RIWA Luotettava ja reaaliaikainen langaton automaatio

Transkriptio

1 RIWA Luotettava ja reaaliaikainen langaton automaatio Coordinator Agents System Manager Plant Network Mikael Björkbom Wireless Sensor Systems Aalto University Plant Low Power WPAN Management Gateway Internet Remote Client Remote Manager User

2 RIWA Luotettava ja reaaliaikainen langaton automaatio Reliable and Real-time Wireless Automation 800 k, 6/ /2013 Osapuolet Aalto-yliopisto Automaatio- ja systeemitekniikan laitos Tietoliikenne ja tietoverkkotekniikan laitos Vaasan Yliopisto Teknologian tutkimuskeskus, VTT Oulu 6 yritystä Yhteystiedot riku.jantti@aalto.fi Tänään: päätulokset ja julkaistavat työkalut 2

3 Miksi RIWA? Uusia langattomia ratkaisuja ja palveluja Uutta liiketoimintaa uusilla langattomilla sovelluksilla 5 teollisuuspilottia: langaton monitorointi ja diagnostiikka, langaton säätö, langattomia työkoneita Yleinen tarve langattomille ratkaisuille Rautariippumaton sovelluskehitys Suunnittelu/debuggaustyökaluja Hardware Protokollapino Teollisuus/Tutkimuskäyttöön 3

4 Langattomat ratkaisut automaatiossa 4

5 Työkalut teollisuuden käyttöön Tulokset

6 Yhteenveto proot anturinode* Geneerinen, joustava langaton noodi (hardware piirikaavio)* Rautariippumaton sovelluskehitys (hardware API)* Driverit ja middleware* Contiki käyttöjärjestelmä portattu* CANopen implementaatio* Energiankulutus ja energian harvestointimahdollisuudet A 2 Time Synchronized Protocol (A2TSP)* TDMA MAC protokolla luotettavaan ja deterministiselle tiedonsiirrolle WirelessHART-tyyppinen, mutta nopeampi ja kevyempi TimeSYNC* Alustariippumaton aikasynkronointiprotokolla Wireless Evaluation Tool* Simulointi- ja Debuggaus-työkalu PiccSIM TrueTime* Kaksi langattomien säätöjärjestelmien simulointiohjelmistoa yhdistetty Testausautomaatio Tietoliikenneongelmien selvittely Algoritmi langattoman yhteyden katkeamisen havainnointiin ennen kuin katkeaa *Open-source 6

7 proot Node Geneerinen, laajennettava, pinottava, langaton anturisolmu Erilliset microcontrollerit Langaton kommunikointi Sovellukselle Luonnollinen tuki lisäprosessoreille Kaksi itsenäistä virransyöttöä Lithium Polymer Battery Toinen patteri, Aurinkokenno Riittävästi liittimiä Sopivan suuruinen (4,5 x 4,5 cm) 7

8 proot Node, Pinottava 8

9 Main Module RFC CC2431 from TI Wireless Transceiver IEEE MAC hardware support, AES processor, integrated positioning engine 8051 based, 8-bit processor, 16 MHz or 32 MHz operation, 128kB on-chip Flash, 8kB SRAM 21 GPIO Pins, 2 USARTs, 8 Channel 10 bit Sigma- Delta ADC, 4 Timers, Sleep Timer 3 Power Modes MC LPC2378 from NXP Main Processor of the Node ARM7TDMI-S Pipelined processor, 32Bits up to 72MHz, 512kB on-chip Flash, 32kB SRAM on ARM local bus, EMC interface ( bit) Ethernet MAC, USB 2.0 Full Speed, SD/MMC memory card interface, 4 UART, 2 SSP (SPI), 3 I2C, 10 bit Sigma-Delta ADC, 4 Timer/Counters with 8 capture inputs / 10 compare outputs, etc. Integrated PLL, 2 Independent power domains, 3 Power Modes Debugged Through Development Board Form Factor: 45.6 x 45.6 mm 9

10 Latest revision Debug Conn. Interface Logic Main processor (NXP-LPC2378) Stack Connector 1 80 circuits Stack Connector 2 80 circuits Wireless processor (TI-CC2431) LEDs 45.6mm Antenna 45.6mm 10

11 Wireless Evaluation Tools Ominaisuudet Perustuu alustan ja käyttöjärjestelmän abstraktioon Jos alusta tukee abstraktion, ei tarvitse erikseen portata Riippumaton node simulaattori Heterogeenisia nodeja tuettu Oikeita, simuloituja Voidaan käyttää Simulaatioon System/hardware-in-the-loop Debuggaus (single-step) Tilan visualisointi Yksiköt Simulaattorin hallinta Node simulaattorit Verkkonäkymä Loggaus, kaikilla tasoilla Muita järjestelmän hallintatyökaluja 11

12 Some screenshots 12

13 The Hybrid Use of WSN and CAN CANopen implementation with CanFestival CANopen stack Open source Systematic testing First device profile information CiA 401 Tested with CANopen conformance test tool Tested basic communication (SDO, PDO), CANopen object dictionary entry tests WSN Two rounds of laboratory tests, then implementation to pilot application CANopen 13

14 Testing and self-diagnostics in wireless sensor networks (VTT) Software Defined Radio Rx Application Testing software Protocol stack Self-diagnostic system for wireless sensor networks: Network monitoring Network management Radio interferences identification Communication problem solving 1. Data packet 2. No ACK/ Timeout Tx Application Testing software Protocol stack Platform (HW) 6. Activate testing tools 5. Activate triggered testing functions Gateway Platform (HW) 3. Alarm notification 4. Trigger test sequence 7. Report testing results Network controller 14

15 Testing and self-diagnostics in wireless sensor networks (VTT) Systematic testing procedure Test cases, testing tools Network monitoring (embedded) Communication link quality, node s health parameteres Network management (embedded) Decision making, changing network transmission configurations Data visualization Radio interference identification (SDR) Spectrum sensing (active signal interferences) Analysis of statistical properties of the received signal (passive signal interferences) Communication problem solving (embedded) Transmission parameteres adaption to network performance Connection monitoring (Aalto) Detects link loss before it is happening Can switch to other link before communcation breaks 15

16 Testing and self-diagnostics in wireless sensor networks (VTT) Industry environment measurements Active radio interferences identification Figure 1 Spectrogram of the signal captured in the industrial area Figure 2 Radio interferences identification, performed using image analysis techniques 16 Figure Ubicom 1. tulosseminaari, RIWA-tulokset Figure 2.

17 Tulevaisuus Mahdollinen proot noodiin perustuva spin-off Open-source työkalut teollisuuden hyödynnettäväksi Yhteystiedot