ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ezhome Ολοκληρωμένο Σύστημα Προσομοίωσης και Ελέγχου ενός Έξυπνου Σπιτιού με χρήση Πρακτόρων Λογισμικού Διπλωματική εργασία του Σπανουδάκη Εμμανουήλ ΑΕΜ 5500 Θεσσαλονίκη, 2010 υπό την επίβλεψη του κ. Ανδρέα Λ. Συμεωνίδη Λέκτορα

2 2 Ευχαριστίες Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου προς τα πρόσωπα που με τον ένα ή άλλο τρόπο συνέβαλλαν στην επιτυχή ολοκλήρωση αυτής της διπλωματικής εργασίας. Στον λέκτορα κ. Ανδρέα Συμεωνίδη, που με εμπιστεύτηκε από την αρχή στην ανάθεση αυτής της εργασίας, με καθοδήγησε και ήταν πάντα παρών και διαθέσιμος όποτε αντιμετώπισα το οποιοδήποτε πρόβλημα. Στην οικογένεια μου, που πάντα με υποστηρίζει και είναι εκεί όταν την χρειάζομαι. Στους φίλους μου, για την υπομονή που έδειξαν όσο καιρό διήρκεσε αυτή η εργασία, για τις παρατηρήσεις τους και τις υποδείξεις τους που με βοήθησαν να βελτιώσω την δουλειά μου. Στην Άννα, για την ηθική και όχι μόνο συμπαράσταση κάθε φορά που άκουγε την φράση «Πάλι δεν δουλεύει!»

3 3 Σύνοψη Διπλωματικής Στις μέρες μας, ο αριθμός των ηλεκτρικών συσκευών σε ένα σπίτι αυξάνεται συνεχώς, και οι συσκευές αποκτούν όλο και πιο εξελιγμένα χαρακτηριστικά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της απαιτούμενης διαθέσιμης ισχύος από το δίκτυο παροχής ενέργειας ενώ παράλληλα δίνει νέες δυνατότητες στον κεντρικό έλεγχο των συσκευών μια οικίας. Τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει να εμφανίζονται στις αγορές οι λεγόμενοι Έξυπνοι Μετρητές (Smart Meters), οι οποίοι δίνουν την δυνατότητα στον καταναλωτή να ελέγχει σε πραγματικό χρόνο την κατανάλωση του, αλλά και να αλληλεπιδρά με τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειάς του. Στο σύντομο μέλλον αναμένεται πως με την χρήση των έξυπνων μετρητών θα είναι δυνατή η ρύθμιση και ο έλεγχος της κατανάλωσης σε επίπεδο οικίας, δίνοντας έτσι την δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας (και χρημάτων), την ομαλοποίηση της καμπύλης σε ομάδες καταναλωτών, και την αποφυγή γενικευμένων black-out σε ευρύτερες περιοχές του δικτύου. Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η προδιαγραφή, σχεδίαση και υλοποίηση ενός συστήματος λογισμικού το οποίο θα δίνει στον ένοικο πλήρη έλεγχο στις εγκατεστημένες ηλεκτρικές συσκευές, θα του παρέχει ενεργειακή (ως προς την κατανάλωση της οικίας σε KWhs) και οικονομική (ως προς το κόστος της κατανάλωσής του) πληροφορία και θα λειτουργεί ως μεσάζοντας ανάμεσα στον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας και τον καταναλωτή. Η εφαρμογή ezhome που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας αυτής, χρησιμοποιεί τεχνολογίες Πρακτόρων Λογισμικού (Software Agents) και, πέραν των παραπάνω δυνατοτήτων, δίνει στο χρήστη και τη δυνατότητα βέλτιστου χρονοπρογραμματισμού εργασιών που επιτελούνται από τις ηλεκτρικές συσκευές με βάση τις τιμές KWh προηγούμενων ημερών. Όλες αυτές οι λειτουργίες γίνονται διαθέσιμες στον χρήστη μέσα από μια εύχρηστη διεπαφή (Graphical User Interface). Οι παραδοχές που γίνονται σε αυτήν την διπλωματική είναι: 1. Η ύπαρξη ενός παρόχου ενέργειας με δυνατότητα παροχής οικονομικού σήματος για την τιμή της KWh ανά 15min. 2. H ύπαρξη ενός συστήματος ειδοποίησης των καταναλωτών σε περίπτωση ανάγκης (υπερβολικής ζήτησης ή βλάβης). 3. Η απλοποίηση (αγνόηση) του μηχανισμού γέννησης του οικονομικού σήματος: υψηλότερη τιμή KWh σημαίνει μεγαλύτερη ζήτηση ενέργειας την τρέχουσα στιγμή στο δίκτυο. 4. Η δυνατότητα όλων των εγκατεστημένων ηλεκτρικών συσκευών για σύνδεση σε δίκτυο υπολογιστών, η λήψη και εκτέλεση εντολών από απομακρυσμένο υπολογιστικό σύστημα.

