Internet of Things & Paraimpu

Internet / Web of Things
+

Antonio Pintus Andrea Piras Davide Carboni

Seminari CRS4, percorso E
Cagliari, 14 giugno 2012

Antonio Pintus - pintux@crs4.it Davide Carboni - dcarboni@crs4.it Andrea Piras - piras@crs4.it 1

Diretta Twitter

• Twittate con hash

#paraimpu

2
Antonio Pintus, Davide Carboni, Andrea Piras http://paraimpu.crs4.it

Internet / Web of Things

A che punto siamo?

3

Evoluzione Internet / Web

IoT, qualsiasi cosa
PC, server, documenti, è connessa
hypertext, hyperlink

... Web 2.0,
partecipativo,
social
... cellulari, motori di
ricerca, notebook

4

Internet/Web of Things
Ph. Shaun Wood, http://www.ﬂickr.com/people/mrwoodnz/

5

Smart-objects: Whithings

http://www.withings.com/

6

Smart-objects

http://www.nike.com/plus/products/training/
7

Smart-objects: Karotz

http://store.karotz.com

8

Arduino

Smart-objects: Micro-controllers

openPicus Flyport

Arduino

Sensori
9

Smart-objects: smart-phones!

10

Automotive

http://gadget.wired.it/news/mondo_computer/2012/03/13/internet-of-things-polimi-13714.html

11

Smart-Objects vari...

Smart-TV

Monitoring
Consumo energia

12

Previsioni

• nel 2020 gli oggetti connessi saranno 50 miliardi (Cisco)
http://www.flickr.com/photos/erwlas/

• sensori, attuatori, cellulari, smart cities, giocattoli, case,
elettrodomestici, sistemi di monitoraggio ambientale,
automotive, eHealth, ...
http://www.flickr.com/photos/bigpinkcookie

http://www.flickr.com/photos/erwlas/ http://www.flickr.com/photos/mike_lambert http://www.flickr.com/photos/daviddehoey

13

EU Teaser: the Pillbox

http://youtu.be/RTdRUwl9JsA

14

EU Teaser: Traﬃc

http://youtu.be/lkIXHzcU5XA

15

Problematiche

• una enorme quantità di “cose” anche molto diverse tra loro:
oggetti fisici e virtuali

• come connetterli al Web in maniera semplice?

• come comporli per creare applicazioni in maniera semplificata?

• come realizzare agevolmente dei mashup misti, includendo oggetti
fisici e virtuali come servizi online e social network?

• come gestire l’elevato grado di eterogeneità dei dati, linguaggi e
protocolli?

16

Il “passato”

• Ovviamente furono proposte diverse tecnologie e protocolli:

– Jini, UPnP, ...

– JXTA

– Web services: SOAP, WSDL , ...

– Soluzioni basate direttamente su TCP / UDP

17

parte #1

la nostra
“vision”
Ph. http://www.flickr.com/photos/salendron/
18

“ The Web of Things
is more than

Things on the Web ”
19

Vision /1

#1: connettere gli oggetti deve essere
semplice

- semplici da mettere in
rete

- semplici da configurare

- semplici da gestire

Ph. Nigel Marshall, http://www.flickr.com/photos/nige_mar/
20

Vision /2

• #2: non solo oggetti fisici ma anche “virtuali”
– social network, siti Web, feed, APIs, App, ...

21

Internet/Web of Things
Ph. Mike http://www.ﬂickr.com/photos/zebble

22

Vision /3

#3: comporre gli oggetti deve essere
semplice

- mashup misti: interconnettere
mondo fisico + mondo Web

- meccanismi di trasformazione / filtro
dei dati

Ph. John Thurm, http://www.flickr.com/photos/thurm
23

Vision: aspetti Social /1

#4: i social network esistenti sono visti come
oggetti (virtuali)

- Facebook, Foursquare, Twitter, ...

