Wirepas-projektin tulokset ja WSN openapi -rajapintakehitys Marko Hännikäinen, Professori, TTY

Transkriptio

1 HYÖTY SENSORIVERKOISTA Hotelli Pasila, Helsinki Wirepas-projektin tulokset ja WSN openapi -rajapintakehitys Marko Hännikäinen, Professori, TTY 1

2 Sisältö Wirepas projekti TUTWSN teknologia Piloteista WSN openapi Toimintamalli Johtopäätökset 2

3 DACI Research Group Department on Computer Systems Prof. Marko Hännikäinen, Prof. Timo D. Hämäläinen 12 years experience on WLAN and WSN research 18 research projects with 200+ person years About 30 employed researchers annually on average Outcome publications, 12 PhD theses, 60+ MSc theses 10+ patents and patent applications 2 spin-off companies 3

4 Wirepas-projekti Teknologian soveltuvuutta ja hyödynnettävyyttä osana nykyisiä ja uusia tuotealueita ja prosesseja Teknisiä rajapintoja ja menetelmiä joilla WSN liitetään ja integroidaan sujuvasti ja taloudellisesti osaksi muita järjestelmiä Arvoverkostoja ja liiketoimintamahdollisuuksia WSN-verkkojen hyödyntämiseksi 4

5 TUTWSN-teknologia 5

6 TUTWSN-verkko TTY:n TUTWSN-mittausverkko Dynaaminen mesh-verkko automaattinen toiminta Pieni energiankulutus Luotettavuus erilaisissa ympäristöissä Päästä päähän toteutus 2,4 GHz ja 433 MHz taajuusalueet Lämpötila, ilmankosteus, valoisuus, CO2, liiketunnistus, kosketus, kiintyvyys, ovikytkin, melu/äänenpaine, maakosteus, sähkönkulutus, paikannus, ilmamäärä, hälytyspainike, mahdollisuus ohjaukselle Node Node Node Node Node Node Gate way 6

7 TUTWSN (2.4 GHz), wireless sensor/router node and gateway node Auxliary sensors 7 Battery powered Ethernet DC power Memory card (microsd)

8 Online java + web + sms applications 8

9 Piloteista 9

10 TUTWSN-sovellusarkkitehtuuri TUTWSN: mittaus, ohjaus paikannus Ympäristömittaukset Henkilöpaikannus TUTWSN sovellukset Palveluntarjoajat Loppukäyttäjät Integraattorit Asiakkaan taustajärjestelmät Palveluintegrointi (esim. Google) Kotiverkko INTERNET (intranet, mobiili) SQL/ DB DB Java Messaging Service JMS XML TCP XML (SOAP, SIP) OPC RMI SIP TCP/IP sockets 10 Gateway Tehdasmittaukset Kiinteistömittaukset Kuljetusten monitorointi, logistiikka Hallinta- ja mitoitustyökalut TUTWSN Gateway Software Rajapintastandardit sovelluksille ja taustajärjestelmiin

11 11 Pilotti Pilotin aihe Alkoi Nodeja (n.) Elisa, FutureLabs Kiinteistömittaukset Metso, Voikkaa Solvay Tehdasalueen mittaukset ja 03/ Chemicals jätevesilinjan valvonta Avack, Kainuun keskussairaala Sairaalan henkilöturvajärjestelmä ja henkilöpaikannus Kemi-Tornion Kiinteistömittaukset ja tilojen ammattikorkeakoulu käyttöaste TTY/Kotiverkko Asuinkiinteistön mittaus- ja valvontaverkko TTY/Ympäristömittaukset Maatalous- ja ympäristömittaukset ulkona TTY/Opetusverkko Opetuskäyttö, kiinteistömittaukset Kainuun maakunta Työolosuhdemittaukset kuntayhtymä Lepolan Puutarha Oy Kasvihuoneen ilmaston mittaukset KPO/Ebsolut Kuljetusten valvonta Poliisiammatti-korkeakoulu Henkilöpaikannus harjoitustilanteessa Fatman Oy Tilapäiset kiinteistömittaukset TTY/Maatalous Mittausverkon pilotointi karjatilalla

12 12

13 13

14 14

15 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 Elisa Teknologiapäällikkö Jari Peuralahti Frends Tohtori Juha Nurmilaakso Futurice Olli Mahlamäki Tampereen Teknillinen Yliopisto Mika Vuori Olli Kivelä Markus Rentto Prof. Marko Hännikäinen wsn openapi 24