4 4 ezhome: A Complete Platform for Simulation and Control of a Smart Home using Java Agents Spanoudakis Emmanouil Abstract Nowadays the number of household appliances is constantly increasing, while they are getting equipped with more and more advanced features. This leads to an increased need for available power through the energy grid, while at the same time creating the potential for control and monitoring of the appliances within a household. During the last few years, Smart Energy Meters have begun to emerge. These instruments are capable of giving real-time measurements of power consumption to the residents of a house, as well as providing a means of communication between residents and their power supplier. In the immediate future it is expected that the widespread use of Smart Meters will help provide monitoring and control of power consumption on a household level. Households are envisioned to use less power (and spend less for power), which will also help smooth out consumption curves in groups of households. This will ultimately help prevent black-outs in large areas of the power grid. The scope of this diploma thesis is the specification, design and implementation of a software platform, which will provide the residents of a house full control over their electric appliances, information on their power consumption both in terms of the amount of KWh consumed as well as on the cost of their consumption. The platform will also work as an intermediate between the house and the power supplier. ezhome, which has been developed within the context of the diploma thesis, is based on Software Agents and provides all the aforementioned functionality, as well as the ability to schedule the operation of any device at the optimal cost-effective time slot, based on previous days KWh prices. All the operations can be performed by the user through the system s friendly Graphical User Interface. The following assumptions were made in the design of ezhome: 1. The existence of a power supplier capable of delivering an economic signal containing the price of the KWh, every quarter of the hour. 2. The existence of a notification system that will inform the residents in case of an emergency (e.g. when there is very high demand for power or a grid failure). 3. The simplification (ignoring) of the system that generates the economic signal: A higher KWh price is perceived as higher demand in power from the grid at the given time.

5 5 4. All electric appliances are considered capable of connecting to a computer network, as well as of receiving and executing commands received from a central or remote computer system.

6 6 Στοιχεία συγγραφέα Ο Σπανουδάκης Εμμανουήλ είναι προπτυχιακός φοιτητής του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Διεύθυνση: Ελευθερίας 4, 55337, Τριανδρία, Θεσσαλονίκη Ηλεκτρονική Διεύθυνση:

7 7 Περιεχόμενα Ευχαριστίες....2 Σύνοψη Διπλωματικής...3 Abstract.4 Στοιχεία συγγραφέα...6 Λίστα Σχημάτων...9 Λίστα Πινάκων...10 Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή Ορισμός του προβλήματος Σκοπός της Διπλωματικής Οργάνωση Κεφαλαίων...12 Κεφάλαιο 2. Έξυπνα Σπίτια: Τεχνολογία και Έρευνα Έξυπνα Σπίτια. Μια ιδέα με πολλές προσεγγίσεις Ορισμός Ελέγξιμα σπίτια (Controllable Houses) Προγραμματιζόμενα Σπίτια (Programmable Houses) Ευφυή Σπίτια (Intelligent Houses) Υλοποιήσεις Έξυπνων Σπιτιών και σημαντικότερα έργα Έρευνας και Ανάπτυξης Έξυπνα Σπίτια και Τεχνητή Νοημοσύνη Έξυπνα Σπίτια και Έξυπνα δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας Έξυπνοι μετρητές Σημαντικότερα project στον τομέα της Έξυπνης Διαχείρισης Ενέργειας Πράκτορες Λογισμικού Ορισμός Χαρακτηριστικά πρακτόρων Λογισμικού Κατηγορίες Πρακτόρων Λογισμικού Βασικές Έννοιες Ευφυών Πρακτόρων Λογισμικού Πολυπρακτορικά Συστήματα (Multi-Agent Systems) Εφαρμογή των Πρακτόρων Λογισμικού στην Προσομοίωση και τον Έλεγχο ενός Έξυπνου Σπιτιού...41 Κεφάλαιο 3. Αρχιτεκτονική του Συστήματος - Αρχές Υλοποίησης Γενικά Λειτουργικές Απαιτήσεις Συστήματος Αρχιτεκτονική του Συστήματος Μακροσκοπική Θεώρηση Προγραμματιστική Αρχιτεκτονική του Συστήματος Προγραμματισμός συσκευών και δημιουργία Εργασιών Χρονοπρογραμματισμός : παραδοχές και απλοποιήσεις Υλοποίηση του Χρονοπρογραμματισμού Άλλες Δυνατότητες του Συστήματος Προβολή Στατιστικών Στοιχείων Δυνατότητα Επαναφοράς Συστήματος...66

8 8 3.5 Η Βάση Δεδομένων ezhomedb...67 Κεφάλαιο 4. Περιβάλλον Διεπαφής Οθόνες συστήματος Εκκίνηση Οθόνη Στατιστικών, Statistics Tab Γραμμή Μενού Οθόνη Δωματίων, Rooms Tab Οθόνη Προγραμματισμού Tasks, Task Scheduling Tab Οθόνη Διαχείρισης Συσκευών, Device Settings Κονσόλα Ελέγχου Πρακτόρων Προειδοποιήσεις Συστήματος...80 Κεφάλαιο 5. Σενάριο χρήσης-επικύρωση Λειτουργίας Πλατφόρμα Δοκιμών Σενάριο Λειτουργίας Συνθήκες Σεναρίου Υλοποίηση Σεναρίου στο σύστημα ezhome...83 Κεφάλαιο 6. Συμπεράσματα και Μελλοντική Εργασία Σύνοψη Συμπεράσματα Προτάσεις για επέκταση και μελλοντική εργασία...91 Βιβλιογραφία...93

9 9 Λίστα Σχημάτων Σχήµα 1. Κατηγορίες Έξυπνων Σπιτιών...15 Σχήµα 2. Δίκτυα διανομής, με και χωρίς AMI...32 Σχήµα 3. Σχεδιάγραμμα Έξυπνου Μετρητή...34 Σχήµα 4. Πραγματικός έξυπνος μετρητής, της εταιρείας EVB Energie AG...34 Σχήµα 5. Κατηγορίες Πρακτόρων Λογισμικού...38 Σχήµα 6. Διάγραμμα πρακτόρων Σχήµα 7. Διάγραμμα Πρακτόρων Σχήµα 8. Διάγραμμα ροής Αλγορίθμου Χρονοπρογραμματισμού Scheduler...61 Σχήµα 9. Σενάρια χρήσης συσκευής με preserve mode (Θερμοσίφωνας)...63 Σχήµα 10. Σενάρια χρήσης συσκευής χωρίς preserve mode (Πλυντήριο)...64 Σχήµα 11. Διάγραμμα Οντοτήτων-Συσχετίσεων Βάσης Δεδομένων ezhomedb...69 Σχήµα 12. Λογότυπο Προγράμματος...70 Σχήµα 13. Αρχική οθόνη εφαρμογής,statistics Tab...71 Σχήµα 14. Μενού File...72 Σχήµα 15. Μενού View...72 Σχήµα 16. Μενού Help...72 Σχήµα 17. Παράθυρο Διαθέσιμων Συσκευών, Available Devices...73 Σχήµα 18. Οθόνη Δωματίων, Rooms Tab...74 Σχήµα 19. Παράθυρο προβολής προγραμματισμένων tasks τρέχουσας ημέρας...76 Σχήµα 20. Οθόνη Προγραμματισμού tasks, Task Scheduling Tab...76 Σχήµα 21. Οθόνη Διαχείρισης Συσκευών, Device Settings...78 Σχήµα 22. Κονσόλα ελέγχου Πρακτόρων, RMA Console...79 Σχήµα 23. Μήνυμα Προειδοποίησης, Warning...80 Σχήµα 24. Μήνυμα λήξης προειδοποίησης, Warning Elapsed...80 Σχήµα 25. Παράθυρο Διαλόγου: Ορισμός αριθμού Δωματίων...83 Σχήµα 26. Παράθυρο Διαλόγου : Ορισμός ονομάτων Δωματίων...83 Σχήµα 27. Εγκατάσταση Συσκευών στα Δωμάτια...84 Σχήµα 28. Προετοιμασία tasks...85 Σχήµα 29. Προγραμματισμένα tasks ημέρας...86 Σχήµα 30. Διάγραμμα κατανάλωσης εβδομάδας...86 Σχήµα 31. Διάγραμμα κατανάλωσης ημέρας...87 Σχήµα 32. Διάγραμμα ημερήσιας κατανάλωσης air-condition...88 Σχήµα 33. Διάγραμμα ημερήσιας κατανάλωσης θερμοσίφωνα...89 Σχήµα 34. Διάγραμμα ημερήσιας κατανάλωσης πολυελαίου...89

