USPEŠNO ZAKLJUČEN EVROPSKI RAZISKOVALNI PROJEKT INTREPID

Transcription

1 UVODNIK USPEŠNO ZAKLJUČEN EVROPSKI RAZISKOVALNI PROJEKT INTREPID Projekt je sofinanciran s strani Evropske Komisije v okviru 7. Okvirnega Programa (Grant Agreement No ) 1 UVOD Decembra se je uspešno zaključil tri leta trajajoč evropski projekt INTrEPID (INTelligent systems for Energy Prosumer buildings at District level; v prevodu Inteligentni sistemi za optimizacijo porabe energije na lokalni ravni (na ravni okrožja)) [1], ki v okviru 7. okvirnega programa EU sodi v kategorijo interneta stvari (IoT Internet of Things) s poudarkom na energijski učinkovitosti. Skupna vrednost projekta je znašala 2.5 mio EUR, od tega je Gorenje pridobilo subvencijo v višini približno EUR. V projektu je skupaj z Gorenjem sodelovalo osem podjetij iz 5 različnih evropskih držav: Aalgorg Universitet (Danska), Honeywell, spol. s.r.o. (Češka), Enel Ingegneria e Ricerca S.p.A (Italija), Seluxit Aps (Danska), Advantic Sistemas y Servicios (Španija) in Ricerca sul Sistema Energetico RSE S.p.A (Italija), projekt pa je koordiniral italijanski telefonski operater Telecom Italia. Blaž Plaskan, Razvoj elektronike Gorenje je v okviru projekta prispevalo 50 prostostoječih kombiniranih hladilnikov prejšnje generacije, od katerih je bilo 20 nameščenih na Danskem ter 30 v Italiji. Z vgradnjo povezljivosti, ki je bila zasnovana na podlagi tehnologije Wi-Fi, dodatno vgradnjo naprave za merjenje porabe energije in s prilagoditvijo elektronskega sklopa, so bili zagotovljeni vsi parametri za nemoteno testiranje naprav na terenu in vzporedno določanje energetskih storitev. 2 OPIS REŠITVE Namen evropskega projekta INTrEPID je bil razvoj tehnologij, ki bodo omogočale optimizacijo porabe energije v stanovanjskih hišah. Tehnologije omogočajo tako optimalno upravljati interne podsisteme znotraj IHN (Indoor Home Network domačega omrežja) kot tudi zagotavljati napredne mehanizme za efektivno interakcijo z zunanjim svetom, vključno z ostalimi zgradbami, proizvajalci in distributerji električne energije. S takšnim pristopom se omogoči izmenjavanje električne energije na okrajnem nivoju, lahko tudi širše. dr. Sašo Vinkovič, Razvoj elektronike Celotna rešitev ima tri glavne cilje. 1. Optimizacija porabe električne energije. 2. Preizkus rešitev, sprva v dveh laboratorijih, kasneje pa tudi na terenu, v domovih oseb, ki so bile pripravljene sodelovati v evropskem projektu v Italiji ter na Danskem. 3. Predstavitev projekta na raznih industrijskih sejmih s poudarkom na potencialni standardizaciji rešitev. 3 ARHITEKTURA SISTEMA IN GRADNIKI Arhitektura celotnega sistema INTrEPID zajema več glavnih gradnikov. Vsak izmed gradnikov vsebuje zelo pomembne funkcije, ki so medsebojno odvisne in skupaj tvorijo celoto, ki je hkrati odprta navzven in tako zagotavlja dostop do storitev tudi tretjim osebam. GIB letnik 25. št /2016 3

2 Namen evropskega projekta INTrEPID je bil razvoj tehnologij, ki bodo omogočale optimizacijo porabe energije v stanovanjskih hišah. Slika 1: Fizične naprave INTrEPID sistema Slika 2: Arhitektura celotnega sistema z glavnimi gradniki, od naprav v domovih uporabnikov do najvišjega nivoja oblačnih storitev in inteligence GIB letnik 25. št /2016 4

