sensori. In particolare verranno affrontate attività di ricerca e sviluppo sperimentale inerente alla  definizione delle API esportate da ciascun nodo sensore e alla realizzazione delle stesse con riferimento ad alcune piattaforme prototipali. Si studierà l'integrazione di sensori di alto e basso livello (ad es. videocamere e termocamere) con i nodi wireless e verrà fornita la definizione del modello di meta-dati dei sensori.  L'approccio proposto in questa sede mira alla creazione di astrazione di concetti e comportamenti del nodo, del sistema di gestione della rete, di disseminazione delle query o comandi e di raccolta dei dati utilizzando specifiche tecniche di programmazione delle WSN.

WP2 Sensor Node Plug-in System

Finalità del WP2 sarà la progettazione ed implementazione del SNPS ossia del middleware per il plugin della rete di sensori alla piattaforma servizi.  Il middleware che si intende realizzare fornirà alla piattaforma SNS servizi di base per la gestione di ambienti domestici e civili pervasi da sensori. Il sottosistema SNPS ha il compito di realizzare uno strato di virtualizzazione dell'ambiente sensoristico, dando vita ad un livello di astrazione che nasconde le specifiche tecniche dei sensori impiegati e rende possibile quindi una gestione uniforme di tali specificità. Sullo strato virtuale verranno poi progettati e implementati componenti che forniranno le seguenti funzionalità: sensor discovery (per la ricerca e la scoperta di sensori collocati nell'ambiente di riferimento), event management (per la creazione e la gestione di eventi provenienti dall'ambiente), monitoring e logging (per la raccolta dello storico dei dati provenienti prodotti dai sensori e il monitoraggio complessivo dell'ambiente) La prima fase del WP sarà dedicata alla raccolta, analisi e specifica dei requisiti che il middleware SNPS dovrà soddisfare. Sarà inoltre effettuata una accurata analisi dello stato dell'arte al fine di individuare, da un lato eventuali componenti e/o specifiche che possono essere riutilizzate nell'ambito del progetto, dall'altro problematiche che necessitano di ulteriori attività di studio e ricerca per essere adeguatamente risolte. La successiva fase di progettazione permetterà di definire il modello architetturale del SNPS, nonché i punti di interazione con gli altri sottosistemi del  progetto. In tale fase saranno portate avanti le attività di ricerca necessarie per definire ed affrontare le problematiche relative allo strato di virtualizzazione dei sensori, alla aggregazione e fusione di informazioni da essi provenienti, al discovery dei sensori ed alla gestione degli eventi. Infine verrà affrontato lo sviluppo di un prototipo del sistema, pronto ad essere integrato con gli altri sottosistemi previsti nel progetto.

WP3: SNS Platform

Obiettivo del WP3 è la definizione, progettazione e implementazione della piattaforma a servizi fruibili attraverso l'istallazione nell'ambiente del sensor node. Come descritto in precedenza la struttura della piattaforma Sensori si articola in tre macro blocchi:  

  • un layer sensoristico, comprendente Sensor Node plug-in system assieme ai sensori, che fornisce informazioni provenienti dal monitoraggio degli ambienti e dal rilevamento dei profili e preferenze degli utenti
  • un layer di interfacciamento con gli stakeholder per la gestione dei servizi costituito da Service MashUp e Service Design e publication
  • il Service Layer, costituito dalla SNS Platform, per il processamento dei dati e delle informazioni provenienti dal layer sensoristico e la generazione di servizi a valore aggiunto per gli stakeholder utilizzatori.  

