21.6.2010
HYÖTY SENSORIVERKOISTA
Hotelli Pasila, Helsinki
Wirepas-projektin tulokset ja
WSN openapi -rajapintakehitys
Marko Hännikäinen, Professori, TTY
1
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Sisältö
Wirepas projekti
TUTWSN teknologia
Piloteista
WSN openapi
Toimintamalli
Johtopäätökset
2
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
DACI Research Group 1997-2010
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 1997-2010
 250+ publications, 12 PhD theses, 60+ MSc theses
 10+ patents and patent applications
 2 spin-off companies
3
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Wirepas-projekti 2008-2010
 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
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
TUTWSN-teknologia
5
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
TUTWSN-verkko
 TTY:n TUTWSN-mittausverkko
 Dynaaminen mesh-verkko –
automaattinen toiminta
Node
 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
6
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Node
Node
Node
Node
Node
Gate
way
TUTWSN (2.4 GHz), wireless
sensor/router node and gateway node
Auxliary sensors
Battery powered
7
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Ethernet
DC power
Memory card
(microSD)
Online java + web + sms applications
8
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Piloteista
9
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
TUTWSN-sovellusarkkitehtuuri
Henkilöpaikannus
Palveluntarjoajat
Loppukäyttäjät
Integraattorit
Kiinteistömittaukset
TUTWSN:
mittaus,
ohjaus
paikannus
Tehdasmittaukset
INTERNET
(intranet, mobiili)
Kotiverkko
TUTWSN
sovellukset
SQL/
DB DB
Asiakkaan
taustajärjestelmät
Java
Messaging
Service
Palveluintegrointi
(esim.
Google)
XML
TCP/IP
(SOAP, SIP) sockets
JMS XML TCP OPC RMI SIP
TUTWSN Gateway Software
Gateway
Ympäristömittaukset
10
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Kuljetusten
monitorointi,
Hallinta- ja
logistiikka
mitoitustyökalut
Rajapintastandardit
sovelluksille ja
taustajärjestelmiin
Pilotti
Elisa, FutureLabs
Metso, Voikkaa Solvay
Chemicals
Avack, Kainuun keskussairaala
Kemi-Tornion
ammattikorkeakoulu
TTY/Kotiverkko
TTY/Ympäristömittaukset
ulkona
TTY/Opetusverkko
Kainuun maakunta –
kuntayhtymä
Lepolan Puutarha Oy
KPO/Ebsolut
Poliisiammatti-korkeakoulu
Fatman Oy
TTY/Maatalous
11
Pilotin aihe
Kiinteistömittaukset
Tehdasalueen mittaukset ja
jätevesilinjan valvonta
Sairaalan henkilöturvajärjestelmä ja
henkilöpaikannus
Kiinteistömittaukset ja tilojen
käyttöaste
Asuinkiinteistön mittaus- ja
valvontaverkko
Maatalous- ja ympäristömittaukset
Alkoi
2007
03/2009
Nodeja (n.)
45
100
2008
110
2009
116
2007
30
2005
40
Opetuskäyttö, kiinteistömittaukset
Työolosuhdemittaukset
2008
2008
350
30
Kasvihuoneen ilmaston mittaukset
Kuljetusten valvonta
Henkilöpaikannus harjoitustilanteessa
Tilapäiset kiinteistömittaukset
Mittausverkon pilotointi karjatilalla
2009
2009
2007
2009
2009
30
40
100
20
30
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
12
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
13
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
14
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
15
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
16
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
17
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
18
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
19
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
20
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
21
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
22
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
23
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
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
http://openapi.elisalabs.fi
24
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
openapi
Yhteinäistetään WSN-
rajapintoja sekä hallintaa
 WSN käyttöönotto, käyttö,
ylläpito
 Käyttötapaukset esimerkkeinä
eri hyödyntäjille
Suunnitellaan yleiskäyttöisiksi
 WSN toteutusteknologiasta
 Yleiskäyttöisiä komponentteja
Referenssitoteutuksia eri
teknologioiden
käyttöönottoon (kesken)
25
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
26
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Dokumentin nimi
Tyyppi
Openapi Introduction
Dokumentti, joka kuvaa suunnitellun yleisen rakenteen.
