Projekti / Programi
Napredni postopki za interaktivno sestavljanje senzorskih omrežij
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.22.02 |
Tehnika |
Komunikacijska tehnologija |
Interaktivna tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T180 |
Tehnološke vede |
Telekomunikacijsko inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.02 |
Tehniške in tehnološke vede |
Elektrotehnika, elektronika in informacijski inženiring |
interaktivni predmeti, semantično senzorsko omrežje, brezžično senzorsko vozlišče, semantične tehnologije, dinamično sestavljanje senzorskih omrežij, navidezna senzorska omrežja, storitveno orientirano omrežje, medmrežje stvari, upravljanje senzorskih virov
Raziskovalci (17)
Organizacije (2)
Povzetek
Napredek, ki smo mu priča na področjih senzorske strojne opreme, brezžičnih omrežij ter spletnih tehnologij, je prispeval k razvoju koncepta medmrežja stvari (Internet of Things), ki predvideva, da se bodo posamezne naprave, stvari in procesi povezovali v dinamično, globalno senzorsko infrastrukturo.
S tem projektnim predlogom želimo prispevati nekaj osnovnih gradnikov pri gradnji te vizije. V okviru projekta bomo razvili prototip naprednega senzorskega omrežja, ki bo skladen s konceptom medmrežja stvari in se bo lahko povezoval s podobnimi prototipi, ki so jih ali jih bodo razvile druge raziskovalne skupine po svetu. Ta prototip bo sestavljen iz treh logičnih, vertikalno integriranih plasti. Te plasti obsegajo (i) senzorska vozlišča, (ii) brezžično omrežje, ki povezuje senzorska vozlišča in (iii) zajete senzorske podatke, njihovo obdelavo, integracijo in razširjanje. Slednje zahteva tudi zagotavljanje varnega dostopa do porazdeljenih senzorskih virov v skladu z določenimi omejitvami, sledenje uporabe posameznih virov ob upoštevanju omejenih zmogljivosti vgrajenih naprav in njihovo logično združevanje za podporo učinkovitejšemu upravljanju.
Senzorska vozlišča so sestavljena iz strojne opreme, ki obsega senzorje, mikrokrmilnik in radijski modul, ter iz ustreznih programskih gonilnikov. V okviru projekta bomo razvili popolnoma modularno in prilagodljivo senzorsko vozlišče, ki bo primerno za uporabo v medmrežju stvari. S tem vozliščem se bomo izognili nekaterim omejitvam, ki smo jih zasledili v obstoječih komercialnih in akademskih senzorskih platformah.
Senzorsko omrežje, ki povezuje senzorska vozlišča, bo v splošnem podpiralo medsebojno povezovanje z uporabo raznolikih radijskih tehnologij. V okviru prototipa heterogenega senzorskega omrežja bomo implementirali ustrezne protokole in algoritme za prenosno in energetsko učinkovito povezovanje senzorskih vozlišč in zbiranje zajetih podatkov.
Podatkovna logična plast bo skrbela za dostop do podatkov posameznih senzorjev, za prevajanje med heterogenimi oblikami podatkovnih zapisov, za obdelavo velikih količin podatkov z uporabo sodobnih tehnik rudarjenja podatkov in za ustrezno predstavitev podatkov.
Pri razvoju takega sistema se srečamo z vrsto izzivov, med katerimi so najpomembnejši (i) vertikalna integracija vseh treh plasti v delujoč sistem, (ii) upravljanje obsega in (iii) upravljanje dinamike. V zvezi z vertikalno integracijo je izziv po eni strani pri razvoju in povezovanju modulov, ki uporabljajo še nepreizkušeno tehnologijo iz dveh različnih področij, komunikacijskega in področja umetne inteligence, po drugi strani pa tudi pri sestavi raziskovalne ekipe, ki pokriva potrebna interdisciplinarna znanja. V zvezi z upravljanjem obsega se bo pravi izziv pokazal šele s povečanjem števila vozlišč, saj bo začetni prototip po obsegu majhen in pod nadzorom, dejanski sistem pa se bo širil in bo vseboval večje število heterogenih elementov. V zvezi z upravljanjem dinamike pa je naš cilj razviti postopke za interaktivno dinamično sestavljanje senzorjev na zahtevo, kar bo omogočilo koncept virtualnih senzorskih omrežij in souporabo senzorskih virov.
