SMARTLAB

SMARTLAB -- Entorno de Trabajo Inteligente Colaborativo y Programable

Fecha de inicio: Octubre 2006
Fecha de fin: Diciembre 2007

El proyecto SMARTLAB, financiado por el programa del Departamento de Industria, Comercio y Turismo del Gobierno Vasco "SAIOTEK 2006/07 -- Proyectos de Especialización", tiene como principal objetivo proporcionar una plataforma que permita integrar la sensorización, razonamiento y actuación sobre dispositivos y equipamiento heterogéneo en un entorno inteligente, independientemente de su dominio de aplicación. Con SmartLab, se quiere simplificar la instrumentación de entornos y la exportación de los servicios ofrecidos, así como permitir su evolución al aparecer nuevas tecnologías o madurar su campo de aplicación. En esencia, se pretende superar los entornos inteligentes de primera generación, donde la integración de nuevos elementos heterogéneos era un proceso manual y específico, y poder crear entornos inteligentes de segunda generación programables escalables, eficientes en coste, evolutivos y siguiendo estándares.

El proyecto SmartLab, como puede verse en la figura superior instrumenta un laboratorio de investigación real (http://www.smartlab.deusto.es) con los siguientes dispositivos:

• Dispositivos micro-electrónicos empotrados con capacidad de sensorización, computación y comunicación inalámbrica (Gumstix, MaxStream Xbee).
• Dispositivos móviles (PDAs, Teléfonos móviles de 1ª, 2ª y 3ª generación, SmartPhones, Tablet PCs).
• Dispositivos computacionales tradicionales (PCs de sobremesa, PCs portátiles).
• Sistemas de localización indoors de muy alta resolución tal es el caso de Ubisense.
• Avanzados sistemas biométricos (huellas, palma, iris) y de sensorización/percepción de actividades (silla con sensores, lectores RFID).
• Avanzados sistemas de interacción con el entorno multi-modal (pantalla de plasma gigante táctil, altavoces y micrófonos para procesar lenguaje natural y sintetizar voz).
• Variados mecanismos de comunicación (WLAN, Bluetooth, Zigbee) inalámbrica.
• Buses domóticos (X10, Lonworks, EIB/Konnex, Zigbee) para la adaptación dinámica de los actuadores desplegados por el entorno (temperatura, luminosidad, seguridad).
   

Todo este equipamiento aderezado por los servicios software inteligentes definidos encima permiten que la infraestructura resultante de SmartLab asista a sus ocupantes en tareas habituales y facilite su colaboración. La plataforma permite ya o permitiría la creación de servicios como:

• Gestión energética eficiente tanto en luminosidad como climatización del laboratorio tanto mediante programación del entorno a través de reglas como mediante el control manual del sistema a través de una interfaz avanzada.
• Detección de intrusos mediante la integración de sistemas de biometría y detección de movimiento en cámaras IP.
• Redireccionamiento de llamadas en función de la localización actual de los usuarios.
• Reconocimiento de actividades de colaboración (reunión, brainstorming) y activación de los servicios pertinentes (proyectar presentaciones en la pantalla más cercana, enviar contenido de una pizarra a los asistentes, acondicionar las condiciones ambientales de una determinada sala: luz y temperatura, etc.).
• Distribución de tareas entre miembros de un grupo y actualización automática de su lista de tareas pendientes y agenda.
• Notificación contextual, en base a la localización del usuario, con noticias, alertas del trabajo o de seguridad en el trabajo.

Arquitectura de la Plataforma SMARTLAB

La contribución más reseñable del proyecto SmartLab es la provisión de una infraestructura software para entornos inteligentes flexible, extensible, basada en estándares (concretamente OSGi) e independiente del dominio de aplicación, que se materializa a través de la arquitectura multi-capa mostrada en la anterior figura. Esta plataforma tecnológica ofrece innovación en áreas tan dispares como: microelectrónica, middleware, comunicaciones móviles o interacción inteligente con el entorno.