WSN Management Format (WMF) 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.
Meta-Data Format (MEDF)
Dokumentti, joka kuvaa tavan (datalehti), jolla esitetään
mistä mittausnode koostuu, mihin se pystyy ja mitä tietoa se
lähettää. Dokumentti kuvaa myös tavan datalehden
pyytämiseen
Sensor Information Data Format
Dokumentti, joka kuvaa mittaustiedon esittämisen
(SIDF)
tapahtumapohjaisesti XML- ja CSV-formaatteina.
Sensor Archive Data Format
Dokumentti, joka kuvaa mittaustiedon esittämisen ja
(SADF)
pyytämisen XML- ja CSV-formaatteina.
Node Actuator and Sensor Control Dokumentti, joka kuvaa komentojen lähettämisen nodelle
(NASC)
XML- ja CSV-formaatteina.
Sensor Data Communication (SDC) Dokumentti, joka kuvaa mittaustiedon tai vastaavan
Using SIMPLE
datapaketin siirtoa hyödyntäen SIP:n pikaviesti metodia
SIMPLE määrityksien mukaan.
White Paper
Whitepaper- yleiskuvaus rajapintamäärittelyistä.
27 WSN openapi
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Toimintamalli
28
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Tärkeimmät WSN-standardit
29
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Tarve

?
 Ratkaisu
- Kokonaisvaltaiset pilotit
- Käyttökelpoiset rajapinnat
30
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
31
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
”Tomi Suominen arvio, että lämpötilan ja
ilmankosteuden optimaalisella hallinnalla
voidaan saavuttaa maksimissaan jopa 10%
parannus satoon.” (Lepolan Puutarha Oy)
Johtopäätöksiä
32
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Teknologian kehitys
Range (and
mobility)
3G
10 km
Cellular
1 km
100 m
10 m
1 cm
WMAN
RTLS
1m
10 cm
Satellite
WLAN
WSN
WPAN
Active RFID
RFID
1 B/min 1 kbit/s 10 kbit/s 1 Mbit/s
(0.1mW) (1mW) (10 mW) 100 mW
33
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
UWB
WiMax
802.11n
802.15.3
Data rates
(and energy)
100 Mbit/s
1W+
Teknologia: Diagnostiikka ja
verkonhallinta
34
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
WSN “performance analyzer toolset”
Functions (node)
5
Robustness
Autonomy (node)
4
Installation (system)
Field configuration (node)
3
2
Installation (node)
Security (node)
1
0
Lifetime (node)
Density of nodes (system)
Price (node)
Range (node)
Size (node)
Max number of nodes
(system)
Passive RFID
35
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Mobility (node)
Sampling interval (node)
WSN
Sovellukset:
Yhteisöt?
36
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Pilottimalli: teknologiasta
sovelluksiin
Sovellustarpeen määrittely
Sovelluksen feasibility-
analyysi (teknologiat ja
sovellus tarve)
Sovelluksen nopea pilotointi
Sovelluskehitys ja integrointi
Sovelluspilotti ja
käyttökokemukset
Tuotteen ja palvelun
viimeistely
37
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology
Service providers
(services using sensor services)
Sensor service providers
System integrators
Sensor network products
Nodes and modules
Components
Yhteenveto
haasteet
ratkaisut
Tekniikka
Tekniikka
 Yhden pisteen optimointeja
 Kokonaisuuden hallinta
 Ei vakiintuneita rajapintoja ja
 WSN kootaan komponenteista –
työkaluja
ei yhdestä isosta standardista
(standards, custom, proprietary)
 De-facto standardin puuttuminen
- ja luja usko siihen
Sovellukset
Sovellukset
 killer-sovelluksen puuttuminen - ja
 Piloteilla uusia sovellusalueita ja
luja usko siihen (”enabloiva
liiketoimintamalleja
teknologia”)
 Vaikeat ympäristöt ja
 Yksittäinen helppo mittaustieto on
yksinkertaiset sovellukset ensin
halpa (”hyvä idea jos joku
 ”Internet of things” vaatii myös
maksaa”)
uutta teknologiaa (koko, energia,
tarkkuus)
38
Marko Hännikäinen,2010, Tampere University of Technology