3 Glavni fokus projekta INTrEPID so stanovanjske zgradbe in oprema, ki je bila nameščena v obstoječe IHN (Indoor Home Network domače omrežje) posamezne stanovanjske zgradbe. 3.1 IHN (INDOOR HOME NETWORK DOMAČE OMREŽJE) Gorenje je za potrebe evropskega projekta nadgradilo kombinirani hladilnik ter razvilo omrežni prehod (Gateway) oziroma»hišni strežnik«, ki omogoča komunikacijo hladilnika z zunanjim svetom in gosti del programskega adapterja. Glavni fokus projekta INTrEPID so stanovanjske zgradbe in oprema, ki je bila nameščena v obstoječe IHN (Indoor Home Network domačega omrežja) posamezne stanovanjske zgradbe. Sestavlja ga veliko število komponent, ki medsebojno sodelujejo in kot primarna naloga zbirajo podatke o porabi energije znotraj gospodinjstva. Prav tako pa te komponente v določeni meri omogočajo tudi upravljanje aparatov znotraj gospodinjstva in s tem posredno vplivajo na izboljšanje porabe energije oziroma na bolj enakomerno porazdelitev porabe električne energije. Zaradi uporabe večjega števila raznolikih strojnih in programskih komponent je bilo potrebno razviti sistem oziroma tako imenovane adapterje, ki navzven vse te različne komponente predstavijo na podoben način ali vsaj zagotovijo poenoten način naslavljanja. Takšen pristop poenostavi predvsem programsko opremo ter rokovanje z višjimi sloji v arhitekturi. Znotraj tega gradnika se nahaja tudi prispevek Gorenja kot partnerja evropskega projekta. Gorenje je za potrebe evropskega projekta nadgradilo kombinirani hladilnik ter razvilo omrežni prehod (Gateway) oziroma z drugimi besedami tako imenovani»hišni strežnik«, ki omogoča komunikacijo hladilnika z zunanjim svetom in gosti del programskega adapterja. Preostali del programskega adapterja pa se nahaja na strežniku znotraj Gorenja (agregator), ki je namenjen zbiranju podatkov vseh hladilnikov na terenu. Omrežni prehod je bil za potrebe projekta razvit v oddelku razvoja elektronike. Slika 3: Hladilniki so pred odpošiljanjem bili opremljeni z Wi-Fi komunikacijskim modulom, merilno celico porabe električne energije ter v hladilni prostor dodan hišni strežnik s potrebnimi povezovalnimi kabli in navodili za namestitev Slika 4: Postavitev hladilnika in hišnega strežnika v razstavnem prostoru pametnih naprav v Torinu na sedežu podjetja Telekom Italija 3.2 INTREPID OBLAČNE STORITVE Oblačne storitve sistema INTrEPID so zasnovane na osnovi sistema izmenjave sporočil in obveščanja ob dogodkih. Procesi znotraj oblačne storitve sprejemajo poplavo sporočil o dogodkih, ki so se zgodili na nivoju IHN (Indoor Home Network domačega omrežja) in le-te posredujejo naprej naslovnikom, ki so na te specifične dogodke prijavljeni. Naslovniki nato ta sporočila obdelajo in po potrebi tudi shranijo za morebitne kasnejše statistične izračune. Enako velja tudi v drugo smer. V okvir oblačnih storitev štejemo tudi razne druge gradnike, ki obdelujejo goro podatkov, ki se pretakajo znotraj sistema. GIB letnik 25. št /2016 5