• Capa de Sensorización y Actuación. Esta capa está compuesta por sensores que monitorizan el estado del entorno, (produciendo flujos de datos continuos o eventos) y actuadores que ponen en práctica las acciones inferidas por el entorno inteligente (a partir de las percepciones obtenidas por los sensores). Esta capa se corresponde con el conjunto de dispositivos y objetos físicos aumentados con capacidad computacional que instrumentalizan un entorno. Por ejemplo, sensor de humo o temperatura, válvula de control de temperatura, cañón de proyección o mecanismo de apertura/cierre de una puerta. Estos elementos pueden ser descubiertos y controlados desde capas superiores gracias a la mediación de la Capa de Abstracción en Servicios.

• Capa de Abstracción en Servicios. Esta capa se comunica con los distintos dispositivos (sensores y actuadores) presentes en un entorno inteligente y los presenta a las capas superiores como servicios software accesibles de manera uniforme. Esta capa otorga una visión SOA (Service Oriented Architecture) a los dispositivos que instrumentalizan un entorno. En un entorno SOA, los distintos elementos hacen disponibles recursos a otros elementos en forma servicios independientes que pueden ser consumidos.

  El objetivo de esta capa es abstraer los dispositivos hardware subyacentes en forma de servicios y permitir la coordinación y composición de estos servicios en capas superiores. En la abstracción de servicios se ha utilizado una microplataforma basada en Gumstix que media a través de una pasarela de WSN con los sensores y actuadores inalámbricos empotrados que se encuentran a su alrededor. A su vez, también se han definido un conjunto de gateways software que intermedian entre el mundo OSGi accesible vía Internet y los buses domóticos tal como KNX/EIB o estándares de actuación tal  como Asterisk para VoIP.

  En el modelo arquitectónico propuesto, los dispositivos bien con la ayuda de nuestra microplataforma o las gateways mencionadas son capaces de publicar bundles (componentes en jerga OSGi) representantes de servicios ofrecidos por esos dispositivos que son descargables e instalables en el servidor que implementa la Capa de Coordinación y Gestión de Servicios.

• Capa de Coordinación y Gestión de Servicios. Esta capa actúa de intermediaria entre la Capa de Interacción y Programación del Entorno y la Capa de Abstracción en Servicios de los dispositivos con los que se ha instrumentalizado un entorno. Su implementación está localizada en un servidor de aplicaciones basado en OSGi, por tratarse de un estándar usado por la industria en la creación de pasarelas para la monitorización, coordinación y control de dispositivos (sensores y actuadores) desplegados en un entorno (casa, planta industrial o automóvil). Este servidor actúa como pasarela de nuestro laboratorio de investigación aumentado con atributos AmI y se denomina SmartLab Server. La misión principal de esta capa es proporcionar mecanismos para la publicación, etiquetado semántico, navegación, descubrimiento y composición de servicios ofrecidos por dispositivos físicos en el entorno. Además, gestiona una serie de servicios de alto nivel que incrementarán la productividad en la programación de aplicaciones o servicios compuestos sobre un entorno; y controla una serie de pasarelas que permitan la comunicación con servicios publicados y exportados por mecanismos ajenos a OSGi como UPnP, Jini, Bluetooth o Web Services. Aparte de servir como gestor de servicios, esta capa ofrece capacidades de percepción (abstracción del contexto capturado) e inferencia (correlación de conocimiento para la ejecución de acciones), asistidas por una ontología específica a un dominio de aplicación. Estas capacidades son agrupadas en torno a un servicio avanzado, denominado Servicio de Percepción e Inferencia Semántica. Este servicio, asistido por una ontología específica para cada entorno de aplicación, cumple un triple propósito:
  • Añadir información semántica a los servicios registrados para permitir su composición y coordinación.
  • Mantener el contexto actual asociado a los dispositivos e individuos presentes en un entorno anotándolo (añadiendo significado) e interpretándolo semánticamente.
  • Monitorizar las combinaciones contextuales de interés para la activación de servicios (detección de una actividad), permitiendo la inferencia de acciones, basadas en un modelo ECA (Event-Condition-Action soportado mediante un sistema de reglas con un mecanismo de inferencia de encadenamiento hacia delante).

   

• Capa de Interacción y Programación del Entorno. Esta capa está compuesta por un avanzado front-end web que permite la gestión y supervisión de un entorno inteligente. Asimismo, ofrece una API que permite la construcción de las aplicaciones finales que hacen uso de la plataforma desplegada por terceras organizaciones.