10 10 Λίστα Πινάκων Table 1. Πίνακας Ασύρματων Τεχνολογιών...26 Table 2. Πίνακας χαρακτηριστικών Συσκευών ON/OFF...50 Table 3. Πίνακας χαρακτηριστικών Συσκευών Setpoint...50 Table 4. Πίνακας χαρακτηριστικών της κλάσης Scenario...65

11 11 Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή 1.1 Ορισμός του προβλήματος Μέχρι σήμερα, η παροχή ενέργειας από τις επιχειρήσεις ηλεκτρισμού ανά τον κόσμο αποτελεί μια διαδικασία που δεν περιλαμβάνει την ανά πάσα στιγμή ενημέρωση των καταναλωτών ως προς τις τιμές του ρεύματος και την κατανάλωση της οικίας τους. Αυτό πρόκειται να αλλάξει στο άμεσο μέλλον, με την εγκατάσταση έξυπνων μετρητών, οι οποίοι θα μπορούν να προβάλλουν σε οθόνες ή άλλες συσκευές, στοιχεία κατανάλωσης και κόστους όποτε το επιθυμεί ο καταναλωτής. Οι ίδιοι μετρητές θα δώσουν επίσης την δυνατότητα άμεσης επικοινωνίας των παρόχων ενέργειας με τους καταναλωτές, γεγονός που μαζί με την απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να οδηγήσει στην δημιουργία «συνδρομητικών πακέτων ενέργειας», στα πρότυπα του τομέα της κινητής τηλεφωνίας. Πέραν αυτού, η ενσωμάτωση στα σπίτια των καταναλωτών νέων έξυπνων ηλεκτρικών συσκευών, θα δώσει την δυνατότητα συνεργασίας μεταξύ αυτών και των έξυπνων μετρητών. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα, για πρώτη φορά οι πάροχοι ενέργειας να μπορούν να παρεμβαίνουν στην οικιακή κατανάλωση σε κρίσιμες περιστάσεις κρατώντας την ζήτηση ενέργειας του δικτύου εντός επιτρεπτών ορίων και αποφεύγοντας γενικευμένα black-out, τα οποία ως τώρα αποτελούσαν μονόδρομο σε τέτοιες περιπτώσεις. Η ενσωμάτωση αυτών των προηγμένων ηλεκτρονικών συσκευών στις κατοικίες θα ωφελήσει και τους καταναλωτές εκτός από τους παρόχους. Συσκευές με δυνατότητες δικτύωσης θα μπορούν να συνδέονται τόσο με τον έξυπνο μετρητή, όσο και με ένα κεντρικό υπολογιστικό σύστημα ελέγχου, δίνοντας έτσι στον χρήστη πλήρη έλεγχο και πρόσβαση στις λειτουργίες τους από ένα σημείο. Επίσης θα καταστεί εφικτός ο χρονοπρογραμματισμός των συσκευών ώστε ορισμένες λειτουργίες να εκτελούνται στις πιο συμφέρουσες για τον καταναλωτή οικονομικά και για τον πάροχο από άποψη φόρτου - ώρες. Από όλα τα παραπάνω γίνεται εμφανής η ανάγκη για την δημιουργία μιας ολοκληρωμένης εφαρμογής που θα συνδέει τις ηλεκτρικές συσκευές με τον έξυπνο μετρητή, θα μπορεί να προβάλλει πληροφορίες στον χρήστη για την κατανάλωσή τους, την κατάστασή τους, τις τιμές του ρεύματος και θα του δίνει πλήρη πρόσβαση και έλεγχο από ένα και μόνο σημείο. Η ίδια εφαρμογή θα λειτουργεί ως μεσάζων ανάμεσα στον χρήστη και τον πάροχο ενέργειας, ανταλλάσοντας πληροφορίες με τον πάροχο και προβάλλοντας πληροφορίες που τυχόν στέλνει.