Predlagani projekt sestoji iz štirih delovnih sklopov, ki odražajo zgoraj predstavljeno plastno strukturo celotnega sistema, v okviru katerih bo raziskovalno delo potekalo vzporedno. Program je nadalje razdeljen na tri faze, od katerih zaradi lažjega poročanja vsaka traja 12 mesecev. V vsakem od sklopov bodo delali raziskovalci z ustreznim znanjem in izkušnjami. Raziskovalno delo se bo začelo s temeljito analizo in ovrednotenjem posameznih tehnologij in se nadaljevalo z opredelitvijo celotne vertikalne strukture sistema, izvedbo posameznih prototipov, njihovo vertikalno integracijo v skupni sistem, in končalo s kritično analizo in ovrednotenjem delovanja sistema in njegovo optimizacijo.
Pomen za razvoj znanosti
Program projekta je interdisciplinaren in vključuje vrsto inovativnih elementov, ki so pomembni tako za razvoj novih tehnologij kot tudi za razvoj znanosti in stroke na področjih brezžičnih komunikacij, senzorskih omrežij, naprednega upravljanja z viri in medmrežja stvari. V okviru projekta smo prišli do novih temeljnih znanj o upravljanju senzorskih virov, o učinkovitem, zanesljivem in varnem povezovanju teh virov ter o dinamičnem sestavljanju omrežij z uporabo semantičnih tehnologij in metod strojnega odločanja. Dosežke in pridobljena znanja smo z namenom testiranja in validacije sproti implementirali v eksperimentalno senzorsko omrežje LOG-a-TEC, ki je kot del evropske iniciative FIRE/FIRE+ preko evropskih projektov CREW in Fed4FIRE na razpolago mednarodni raziskovalni skupnosti. Preko sprotnega nadgrajevanja eksperimentalnega senzorskega omrežja smo posredno prispevali k uveljavljanju sicer za področje telekomunikacij razmeroma malo uporabljane metodologije razvoja raziskovalnih prototipov in eksperimentalnega raziskovanja. O pomenu rezultatov za razvoj znanosti in o njihovi kakovosti priča sprotno poročanje o dosežkih na priznanih mednarodnih konferencah, tudi na vodilni konferenci s področja komunikacij IEEE ICC, ter v vrsti mednarodnih revij. Prispevki, ki se delno ali v celoti nanašajo na raziskovalno delo projekta J2-4197, so bili tako predstavljeni v petih člankih v mednarodnih revijah, med katerimi so tri s faktorjem vpliva, v poglavju v knjigi prestižne založbe Springer, na več kot 15 mednarodnih konferencah in delavnicah ter na štirih vabljenih predavanjih. Priznanje doseženim rezultatom med drugim potrjuje veliko število vabil k pripravi mednarodnih raziskovalnih projektnih predlogov, katere prejemamo prav zaradi znanj, ki smo jih pridobili na področju naprednih senzorskih omrežij in medmrežja stvari, izkušenj pri eksperimentalnem raziskovanju na področju brezžičnih komunikacijskih in senzorskih omrežij ter zmogljivosti eksperimentalnega senzorskega omrežja LOG-a-TEC, katerega vrsto funkcionalnosti smo razvili prav v projektu J2-4197. Delno tudi zaradi teh sprotno implementiranih zmogljivosti smo v času izvajanja projekta J2-4197 pridobili 5 dodatnih evropskih projektov (ABSOLUTE, CITI-SENSE, SUNSEED, ProaSense, in Fed4FIRE), v ocenjevanju ali pripravi pa je trenutno še približno 10 projektnih predlogov, v okviru katerih bomo uporabili in nadgradili dosežke projekta J2-4197. Nadalje o pomenu projekta za razvoj znanosti priča število z vsebino projekta povezanih magistrskih nalog in doktorskih disertacij. Dve magistrski nalogi (Maria Porcius in Zoltan Padrah; 2011 in 2012) in ena doktorska disertacija (Carolina Fortuna; 2013) so bile že zaključene, v teku pa je še ena magistrska naloga in štiri doktorske disertacije. Pomen rezultatov projekta za širšo znanost bo še posebno viden v daljšem časovnem obdobju, saj rezultati omogočajo souporabo obstoječih porazdeljenih senzorskih virov za dinamično vzpostavitev obsežnih virtualnih senzorskih omrežij na zahtevo in njihovo uporabo za eksperimentalne raziskave na različnih aplikativnih področjih. S tem pričakujemo, da bodo imeli rezultati pomemben vpliv ne le na bodoči razvoj novih postopkov in tehnologij na področju interaktivnega sestavljanja senzorskih omrežij, ampak posredno tudi na druga raziskovalna področja.