Mul$-protocol gateway and interface for transparent data - - PowerPoint PPT Presentation

Mul$-­‑protocol ¡gateway ¡and ¡ interface ¡for ¡transparent ¡data ¡ access ¡for ¡AAL ¡applica$ons ¡

By: ¡

Ye-­‑Qiong ¡Song ¡and ¡Mou$e ¡Chehaider ¡

¡ LORIA ¡and ¡Université ¡de ¡Lorraine ¡– ¡MADYNES ¡Team ¡ ¡

Workshop ¡PAL2012, ¡Nancy, ¡Nov. ¡19-­‑20, ¡2012 ¡

1 ¡

Context ¡and ¡problems: ¡ ¡ low ¡cost ¡smart ¡home ¡system ¡for ¡elderly ¡

2 ¡

Wifi ¡ Bluetooth ¡ WSN/ZigBee ¡ KNX ¡

The ¡fact: ¡

• ­‑

Home ¡automaPon ¡ sensors/actuators ¡(KNX) ¡

• ­‑

Biomedical ¡sensors ¡(BT) ¡

• ­‑

Other ¡emerging ¡sensors ¡ (e.g. ¡Zigbee) ¡

• ­‑

Robots ¡(with ¡WiFi) ¡ Single ¡technology ¡does ¡not ¡ encompass ¡all ¡the ¡AAL ¡needs ¡ Using ¡heterogeneous ¡sensors ¡ greatly ¡saves ¡the ¡cost. ¡ Challenge ¡1: ¡interoperability ¡ In ¡line ¡with ¡CONTINUA ¡

3 ¡

• ­‑ ¡Wireless ¡soluPon ¡reduces ¡cabling ¡

cost ¡

• ­‑ ¡WSN ¡technology ¡is ¡promising ¡

Challenge ¡2: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Energy ¡vs. ¡communica$on ¡QoS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Hot ¡topic ¡in ¡WSN ¡research ¡

LORIA ¡smart ¡apartment ¡for ¡concept ¡and ¡ technology ¡validaPon ¡(Madynes ¡and ¡Maia ¡Teams)

¡

4 ¡

5 ¡

gateway/ ¡ Server ¡

Wifi ¡ Bluetooth ¡ ZigBee ¡ KNX ¡

AcPmetry ¡

Ethernet ¡ KNX ¡ ConfiguraPon ¡ Request/Read ¡

ApplicaPons ¡(e.g. ¡acPmetry) ¡

Wifi ¡ Bluetooth ¡ ZigBee ¡

¡MulP-­‑sensors ¡ Fusion ¡

Request/Read ¡ BD ¡ Data ¡collecPon ¡ Protocol ¡abstracPon ¡ ¡ (KNX ¡– ¡ZigBee ¡– ¡Bluetooth ¡– ¡Wifi ¡– ¡ Ethernet) ¡ ConfiguraPon ¡interface ¡ User ¡interface ¡ AbstracPon ¡ Data ¡ processing ¡ Query ¡manager ¡

Architecture ¡of ¡MPIGate: ¡ ¡ MulP ¡Protocol ¡Interface ¡and ¡Gateway ¡ ¡

for ¡Tele-­‑homecare, ¡Environment ¡Monitoring ¡and ¡ Control ¡

6 ¡

MPIGate at http://mpigate.loria.fr

AcPmetry ¡using ¡heterogeneous ¡ sensor ¡data ¡

7 ¡

Example ¡of ¡database ¡access ¡and ¡connexion ¡to ¡Google ¡Agenda ¡

8 ¡

MPIGate ¡– ¡AbstracPon ¡level ¡

• Three ¡opPons ¡have ¡been ¡implemented ¡at ¡the ¡abstracPon ¡level ¡
• A ¡light-­‑weight ¡ad ¡hoc ¡soluPon ¡using ¡SQL-­‑request ¡and ¡hep ¡command ¡
• A ¡DDS ¡(Data ¡DistribuPon ¡Service ¡of ¡OMG) ¡middleware-­‑based ¡soluPon ¡

for ¡handling ¡the ¡QoS, ¡above ¡publisher-­‑subscriber ¡model ¡

• A ¡ROS ¡(Robot ¡OperaPng ¡System) ¡middleware-­‑based ¡soluPon ¡for ¡easing ¡

the ¡interacPon ¡with ¡robots, ¡also ¡above ¡publisher-­‑subscriber ¡model ¡

MPIGate ¡architecture ¡using ¡ROS ¡

9 ¡

Sensors ¡ Actuators ¡ Drivers: ¡ ¡ ¡Module ¡de ¡communicaPon ¡des ¡différents ¡protocoles ¡ Real-­‑Pme ¡data ¡distribuPon ¡ Communica;on ¡ protocols ¡ KNX ¡ WPAN ¡ Bluetooth ¡ WIFI ¡ Ethernet ¡

CAP ¡ ACT ¡ CAP ¡ CAP ¡ CAM ¡ ROBOT ¡ CAP ¡

Request: ¡sensor ¡query/ ¡ Command: ¡to ¡actuators ¡ ROS ¡ Master ¡ Database ¡: ¡ Historics ¡/ ¡Log ¡ ROS ¡Bridge ¡ API ¡[C++, ¡JAVA] ¡ ROS ¡Shell ¡ Interfaces ¡: ¡ConfiguraPon ¡/ ¡ UPlisaPon ¡/ ¡Service ¡state ¡ Applica$ons ¡ WEB ¡[JavaScript, ¡WebSockets] ¡ DiaSuite ¡[Java] ¡ Other ¡processing ¡[C++] ¡