4 Oblačne storitve sistema INTrEPID so zasnovane na osnovi sistema izmenjave sporočil in obveščanja ob dogodkih. 3.3 NADZORNE KONTROLNE STRATEGIJE Dodatna komponenta oblačnih storitev, sicer na višjem nivoju kot že predhodno opisan gradnik, pripomore k izboljšanju učinkovitosti porabe energije. Le-ta skrbi za napovedovanje porabe električne energije na osnovi zgodovine in statistike ter na podlagi vremenskih napovedi. Pridobivanje energije s pomočjo sončnih celic (micro generation) je pogojeno z vremensko napovedjo, zato ima tudi tolikšno težo pri samih izračunih. Ti izračuni so predvsem pomembni za proizvajalce in distributerje električne energije. Na podlagi izračunov lahko na enostaven način predvidijo višjo in nižjo porabo in skladno s tem tudi razporejajo električno energijo. Komponenta prav tako skrbi za pravilno vključevanje hranilnikov energije (npr. akumulatorje) v razdelilni sistem in sproščanje shranjene električne energije, akumulirane v hranilnikih energije v razdelilni sistem. 3.4 POSLOVNA INTELIGENCA IN POSREDOVANJE ENERGIJE Zadnji gradnik oblačnih storitev je sistem, ki spremlja porabo različnih aparatov v gospodinjstvu in jih je s pomočjo energijskega profila sposoben razpoznati. Zadnji gradnik oblačnih storitev je sistem, ki spremlja porabo različnih aparatov v gospodinjstvu in jih je s pomočjo energijskega profila sposoben razpoznati. Na podlagi izračunov preteklih zajetih podatkov posameznih naprav, vgrajenih v stanovanjskih zgradbah, je ta nadzorni sistem sposoben potem načrtovati in predlagati pravilno oziroma pravočasno uporabo naprav in obenem skrbeti za bolj enakomerno porabo električne energije znotraj stanovanjskih zgradb. S tem gradnikom je mogoče zagotoviti najbolj optimalno porabo energije gospodinjstva, ne da bi preveč vplival na samo udobje bivanja. Gradnik poslovne inteligence in posredovanja energije za svoje izračune koristi zajete podatke naslednjih komponent sistema INTrEPID: generatorji energije (distributer energije, sončne celice), shranjevalniki energije (baterije) in porabniki (gospodinjski aparati). Slika 5: Primer razpoznanih profilov porabe električne energije pomivalnega stroja ter štedilnika ter skupna vsota porabe energije 4 NAPRAVE Hladilnik je naprava, ki je priključena ves čas, poraba energije je neprekinjena, zato je bila identificirana kot najbolj primerna za potrebe projekta INTrEPID. Za potrebe projekta je bilo v hladilnik dodatno potrebno namestiti še energijsko celico, ki je sposobna dovolj natančno izmeriti porabo električne energije. V aparat je bilo potrebno vgraditi GIB letnik 25. št /2016 6

5 V poplavi IoT (Internet Of Things) naprav je prav varnost ključnega pomena za končnega uporabnika. tudi komunikacijski modul, ki poskrbi za prenos podatkov do oblačne infrastrukture. Wi-Fi komunikacijski modul preko UART vrat na gostujoči hladilniški elektroniki komunicira s programsko opremo hladilnika. Poleg hladilnika je bil pripravljen še tako imenovani hišni strežnik. Zaradi omejene procesorske moči na hladilniku kot tudi na Wi-Fi komunikacijskem modulu ter dodatni potrebi po zagotavljanju zanesljivosti komunikacije je bil hišni strežnik nujen dodatek za delovanje sistema. Hišni strežnik uporabnik brez težav namesti v svoj dom. Gorenje si je z uporabo hišnega strežnika priskrbelo neposreden način, kako dostopati in upravljati s hladilnikom na varen način ter obenem priskrbelo možnost oddaljene nadgradnje programske opreme. 5 POVEZOVANJE NAPRAV IN BREZŽIČNEGA USMERJEVALNIKA Povezava naprav v domače omrežje predstavlja prvi pravi stik uporabnika z gospodinjskim aparatom, zato je bil v tej fazi velik poudarek predvsem na enostavnosti in prijaznosti samega postopka povezave naprav v domače omrežje. Naprave, ki jih je Gorenje prispevalo za potrebe evropskega projekta INTrEPID, so za komunikacijo z oblačnimi storitvami izkoriščale brezžičen usmerjevalnik, ki je bil predhodno že nameščen v domovih uporabnikov. Integracija v že obstoječe internetno omrežje predstavlja najlažji način povezave naprav in je hkrati cenovno tudi najbolj ugodna, saj ni potrebno dodatno skrbeti za vzpostavitev komunikacijske infrastrukture na domu uporabnika. Povezava naprav v domače omrežje predstavlja prvi pravi stik uporabnika z gospodinjskim aparatom, zato je bil tej fazi namenjen velik poudarek predvsem na enostavnosti in prijaznosti samega postopka povezave naprav v domače omrežje. Hišni strežnik je avtonomni računalnik manjših dimenzij, ki ga poganja Linux operacijski sistem ter programska oprema, ki je bila razvita za namene projekta INTrEPID. Za komunikacijo z zunanjim svetom ter IHN (Indoor Home Network domačega omrežja) so namenjena komunikacijska vrata ETH, ki jih s pomočjo omrežnega kabla povežemo z brezžičnim usmerjevalnikom. V večini primerov ta naprava deluje povsem samodejno in ne potrebuje dodatnega posega s strani uporabnika. V gospodinjski aparat vgrajeni Wi-Fi komunikacijski modul omogoča dva načina vzpostavitve povezave z brezžičnim usmerjevalnikom. Prvi način povezave je enostavnejši ter samodejni z uporabo tehnologije WPS (Wi-Fi Protected Setup). Tukaj je potrebno poudariti, da je za delovanje WPS potrebna podpora tudi na strani brezžičnega usmerjevalnika. Drug način povezovanja pa je ročni način s pomočjo domačega računalnika. Pri drugem načinu se Wi-Fi komunikacijski modul predstavi kot dostopna točka, na katero se povežemo z domačim računalnikom. Ustrezne nastavitve domačega brezžičnega omrežja nato preko računalnika prenesemo na napravo. Da to dosežemo, ne potrebujemo posebne ali namenske programske opreme, nameščene na domačem računalniku. 6 VARNA KOMUNIKACIJA V poplavi IoT (Internet Of Things) naprav je prav varnost ključnega pomena za končnega uporabnika. V ta namen si lahko pomagamo z naborom že preizkušenih tehnologij zagotavljanja varnosti uporabnika, podatkov, ki se jih pridobi od uporabnika ter vzorca navad uporabnika, ki jih je mogoče izluščiti iz zajetih podatkov. GIB letnik 25. št /2016 7