Ph. Nigel Marshall, http://www.flickr.com/photos/nige_mar/

24

Vision: aspetti social /2
Ph. Ryan Roberts http://www.ﬂickr.com/photos/ryanr

#5: condividere gli oggetti con le altre persone!
25

Condividere gli oggetti

• vogliamo poter condividere i nostri oggetti con le altre persone

– condividere i dati
– condividere le funzionalità

• lasciare che le altre persone usino i nostri oggetti nelle loro
applicazioni

• non lontano dal concetto di “collaborative consumption” definito
dagli autori del libro What’s mine is yours*

* What's Mine Is Yours: The Rise of Collaborative Consumption, Rachel Botsman and Roo Rogers . Harperbusiness,
http://www.collaborativeconsumption.com/

26

Come?

• Non abbiamo bisogno di nuovi o
“oscuri” protocolli per connettere gli
oggetti

• Abbiamo il Web!

• i protocolli e i formati del Web come
lingua franca per (inter-)connetterli

• HTTP ( + JSON, XML, ...) --> REST

27

28

Il modello: 4 astrazioni di base

- Oggetti:

- Sensori
- Attuatori

- Connessioni

Ph. Windell Oskay http://www.ﬂickr.com/photos/oskay/265899865/

29

Sensori

- Qualsiasi Oggetto capace di
produrre dati

- comunica attraverso HTTP

- anemometri, termometri,
Arduino, ...

- Twitter, Foursquare, API, altri servizi
Web, software app, ...
Ph. Windell Oskay http://www.ﬂickr.com/photos/oskay/
30

Attuatori

- Qualsiasi Oggetto capace di
ricevere dati e compiere un’azione

- comunica attraverso HTTP

- Illuminazione, Arduino, motori
passo-passo, Karotz, ...

- Twitter, Facebook, Processing, altre
applicazioni Web e non...
Ph. Dieter Drescher http://www.ﬂickr.com/photos/cosmosfan
31

Connessioni

- tra due Oggetti

- un Sensore come sorgente
- un Attuatore come destinazione

- configurabili:

- filtering dei dati

- trasformazione dei dati
Ph. supermaryan http://www.ﬂickr.com/photos/33975256@N06/
32

Filtri e trasformazioni: perchè?

eterogeneità degli oggetti e dei dati
personalizzazione

0xAB12CD

?
Il latte è terminato!

12,10,9,H,L
0,1, ON, OFF
33

Motore di Regole

Regole espresse in linguaggio JavaScript
definite dagli utenti
34

In sintesi

“ a cloud-based operating system for the Internet of Things ”

35

(alcuni) Esperimenti

http://www.flickr.com/photos/melitron
36

T light

http://youtu.be/6LuutBhG9nU

37

Ambient Assisted Living

http://youtu.be/LqqwyJV1iao

38

Jardimpu

- Giardinaggio sociale con Paraimpu, by Alberto Serra (@albeserra)

- http://jardimpu.blogspot.it

- Monitoring su Twitter: @jardimpu

39

part #2

Scelte Architetturali
e di Design

Ph. Jaime Silva, http://www.flickr.com/photos/20792787@N00/
40

Problema: scalabilità

– Cosa succede quando il numero degli utenti cresce?

– Cosa succede quando migliaia di oggetti vengono
aggiunti?

– Cosa succede quando migliaia di dati in (quasi) real-
time devono essere gestiti?

– Il sistema deve essere scalabile “by-design”!

41

Problemi e stili architetturali

Web-based Architecture

WS-* or REST
Web server

Load balancing
Scalabilità orizzontale

problema C10K
Database
?
Nuovi Sensori/Attuatori
Ph. MrFaber, http://www.ﬂickr.com/photos/mrfaber
42

WS-* o REST?

• per molti oggetti un WS-* stack è troppo complesso/
pesante: WSDL, SOAP over HTTP, ...