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt sodi na področje informacijskih in komunikacijskih tehnologij, ki je eno izmed najpomembnejših področij, ki omogočajo pridobivanje novih znanj, povečujejo gospodarsko učinkovitost, neposredno podpirajo razvoj vrste gospodarskih področij in dvigujejo kakovost življenja. Projekt vključuje sodobne koncepte kot so medmrežje stvari, semantična senzorska omrežja in storitveno orientirana omrežja. Prav z uveljavljanjem koncepta medmrežja stvari pridobivajo senzorske tehnologije še pomembnejšo vlogo v skoraj vseh gospodarskih in družbenih področjih od varovanje okolja in infrastrukture ter obveščanja pred naravnimi nesrečami, do industrije, gospodinjstev, prometa, kmetijstva, zdravstva, itd. Tako bodo v okviru projekta pridobljena znanja nedvomno močno koristila domačemu, pa tudi evropskemu gospodarstvu pri razvoju novih inovativnih produktov in storitev, ki bodo vključevali sodobne koncepte senzorskih omrežij. Z vpeljavo le teh v industrijske in druge delovne procese lahko rezultati projekta povečajo produktivnost in inovativnost ter prispevajo tudi k modernizaciji javnega sektorja. Senzorska omrežja bodo v prihodnosti predstavljala pomemben del infrastrukture, ki bo pomembno prispevala k socialnemu, ekonomskemu in kulturnemu razvoju družbe. Sodobni koncepti kot so medmrežje stvari, pametna mesta, pametna energetska omrežja, podpora samostojnemu življenju, tovarne prihodnosti in e-zdravje obetajo številna nova delovna mesta predvsem v zasebnem proizvodnem in storitvenem sektorju, njihov skupni imenovalec pa so prav senzorske tehnologije in brezžične komunikacije. Zato lahko rečemo, da rešitve, kot smo jih razvili v projektu J2-4197 za napredno upravljanje s senzorskimi in komunikacijskimi viri v najrazličnejših okoljih, predstavljajo enega temeljev prihodnjega razvoja. Dinamično sestavljanje senzorskih omrežij omogoča souporabo razpršenih senzorskih virov na zahtevo in s tem znatno znižanje stroškov razvoja, postavitve in vzdrževanja sicer namenskih senzorskih omrežij. Glavne prednosti tega pristopa so najbolj očitne na primerih javne infrastrukture, kot jo je pričakovati v pametnih mestih. Sčasoma pa lahko z naprednejšo obdelavo in integracijo podatkov, predvsem z zagotavljanjem njihove varnosti in zasebnosti, pričakujemo prodor souporabe senzorskih virov tudi na bolj tradicionalna področja. Po postavitvi eksperimentalnega senzorskega omrežja LOG-a-TEC v sodelovanju z Občino Logatec in Komunalnim podjetjem Logatec in njegovi vključitvi v evropsko iniciativo FIRE/FIRE+ zaznavamo porast zanimanja za sodelovanje tuje pa tudi domače industrije. Na širšem področju senzorskih tehnologij smo tako v zadnjih letih samo v slovenskem prostoru poleg na projektu sodelujoče organizacije Xlab sodelovali oziroma še sodelujemo s podjetji kot so Telekom Slovenije, Elektro Primorska in Elektroservisi na skupnem evropskem projektu SUNSEED; Cosylab in Adria Mobil na razvojnih projektih SMER+ Ministrstva za gospodarstvo; Špica, Globtel, AMIS, Iskratel, Innova, Telekom Slovenije, Alpineon na kompetenčnem centru KC OPCOMM; Hella Saturnus Slovenija na evropskem projektu ProaSense; itd. Navedeno kaže, da je tudi med slovenskimi podjetji veliko in še naraščajoče zanimanja za senzorske tehnologije in s tem tudi za rezultate in pridobljena znanja projekta J2-4197. To nenazadnje dokazuje tudi načrtovan nov študijski program Senzorske tehnologije na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana, katerega smo sooblikovali tudi člani projektne skupine z namenom prenosa novo pridobljenih znanj na mlajše generacije in preko njih v industrijo.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