La piattaforma SNS implementerà servizi di base , legati alle funzionalità base dei sensori, e servizi avanzati legati alla gestione ed analisi dei dati dei sensori di base. Questi ultimi dovranno essere in grado di: gestire le informazioni, effettuare analisi comparative, generare raccomandazioni utili anche come stimolo per altri servizi e  infine supportare le differenti politiche di ottimizzazione. Più in particolare i servizi avanzati supporteranno l'analisi dei dati storici di monitoraggio, footprint di utilizzo dei diversi user e pattern di utilizzo.  Una terza tipologia di servizi, i servizi estesi , saranno implementati per la gestione delle politiche di ottimizzazione, sia a livello locale che a livello intra-piattaforma. Gli stakeholder impegnati nell'utilizzo e nella creazione di servizi estesi utilizzeranno sia di servizi di base che di servizi avanzati. La SNS Platform sarà sviluppata come base quindi, per fornire i servizi sopra descritti, di base e avanzati, e per consentire l'ulteriore realizzazione di servizi estesi.  
La piattaforma, alla luce dell'elevata variabilità dei servizi a disposizione, dovrà fornire meccanismi di adattività in grado di far fronte a possibili situazioni di errore del sistema.Si studieranno meccanismi di adattamento al contesto che consentano una fruizione e composizione ottimale dei servizi legati al consumo e alla produzione di energia negli edifici. Le attività verteranno sulla definizione architetturale e funzionale dei servizi che integrati comporranno la piattaforma a servizi.
La piattaforma costituirà, in ultima analisi, un ecosistema per l'integrazione e la gestione di sensor network,da un lato, e la coesistenza ed interazione sinergica dei servizi avanzati ed estesi. I diversi stakeholder potranno utilizzare tali servizi, così come i servizi di base, come servizi finali o come elementi costituenti di servizi estesi a supporto di nuove modalità di business che emergeranno nel tempo.

WP4 Service Modeling and Governance

Il WP4 fornirà una base metodologica, modelli e strumenti di supporto alla progettazione e alla gestione ad alto livello di un sistema di ambient intelligence per ambienti civili e industriali. Gli strumenti di monitoraggio e di controllo dei dispositivi verranno rappresentati nel sistema di governance come servizi ad alto livello che potranno essere utilizzati in varie configurazioni, La progettazione del sistema sarà basata su un concetto ampio di adattività al contesto, all'interno del quale si collocheranno sia i requisiti degli utenti che le condizioni ambientali di utilizzo. Si studieranno meccanismi di governance complessiva del sistema, per cui nella progettazione si terrà conto delle esigenze degli utenti, ma anche della necessità di gestire il complesso sistema delle reti di sensori sottostanti al variare delle condizioni di utilizzo o in presenza di particolari condizioni di funzionamento. In particolare ci si focalizzerà su obiettivi globali di risparmio energetico e di gestione sinergica delle risorse disponibili per l'ottimizzazione del funzionamento globale. GliGli obiettivi del sistema di governance saranno quelli di supportare la progettazione di una configurazione dei servizi che ottimizzi le diverse esigenze degli utilizzatori dell'edificio, ma sia anche in grado di fornire informazioni a livello aggregato alla/e comunità di utenti che interagiscono con il sistema, come ai fornitori di servizi esterni (ad esempio energia elettrica), con lo scopo principale per di  guidare il governo complessivo del sistema.
Il paradigma di interazione che sarà sviluppato sarà basato su una tassonomia per la descrizione dei servizi, basata sui concetti di evento, azione e configurabilità del servizio, che verrà sviluppata nell'Att. 4.3.
Il modello di descrizione del contesto del sistema sarà sviluppato nell'Att. 4.2 e consentirà di descrivere il contesto come condizioni che portano a diverse esigenze di funzionamento del sistema complessivo, a fronte di obiettivi globali del sistema di governo dell'(o degli) edifici.
Nell'Att. 4.1, si studierà principalmente l'interazione tra la fase di progettazione e la fase di run time del sistema. Nella progettazione saranno studiate configurazioni del sistema ottimizzate per diverse esigenze degli utenti in diversi contesti di utilizzo. Verrà progettata anche l'adattività del sistema rispetto alle variazioni di condizioni e agli eventi che possono verificarsi nel corso del funzionamento. Saranno anche studiati i meccanismi che consentono di regolare il funzionamento del sistema a run time, basati su contratti che verranno stipulati con i servizi che compongono il sistema, con particolare riferimento alla qualità del servizio e a indicatori sul consumo energetico.