6 Znotraj gospodinjstva je za varnost odgovoren predvsem uporabnik sam. Z ustrezno zaščito, ki jo nudi sodobna komunikacijska oprema, si uporabnik lahko priskrbi varen ekosistem, ki varuje njegove naprave pred vdori in nepooblaščeno uporabo le-teh. Že uveljavljeni standardi zaščite žičnih in brezžičnih omrežij, ki jih podpirajo in poganjajo tako infrastruktura kot tudi komunikacijski moduli, nameščeni v aparatih, ki se na to infrastrukturo povezujejo, poskrbijo za ustrezen nivo zaščite, ne da bi s tem dodatno obremenjevali aparate in programsko opremo na aparatih. Ko se podatki začno pretakati v internet, je nevarnost nepooblaščene uporabe le-teh še toliko večja kot znotraj gospodinjstva. Tudi tukaj že obstajajo standardi (SSL/TLS), ki te komunikacijske kanale zaščitijo pred zlorabo. S pomočjo ustreznih certifikatov ter šifrirnih algoritmov se podatki šifrirajo pred pošiljanjem, komunikacijske končne točke pa so med seboj usklajene, da znajo te podatke dešifrirati in razumeti. Na takšen način se zagotovi, da ne pride do napadov MitM (Man in the Middle) ter da ne more nepooblaščena oseba prisluškovati komunikaciji in uporabiti zajetih podatkov sebi v prid. 7 MOBILNA APLIKACIJA ZA UPORABNIKE Vzporedno z razvojem sistema se je razvijala tudi mobilna aplikacija, ki je ta evropski projekt na enostaven način približala končnemu uporabniku in obenem spodbujala sodelovanje z razvojnimi ekipami. Aplikacija je omogočila uporabniku, da je na prijazen način spremljal in upravljal z napravami v svojem stanovanju, po drugi strani pa je tudi aplikacija prikazovala, kako je uporabnik uspešen z upravljanjem s porabo v svojem stanovanju v primerjavi z ostalimi sodelujočimi. Mobilna aplikacija podatke, ki jih potrebuje za delovanje, črpa iz oblačnih storitev, ki so bile razvite v okviru evropskega projekta INTrEPID. Slika 6: Prijavno okno mobilne aplikacije INTrEPID Slika 7: Celotna poraba in proizvodnja električne energije stanovanjske hiše Slika 8: Prikaz grafa odstotka porabe posamičnih naprav glede na celotno porabo električne energije v stanovanjski hiši Slika 9: Prikaz namigov, kdaj inteligenca sistema INTrEPID svetuje uporabo gospodinjskih aparatov GIB letnik 25. št /2016 8

