Architecture d un laboratoire d expérimentation sur l habitat. Philippe Mabilleau ing. D O M U S

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1 Architecture d un laboratoire d expérimentation sur l habitat Philippe Mabilleau ing. D O M U S

2 Laboratoire d expérimentation sur l habitat Pour quoi faire? Contexte de l expérimentation avec un habitat intelligent Rôle d un laboratoire d expérimentation sur l habitat Architecture Organisation matérielle Structure du logiciel Technologies employées Capteurs Réseaux ad-hoc (locaux et de proximité) Systèmes embarqués 2

3 Contexte Habitat intelligent En interaction avec ses occupants pour les aider à réaliser les activités de la vie quotidienne dans des conditions de confort optimum et de sécurité Pour une clientèle ciblée Personnes en perte d autonomie Déficience cognitive Personnes handicapées Déficience sensorielle Déficience motrice 3

4 Rôles du laboratoire Saisie de données d observation d un habitat réel Objectif : disposer de données pour construire et valider des modèles de l habitat Lieu d expérimentation pour différents outils de prévention et d intervention Objectif : tester des logiciels de prévention (télésurveillance) et d intervention (habitat «intelligent») 4

5 Contexte de recherche Capteurs Identification de comportements Modèles de comportement Habitat Terminaux spécialisés Outils de prévention et d intervention Modèles d intervention Extérieur 5

6 Architecture Habitat Laboratoire contenant un appartement de taille réelle dans lequel on peut effectivement vivre Salle de séjour/diner + cuisine + salle de bain Type «studio» Aire d observation Doit permettre la couverture des activités de la vie quotidienne Repas, toilette, repos, déplacements (espace suffisant) Équipements électro-ménagers de base Activités de loisir (lecture, télévision, musique ) Harnachement configurable Espaces utilitaires dans le plafond et dans les murs 6

7 Organisation matérielle (filaire ou non-filaire) Réseau(x) ad-hoc Capteurs (PC ou système embarqué dédié) Passerelle(s) Appartement Réseau Terminaux spécialisés Postes de travail des chercheurs (Écrans tactils, SetTop+TV, PDA, X10 ) 7

8 Structure logicielle Exemple d architecture de l interface avec les capteurs Capteur Application cliente Couche interface capteur Couche adaptation transport Stack IP Application cliente Couche interface capteur Couche adaptation transport Pilote COM Capteur µc-1 Capteur Réseau ad-hoc 1 µc-2 Réseau Ethernet-IP Capteur µc-1 Capteur µc-1 Réseau ad-hoc 2 µc-2 Connexion série 8

9 Composantes de l interface 9 Application cliente Développée par le chercheur Couche interface capteur Interface avec l application cliente indépendante des mécanismes de transport Accès uniformisé aux données issues des capteurs Mécanisme d identification des capteurs Configuration de la topologie des réseaux de capteurs Topologie physique et logique Décrite en XML Couche adaptation transport Assure l interface avec les différentes technologies de transport

10 Composantes des réseaux µc-2 Assure l interface entre le réseau Ethernet-IP et les réseaux ad-hoc système embarqué dédié ou PC Réseaux ad-hoc Peut être inexistant Filaire ou non-filaire µc-1 Assure l interface entre le capteur et le réseau ad-hoc Peut être intégré au capteur Système embarqué dédié Peut supporter plusieurs capteurs 10

11 Configuration Problème de l adéquation entre l architecture matérielle et son exploitation par le logiciel Manuelle Via une description en XML Appropriée pour la recherche Automatique Technologies de découverte de services JINI BlueTooth Limitations et risques d erreurs Consomme des ressources Opportunité pour des sujets de recherche 11

12 Capteurs Peuvent intégrer un système embarqué (µc-1, µc-2) ou un réseau ad-hoc Caractéristiques recherchées Simplicité d installation Non invasif Coût Interfaces Simple contact ouvert ou fermé Technologie des systèmes d alarme Appareils avec interfaces standards Ports RS232, USB, Ethernet BlueTooth intégré 12

13 Informations et grandeurs à saisir Présence Pas d identification de la personne Passage ou présence d un objet identifié (étiquetage) Position Coordonnée d une personne donnée ou d un objet État d un dispositif Appareil électrique allumé-éteint ou état plus complexe Plomberie : robinet, bain Mesures physiologiques Capteurs «embarqués» sur la personne Appareils standards avec interface Glycémie, pression artérielle 13

14 Réseaux ad-hoc 14 Réseaux standards Caractéristiques Débit élevé, consommation électrique importante Bluetooth Portée limitée (réseau de proximité) WiFi Réseau local Ethernet sans fil Consommation élevée Technologies filaires Connexion série (RS232, 485 ) Bus CAN Technologies non filaires Modules RF «courte portée»

15 Exemple : «BlueRobin» Modules de transmission RF Un paquet de 16 bits / seconde (/4, /8, /16 ou /32 secondes) 20 bits d identification (16 pour le réseau et 4 pour le module) Jusqu à 16 transmetteurs par récepteur Portée de 60 m maximum Consommation électrique très réduite Interface simple Développé par IAR Systems AG 15

16 Systèmes embarqués Vont permettre l intégration des capteurs en réseau Interface simple avec les capteurs Interface avec le réseau Ad-hoc ou Ethernet IP Exemple : Carte Tini Coût réduit (~100$) Supporte Java et TCP/IP Intégration facile aux applications via TCP/IP Interface simple avec les capteurs Par contre : n est pas mobile 16

17 Systèmes embarqués (suite) Micro-contrôleurs «bas de gamme» Architecture 8 bit RISC : «digital DNA» ou AVR Coûts très réduits (~1$) Interface simple avec les capteurs Par contre : pas d interface directe avec réseau TCP/IP Micro-contrôleurs «haut de gamme» Architecture 32 bit RISC : ARM ou PowerPC Coûts plus élevés (~ $) Support pour noyaux temps réel et OS Linux, µc/os II, ecos Intégration au réseaux TCP/IP Interface usager sophistiquée possible 17

18 Utilisation d une passerelle résidentielle Intégration des services de prévention et d intervention pour nos clientèle dans un «home gateway» Avantages Bénéficier du support d une plate-forme standard pour les services résidentiels OSGI, JES Partage des ressources Plate-forme matérielle et logicielle Capteurs (par exemple partagés avec le système d alarme) Inter connectivité interne (WiFi) et externe (Internet) Meilleure intégration des services Interaction possible avec d autres services 18

19 Habitat «intelligent» Téléphonie Télésurveillance médicale OSGI / JES Assistance cognitive Téléphone Détecteurs de mouvements Réseaux ad-hoc Capteurs physiologiques Appareils électro-ménagers Internet Home Gateway Télévision Ordinateur 19

20 Conclusion Un laboratoire à développer Répond à un besoin de la recherche Peut donner lieu à des occasions de recherche Nécessaire pour ne pas se couper du réel Une expertise à valoriser Pour porter le laboratoire Dans d autres équipes de recherche M.E.R.C.I., Grenoble Dans un contexte d expérimentation sur le terrain Centre de Ré-adaptation de l Estrie Dans le cadre d un développement de solutions pouvant donner lieu à des opportunités d affaire 20