WP5: Environment Governance

Obiettivo del WP5 è la definizione, progettazione ed implementazione di servizi per la governance dell'ambiente, intesa come monitoraggio ambientale, analisi dei dati raccolti ed infine azione per la modifica dello stato dell'ambiente stesso. Tale libreria di servizi non è intesa per essere direttamente utilizzabile dall'utente finale, quanto piuttosto per fornire una specializzazione dei servizi di base dell'architettura complessiva,  già definiti nel contesto dei WP precedenti, al particolare contesto applicativo del monitoraggio e controllo ambientale; ulteriori specializzazioni dei servizi di environment governance per l'implementazione delle funzionalità necessarie in due specifici scenari di utilizzo verranno descritte nel seguito del documento di progetto.
L'utilizzo della libreria di servizi consentirà l'implementazione di strategie di controllo per la modifica dello stato dell'ambiente in modo da rispettare vincoli espressi sotto forma di preferenze dell'utente, o di ulteriori requisiti, ad esempio energetici; il problema che qui si vuole affrontare è quindi quello di fornire un'infrastruttura di base comprendente tecniche avanzate di analisi di dati sensoriali che consentano l'implementazione di strategie di controllo intelligente degli attuatori.
In questo contesto, le soluzioni proposte nella letteratura scientifica mirano ad ottenere una rappresentazione interna dell'ambiente fisico nel quale il sistema stesso è immerso ed opera tramite la misurazione di determinati parametri fisici al fine di poter attuare una serie di azioni finalizzate a renderlo il più confortevole possibile in conformità con le scelte e le necessità dell'utente.
Sebbene siano ormai ben documentate numerose tecniche di intelligenza artificiale che affrontano il problema del ragionamento e della pianificazione, in un contesto realistico l'enorme quantità di dati che verrebbe rilevata dall'apparato sensoriale comporterebbe seri problemi in termini di efficienza computazionale e temporale; in altre parole, il problema deriva dal fatto che non è conveniente operare sui dati grezzi, ma si dovrebbe preliminarmente estrarre da questi il contenuto informativo rilevante.
L'approccio proposto nel presente WP consiste quindi nell'affrontare il problema della rappresentazione della conoscenza necessaria ai servizi di environment governance secondo diversi livelli di astrazione; si ipotizzano in particolare tre livelli di rappresentazione della conoscenza: subsimbolico, concettuale e simbolico:

  • il livello sub-simbolico è il più basso e legato alle misure fisiche.
  • il livello concettuale estrae informazioni di livello più alto e simili ai "concetti" umani.  
  • il livello simbolico, dove le informazioni concettuali vengono elaborate per inferire nuove informazioni ottenendo una descrizione concisa dell'ambiente.

Tale divisione vuole enfatizzare il modello "piramidale" di astrazione tipico del modo di pensare umano, in cui si ottiene una rappresentazione di alto livello a partire da dati puramente sensoriali, consentendo quindi di utilizzare operazioni di più alto livello sulle informazioni a disposizione.  
Il presente WP usufruisce dei servizi definiti ai livelli inferiori dell'architettura del presente progetto per ottenere le necessarie misure dall'ambiente e si concentra sul problema di scegliere le azioni necessarie al miglioramento della qualità dello stesso.
In tale strutturazione a livelli si possono identificare quattro principali componenti:

  • una componente sensoriale, rappresentata dal middleware realizzato nel WP2 che fornirà i dati al livello sub-simbolico;
  • na componente di interpretazione, che rappresenta le parti del "cervello" del sistema, implementata riproducendo l'architettura di estrazione della conoscenza multi-strato propria del cervello umano (implementata in questo WP);
  • una componente di pianificazione che completa il nostro "cervello artificiale" e che utilizza la conoscenza estratta per pianificare le azioni necessarie al fine di modificare le condizioni ambientali sino al raggiungimento di uno stato ambientale desiderato (implementata in questo WP);
  • una componente di attuazione, che traduce l'inferenza di alto livello del sistema intelligente in azioni che possono modificare l'ambiente fisico. I comandi per la realizzazione di tali azioni saranno inviati dal motore di pianificazione qui presentato al middleware realizzato nel WP2 tramite gli appositi moduli ddella piattaforma SNS ed infine propagate attraverso la rete di sensori ed attuatori sottostante e definita nel WP1.

Le componenti appena evidenziate non sono specifiche per una determinata applicazione, ma sono intese piuttosto per fornire gli strumenti di base per l'implementazione di servizi ad hoc per scenari operativi più specializzati, che possano comunque beneficiare della visione "a livelli" per la gestione dell'informazione.

WP6: Mash-up System

Obiettivo del WP6 è la definizione del modulo interazione utente-sistema SNS. Come descritto all'interno della sezione WP3, la SNS Platform opererà da base per l'interazione con gli stakeholder. I servizi avanzati implementati sopra la SNS Platform costituiranno i servizi a supporto del mash-up e dei recommender.
Nell'accezione generale mash-up è inteso come capacità di applicazione web di includere dinamicamente informazioni o contenuti provenienti da più fonti.  All'interno della Piattaforma SENSORI verranno studiate le modalità più opportune sia per la fornitura di servizi per il mash- up sia per l'integrazione  di servizi, di terze parti.   
I Risultati attesi dalle attività previste sono dei documenti di analisi e progettazione e la relativa attività di sviluppo per l'applicazione delle tecnologie di mashup nell'ambito di servizi collegati alle utenze , ai fattori energetici e ai relativi consumi. Oltre all'implementazione di tecniche di
 sicurezza per la gestione dei servizi dell'architettura di alto livello, verranno progettate anche tecniche per la sicurezza al livello inferiore.

WP7: Prototipation and Test Suite

Obiettivo del WP7 è quello di gestire la realizzazione del prototipo integrato della piattaforma e di tutte le attività di test e validazione. Nello specifico saranno definiti gli scenari per la realizzazione e validazione del prototipo nel settore dell'ambient intelligence, saranno definiti gli ambienti, informativi, tecnologici e di simulazione , per la validazione del prototipo.  
Saranno integrati i prototipi realizzati all'interno dei vari WP a costituire i prototipi dell'intera piattaforma. Sono previsti un prototipo preliminare a mese 24, ed un prototipo finale a fine progetto, mese 36.  
All'interno del WP7 è inoltre inclusa un'attività deputata alla definizione dei piani di gestione, al monitoraggio di eventuali scostamenti ed alla messa in opera delle azioni contenitive opportune.

 

Il programma

 

NOME PROGRAMMA

SENSORI – SENSOR NODE AS A SERVICE FOR HOME AND BUILDINGS ENERGY SAVING

IMPRESA REFERENTE

ENGINEERING INGEGNERIA INFORMATICA S.P.A.

AREA OBIETTIVO

A - RINNOVO E CAPITALIZZAZIONE DELLE COMPETENZE DISTINTIVE

SOTTOAREA

A4 - TECNOLOGIE E SOLUZIONI IMPIANTISTICHE PER GLI  AMBIENTI  CIVILI ED INDUSTRIALI

 

 

SeNSori

è un progetto co-finanziato dal

Ministero dello Sviluppo Economico

nell'ambito del Bando Industria 2015

PII "Nuove Tecnologie per il Made In Italy"

D.M. del 10 Luglio 2008

e finanziato a valere sul

PON R&C 2007/2013 Asse 1 Azione 1

Progetti di innovazione Industriale ed interventi collegati