7 Gorenje je za projekt zagotovilo petdeset kombiniranih hladilnikov, ki so bili dodatno opremljeni z merilci porabe energije ter komunikacijskimi Wi-Fi moduli. 8 NAMESTITEV APARATOV V ITALIJI IN NA DANSKEM Kot že omenjeno, je Gorenje zagotovilo petdeset kombiniranih hladilnikov, ki so bili dodatno opremljeni z merilci porabe energije ter komunikacijskimi Wi-Fi moduli. Od omenjenih petdesetih aparatov je bilo v Italiji nameščenih trideset enot in na Danskem dvajset enot. Poleg aparata in ostalih dodatkov je bilo veliko truda vloženega v izdelavo uporabniških navodil za dodatne komponente. Tekom projekta sta bila opravljena dva servisna obiska pri uporabnikih teh aparatov v Italiji. Z meritvami ter dnevniškimi zapisi na samih napravah smo uspeli probleme hitro odkriti ter skladno s tem ukrepati. Veliko dodano prednost tekom evropskega projekta INTrEPID je nudil prav hišni strežnik, ki je priskrbel zmožnost oddaljene nadgradnje programske opreme vseh naprav. S to zmožnostjo je Gorenje v veliki meri privarčevalo z obiski servisnih ekip na terenu, ker po tem ni bilo potrebe. Dodatno podporo pa so seveda nudili tudi partnerji konzorcija, ki so imeli z izbranimi uporabniki neposreden stik. Slika 10: Lokacije nameščenih hladilnikov v Italiji Slika 11: Lokacije nameščenih hladilnikov na Danskem 9 INFORMATIVNE NOVICE TEKOM IZVAJANJA PROJEKTA Tekom evropskega projekta INTrEPID je bilo izdanih 11 številk novic o izvajanju projekta. Novice so vsebovale veliko dodatnih informacij za uporabnike sistema in širšo javnost, poleg tega pa so podrobno predstavljene tudi naprave in njihova vsakodnevna poraba električne energije. V tretji izdaji novic je bil predstavljen tudi hladilnik, ki ga je Gorenje kot partner evropskega projekta prispevalo (Your fridge energy consumption Newsletter #3)[2]. Na podlagi zajetih podatkov lahko na grafih vidimo vpliv nastavitev temperature posameznega dela kombiniranega hladilnika na porabo električne energije. Prav tako lahko spremljamo pogostosti odpiranja vrat na dnevnem časovnem intervalu in posledice, ki jih število odpiranj vrat dodatno izraža na porabi električne energije hladilnika. GIB letnik 25. št /2016 9

8 Slika 12: Tedenska poraba električne energije hladilnikov ter nastavitve temperature hladilnega in zamrzovalnega prostora kombiniranega hladilnika (BU hišna številka) (Your fridge energy consumption Newsletter #3, Stran 3)[2] Slika 13: Povprečna števila odpiranj vrat hladilniškega prostora dnevno po domovih uporabnikov (BU hišna številka) (Your fridge energy consumption Newsletter #3, Stran 4)[2] Slika 14: Graf povprečne energijske porabe hladilnika na dnevni osnovi od enega izmed domov uporabnikov (Your fridge energy consumption Newsletter #3, Stran 4)[2] GIB letnik 25. št /

9 Pridobljene izkušnje pri projektu INTrEPID so neprecenljive, saj je bila tokrat prvič v zgodovini Gorenja opravljena študija preizkušanja večjega števila povezljivih aparatov na terenu. 10 SKALABILNI EKOSISTEM V okviru evropskega projekta je bilo uporabljeno relativno zelo majhno število naprav. Za potrebe morebitne standardizacije ter uporabe takšnega ekosistema v bodoče in tudi v večjem obsegu je bila rešitev zasnovana tako, da omogoča skalabilnost. S pomočjo abstrakcije aparatov ter uporabo oblačnih storitev se to lahko tudi enostavno doseže. 11 ZAKLJUČEK INTrEPID predstavlja še en projekt v nizu uspešno zaključenih projektov, katerega pridobljeno znanje bo zagotovo pripomoglo k učinkovitejši izvedbi projekta povezljivih aparatov (CAP connected appliances project). Pridobljene izkušnje so neprecenljive, namreč dosedanji projekti so temeljili na raziskavah in razvoju različnih naprav in zgolj laboratorijskem preizkušanju le-teh, pri projektu INTrEPID pa je bila prvič v zgodovini Gorenja opravljena študija preizkušanja večjega števila povezljivih aparatov na terenu. Na koncu naj dodamo, da smo v januarju pričeli z izvajanjem EU projekta VICINITY ter uspešno predložili prijavo projekta argonaut1k, ki se ukvarja s spremembami zavedanja uporabnika pri uporabi električne energije preko izboljšanje platforme INTrEPID na več kot 1200 objektih. 12 REFERENCE [1] INTrEPID, (INTelligent systems for Energy Prosumer buildings at District level), pridobljeno [2] INTrEPID, (Your fridge energy consumption Newsletter #3), 7-INTrEPID.eu/images/INTrEPID/newsletter/Newsletter3.pdf, GIB letnik 25. št /