25 openapi Yhteinäistetään WSNrajapintoja sekä hallintaa WSN käyttöönotto, käyttö, ylläpito Käyttötapaukset esimerkkeinä eri hyödyntäjille Suunnitellaan yleiskäyttöisiksi WSN toteutusteknologiasta Yleiskäyttöisiä komponentteja Referenssitoteutuksia eri teknologioiden käyttöönottoon (kesken) 25

26 26

27 27 Dokumentin nimi Openapi Introduction WSN Management Format (WMF) Meta-Data Format (MEDF) Sensor Information Data Format (SIDF) Sensor Archive Data Format (SADF) Node Actuator and Sensor Control (NASC) Sensor Data Communication (SDC) Using SIMPLE WSN openapi White Paper Tyyppi Dokumentti, joka kuvaa suunnitellun yleisen rakenteen. Dokumentti, joka kuvaa rajapinnan, jonka yli voidaan hallita Gateway:n yhteyksiä muihin järjestelmiin, asettamaan mitä sensoriverkko mittaa, asettamaan hälytysrajoja, kysymään verkon ja yhteyksien tilaa sekä loogista rakennetta. Dokumentti, joka kuvaa tavan (datalehti), jolla esitetään mistä mittausnode koostuu, mihin se pystyy ja mitä tietoa se lähettää. Dokumentti kuvaa myös tavan datalehden pyytämiseen Dokumentti, joka kuvaa mittaustiedon esittämisen tapahtumapohjaisesti XML- ja CSV-formaatteina. Dokumentti, joka kuvaa mittaustiedon esittämisen ja pyytämisen XML- ja CSV-formaatteina. Dokumentti, joka kuvaa komentojen lähettämisen nodelle XML- ja CSV-formaatteina. Dokumentti, joka kuvaa mittaustiedon tai vastaavan datapaketin siirtoa hyödyntäen SIP:n pikaviesti metodia SIMPLE määrityksien mukaan. Whitepaper- yleiskuvaus rajapintamäärittelyistä.

28 Toimintamalli 28

29 Tärkeimmät WSN-standardit 29

30 Tarve? Ratkaisu - Kokonaisvaltaiset pilotit - Käyttökelpoiset rajapinnat 30

31 31 Tomi Suominen arvio, että lämpötilan ja ilmankosteuden optimaalisella hallinnalla voidaan saavuttaa maksimissaan jopa 10% parannus satoon. (Lepolan Puutarha Oy)

32 Johtopäätöksiä 32

33 Teknologian kehitys 33 Range (and mobility) 10 km 1 km 100 m 10 m 1 m 10 cm 1 cm RTLS Active RFID RFID 1 B/min (0.1mW) Cellular WSN 1 kbit/s (1mW) 3G 10 kbit/s (10 mw) WPAN WMAN Satellite WLAN 1 Mbit/s 100 mw UWB WiMax 100 Mbit/s 1 W n Data rates (and energy)

34 Teknologia: Diagnostiikka ja verkonhallinta 34

35 WSN performance analyzer toolset Robustness Functions (node) 5 Autonomy (node) Installation (system) 4 Field configuration (node) 3 Installation (node) Lifetime (node) Security (node) Density of nodes (system) Price (node) Range (node) Size (node) Max number of nodes (system) Mobility (node) Sampling interval (node) Passive RFID WSN 35

36 Sovellukset: Yhteisöt? 36

37 Pilottimalli: teknologiasta sovelluksiin Sovellustarpeen määrittely Sovelluksen feasibilityanalyysi (teknologiat ja sovellus tarve) Sovelluksen nopea pilotointi Sovelluskehitys ja integrointi Sovelluspilotti ja käyttökokemukset Tuotteen ja palvelun viimeistely Service providers (services using sensor services) Sensor service providers System integrators Sensor network products Nodes and modules Components 37

38 Yhteenveto haasteet ratkaisut Tekniikka Yhden pisteen optimointeja Ei vakiintuneita rajapintoja ja työkaluja De-facto standardin puuttuminen - ja luja usko siihen Sovellukset killer-sovelluksen puuttuminen - ja luja usko siihen ( enabloiva teknologia ) Yksittäinen helppo mittaustieto on halpa ( hyvä idea jos joku maksaa ) Tekniikka Kokonaisuuden hallinta WSN kootaan komponenteista ei yhdestä isosta standardista (standards, custom, proprietary) Sovellukset Piloteilla uusia sovellusalueita ja liiketoimintamalleja Vaikeat ympäristöt ja yksinkertaiset sovellukset ensin Internet of things vaatii myös uutta teknologiaa (koko, energia, tarkkuus) 38