Drivers ¡ ROS ¡Middleware ¡ Abstrac$on ¡of ¡data ¡ Applica$on ¡

M ¡P ¡I ¡G ¡A ¡T ¡E ¡

Users ¡

10 ¡

Data distribution models with ROS

Publisher ¡ Node ¡Zigbee: ¡

• Driver ¡ZigBee ¡ ¡
• [C] ¡in ¡Linux ¡ ¡

Node ¡Zigbee’’ ¡

• ApplicaPon ¡DiaSuite ¡
• [Java] ¡in ¡Linux ¡
• [JavaScript] ¡websocket ¡

Topic ¡« ¡Z ¡» ¡ ¡ Node ¡Zigbee’ ¡

• ApplicaPon ¡SQL ¡
• [C] ¡in ¡Linux ¡

LAN ¡of ¡the ¡apartment ¡

Subscriber ¡ Subscriber ¡

Topic ¡« ¡Z ¡» ¡ ¡ Topic ¡« ¡Z ¡» ¡ ¡ Topic ¡« ¡Z ¡» ¡ ¡

¡ ROS ¡MASTER ¡

¡

/Nodes ¡ /Services ¡ /Topics ¡ /MSG ¡ /SRV ¡

Frame ¡1 ¡ Frame ¡2 ¡ Frame ¡3 ¡ Frame ¡4 ¡ Frame ¡1 ¡ Frame ¡3 ¡ Frame ¡2 ¡

Service ¡registraPon, ¡ nodes ¡… ¡ ¡ Transmission ¡of ¡data ¡

Client/server ¡(using ¡RPC) ¡ Publishers/subscribers ¡(TCP ¡push) ¡

MPIGate ¡-­‑ ¡API ¡

11 ¡

Concept of SCC [Pheonix team, INRIA Bordeaux]

Environment ¡ Sensor: ¡ZigBee ¡node ¡ Ac$on: ¡Node ¡KNX ¡ Regula$on ¡ Compute ¡intensity ¡ Sensor ¡data ¡

ZigBee ¡sensor: ¡ Luminosity ¡ Home ¡automa;on ¡actuator: ¡ Light ¡variator ¡

DiaSuite ¡

v Paradigm ¡Sense/Compute/Control ¡ ¡ § ConcepPon: ¡DiaSpec ¡(Language ¡of ¡specificaPon) ¡ § ImplementaPon: ¡DiaSuite ¡(Framework ¡of ¡programmaPon) ¡

MPIGate ¡-­‑ ¡API ¡

12 ¡

DiaSpec diagram [Pheonix team, INRIA Bordeaux]

Device ¡CapteurDeLuminosite ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡source ¡luminosité ¡as ¡float; ¡ ¡ } ¡ ¡ Device ¡TableauDeBord ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡source ¡reference ¡as ¡integer; ¡ } ¡ ¡ Ac$on ¡VarierIntensiter ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡augmenter(); ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡diminuer(); ¡ } ¡ ¡ Device ¡Lampe ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ac$on ¡VarierIntnesiter; ¡ } ¡ Context ¡LumPourcent ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡source ¡luminosité ¡from ¡CapteurDeLuminosite; ¡ ¡ } ¡ ¡ Context ¡Varia$onLum ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡source ¡reference ¡from ¡TableauDeBord; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡context ¡LumPourcent; ¡ } ¡ ¡ Controller ¡Regulateur ¡{ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡context ¡Varia$onLum; ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡acPon ¡VarierIntensiter ¡on ¡Lampe; ¡ ¡ } ¡

Performance ¡issues ¡of ¡ROS ¡data ¡distribuPon ¡

13 ¡

Average ¡local ¡latency: ¡0.4ms ¡ Average ¡distant ¡latency ¡(through ¡a ¡LAN): ¡4.5ms ¡ ¡

• ­‑ ¡∆clock ¡

Conclusion ¡and ¡future ¡work ¡

• MPIGate ¡defines ¡a ¡AAL ¡suited ¡gateway ¡architecture ¡

– Interconnects ¡heterogeneous ¡devices ¡and ¡networks ¡ – Integrates ¡exisPng ¡middleware ¡soluPons ¡ – Proposes ¡an ¡applicaPon ¡specificaPon ¡and ¡development ¡framework ¡ (based ¡on ¡Phoenix ¡Diaspec) ¡

• Transparent ¡data ¡access ¡is ¡achieved ¡
• Network ¡aspect: ¡QoS ¡and ¡energy ¡issues ¡need ¡to ¡be ¡integrated ¡
• ApplicaPon ¡issues: ¡ROS-­‑based ¡PALGate ¡for ¡integraPng ¡other ¡PAL

¡ partners’ ¡services ¡

• Final ¡goal: ¡Toward ¡a ¡common ¡plavorm ¡for ¡third-­‑party ¡

applicaPons ¡(∼AAL ¡App ¡store)? ¡

14 ¡