• spesso, abbiamo a che fare con piccoli (limitati) oggetti
fisici digitali

• Abbiamo scelto REST come stile architetturale

» Oggetti, connessioni, dati, utenti, ... , sono
risorse REST

43

RESTful Resources

http://paraimpu.crs4.it/service/e57faedb-5823-453e-8ff1-74a74e5...

http://paraimpu.crs4.it/user/a98d4e77-9774-4fa9-b35b-b1e12cc0...

HTTP
GET PUT POST DELETE

{"category": "arduino_usb_source", "servicetype": "src",
"description": "an Arduino USB sensor", "date_modified": "2012-04-13
17:24:32.157177", "uri": "/service/b58faedb-5823-453e-8ff1-74a74...",
"owner": "/user/b91b4e99-9764-4fa9-b35b-a1...", "token": "f03e5d9e-
a5b1-4a4a-b91d-...", "link": "http://paraimpu.crs4.it/service/
f57faedb-5823-765e-6bb6-74a...", "mode": "push", "policy": "PRIVATE",
"date_created": "2012-04-13 17:24:32.157177", "shortname": "ardusb",
"content-type": "application/json", "icon": "/static/images/
arduino_usb_source_icon.png"}

44

Database: SQL o NoSQL?

• Considerando:

• dati molto eterogenei --> flessibilità del DB schema
• richiesta scalabilità del DB su un sistema distribuito
• partizionamento dei dati e gestione delle repliche

• Abbiamo scelto un database NoSQL:

• no schema prefissato, no tabelle, no relazioni
• eﬃcienti read-write concorrenti, scalabilità, auto-sharding
• formato nativo dei dati in JSON-like (BSON)
45

Web server, Web front-end

• sistema interamente Web-based

• problema C10K: 10,000 connessioni HTTP aperte
simultaneamente (client)

• Scalabilità orizzontale: aggiungere nuove istanze del server
quando richiesto

• Bilanciamento del carico

46

Le connessioni

• connessioni basate su code di dati
• trasformazione dei dati eseguita da processi di sistema

47

Filtri sui dati

• un Filtro è una espressione booleana valutata su
un dato proveniente da un sensore

–espressa in JavaScript

» sensor > 12
» sensor.field == ‘H’
» sensor.data >20 && sensor.type == ‘temp’
» ...

48

Trasformazione dati: mapping

• i Mapping sono coppie di espressioni: (cond, repl)

• cond : espressione booleana valutata su dati
provenienti da un sensore (come per i filtri)

• repl : espressione che produce/trasforma un dato
da inoltrare all’ attuatore quando cond è vera

49

Mapping, esempi

Sensor data CONDITION REPLACE Actuator data
type type

numeric sensor > 30 <% sensor * 3.14 / 100 %> numeric

Summer is coming, temperature is:
numeric sensor > 25 text
<% sensor %> °C

Data is <% sensor.data %>
JSON sensor.data > 30 text
and type is <% sensor.type %>

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
sensor.A0 > 30 && <value>
JSON XML
sensor.A5 <= 10 <% sensor.A0 * 100 %>
</value>

50

Principali tecnologie

• back-end scritto principalmente in Python

• piccola parte in Java

• Web stack basato su Tornado Web server

• NoSQL DBMS (MongoDB)

• HTML + jQuery

51

• > 600 utenti world-wide

• nuovo progetto EU finanziato sulle
Smart Cities, basato su Paraimpu:
CityScripts http://paraimpu.crs4.it

twitter: @paraimpu

FB: facebook.com/paraimpu

YouTube: youtube.com/paraimpu

52

Contacts

• Antonio Pintus, pintux@crs4.it, Twitter: @apintux
• Davide Carboni, dcarboni@crs4.it
• Andrea Piras, piras@crs4.it

• http://paraimpu.crs4.it/team

• LBS group @ CRS4: http://geoweb.crs4.it/

• CRS4 Home Page: http://www.crs4.it

53

next:

DEMO
54

Q&A

GRAZIE!

55

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