12 Σκοπός της Διπλωματικής Βασικός σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η δημιουργία μιας εφαρμογής, βασισμένη σε Πράκτορες Λογισμικού, η οποία θα προσομοίωνε ένα «έξυπνο σπίτι» και τις λειτουργίες του έξυπνου μετρητή και των συσκευών του, και θα προσέφερε τις δυνατότητες που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Αυτή η εφαρμογή θα μπορούσε να αποτελέσει μέρος μιας ευρύτερης εφαρμογής που θα περιελάμβανε και την προσομοίωση παραγωγής οικονομικών σημάτων από τον πάροχο ενέργειας. Η εφαρμογή ezhome, αναπτύχθηκε με σκοπό να εκπληρώσει τους στόχους που αναφέρθηκαν. Η εφαρμογή, επιτρέπει στον χρήστη να δημιουργήσει ένα εικονικό σπίτι, στο οποίο μπορεί στην συνέχεια να προσθέσει έξυπνες ηλεκτρικές συσκευές από έτοιμες λίστες συσκευών χωρισμένες σε τέσσερις θεματικές ενότητες: Φωτισμός (Lighting), Ρύθμιση Θερμοκρασίας (Temperature), Διασκέδαση (Entertainment) και Λοιπές Συσκευές (Other devices). Στην συνέχεια μπορεί να ρυθμίσει τις συσκευές ανάλογα με τις επιθυμίες του, ή να τις προγραμματίσει. Όλες αυτές οι λειτουργίες γίνονται διαθέσιμες στον χρήστη μέσω μιας εύχρηστης διεπαφής (Graphical User Interface ή GUI). Επίσης, η εφαρμογή κάνει χρήση μιας Βάσης Δεδομένων MySQL στην οποία αποθηκεύονται ποικίλα δεδομένα, από τις λεπτομέρειες κάθε συσκευής και το πού είναι εγκατεστημένη, έως τις τιμές του ρεύματος κάθε τέταρτο. Η βάση αυτή χρησιμεύει και στην δημιουργία στατιστικών κατανάλωσης και μέσης τιμής του ρεύματος, τα οποία είναι επίσης διαθέσιμα στον χρήστη μέσα από την διεπαφή. Ακόμα η εφαρμογή δίνει την δυνατότητα στον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας να παρέμβει σε περίπτωση ανάγκης, ζητώντας από την εφαρμογή να κλείσει συσκευές του σπιτιού ελάσσονος σημασίας για τον χρήστη προκειμένου να αποφευχθεί κάποιο black-out. 1.3 Οργάνωση Κεφαλαίων Η παρούσα διπλωματική ακολουθεί την εξής δομή : Κεφάλαιο 2 - Έξυπνα Σπίτια: Τεχνολογία και Έρευνα : Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται αρχικά μια ανάλυση των πρακτόρων λογισμικού και των πολυπρακτορικών συστημάτων, προκειμένου να γίνει κατανοητή η τεχνολογία που χρησιμοποιήθηκε για την δημιουργία της εφαρμογής Ez-Home. Στην συνέχεια, στο Κεφάλαιο 2.2, ακολουθεί μια ανασκόπηση της έννοιας του «έξυπνου σπιτιού» και των διαφορετικών προσεγγίσεων που υπάρχουν σήμερα στα έξυπνα σπίτια. Αναλύονται επίσης οι διαθέσιμες τεχνολογίες για την υλοποίηση έξυπνων σπιτιών και παρουσιάζονται οι σημαντικότερες υλοποιήσεις και τα σημαντικότερα project που υπάρχουν ή βρίσκονται σε εξέλιξη σήμερα. Τέλος, στο Κεφάλαιο 2.3 γίνεται μια ανάλυση των έξυπνων μετρητών, και των έξυπνων δικτύων διανομής ηλεκτρικής

13 13 ενέργειας. Παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα των υποδομών που αξιοποιούν έξυπνους μετρητές και πώς αυτοί μπορεί να αποτελέσουν μέρος ενός έξυπνου σπιτιού. Τέλος παρουσιάζονται τα σημαντικότερα project στον τομέα της έξυπνης διαχείρισης ενέργειας. Κεφάλαιο 3 Προδιαγραφές και Αρχιτεκτονική του Συστήματος : Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της σχεδίασης του συστήματος ezhome. Το κεφάλαιο ξεκινάει με την παρουσίαση των λειτουργικών απαιτήσεων του συστήματος και στην συνέχεια προχωράει στην ανάλυση της αρχιτεκτονικής που ακολουθήθηκε. Αναγνωρίζονται και παρουσιάζονται οι οντότητες που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της εργασίας, μακροσκοπικά και προγραμματιστικά. Ακόμα, παρουσιάζεται το σύνολο των πρακτόρων που αναπτύχθηκαν και παρατίθεται ο τρόπος λειτουργίας και οι αρμοδιότητες του καθενός. Ακολουθεί η παρουσίαση του τρόπου υλοποίησης του χρονοπρογραμματισμού καθώς και οι επιπλέον δυνατότητες του συστήματος. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται μια παρουσίαση της Βάσης Δεδομένων ezhomedb που αναπτύχθηκε σαν μέρος του συστήματος ezhome. Κεφάλαιο 4 - Περιβάλλον Διεπαφής : Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται η γραφική διεπαφή χρήστη (GUI) που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής. Παρουσιάζονται όλες οι οθόνες που μπορεί να συναντήσει ο χρήστης στο πρόγραμμα ezhome μαζί με λεπτομέρειες για τις επιλογές που δίνονται σε κάθε οθόνη. Τέλος παρουσιάζονται τα μενού και οι βοηθητικές οθόνες του προγράμματος καθώς και τα πιθανά μηνύματα που μπορεί να σταλούν στον χρήστη από τον Πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας, Κεφάλαιο 5 Σενάριο χρήσης-επικύρωση Λειτουργίας : Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα υποθετικό σενάριο λειτουργίας του συστήματος ezhome. Τα βήματα που ακολουθούνται για την υλοποίηση του σεναρίου παρουσιάζονται με την λογική σειρά που θα ακολουθούσε ένας νέος χρήστης που θέλει να δημιουργήσει πρώτη φορά το σπίτι του στο πρόγραμμα. Στην συνέχεια παρουσιάζονται στιγμιότυπα του προγράμματος στην διάρκεια της λειτουργίας του και μελετάται κατά πόσον το πρόγραμμα λειτούργησε σωστά. Κεφάλαιο 6 Συμπεράσματα και Μελλοντική Εργασία : Στο τελευταίο κεφάλαιο αυτής της εργασίας, γίνεται μια σύνοψη του σκοπού της εργασίας και παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν μετά την χρήση του συστήματος ezhome. Τέλος, γίνονται κάποιες προτάσεις για πιθανές μελλοντικές επεκτάσεις και βελτιώσεις του συστήματος.

14 14 Κεφάλαιο 2. Έξυπνα Σπίτια: Τεχνολογία και Έρευνα 2.1 Έξυπνα Σπίτια. Μια ιδέα με πολλές προσεγγίσεις Ορισμός Ο όρος έξυπνο σπίτι έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται και μπαίνει όλο και περισσότερο στις οικίες των ανθρώπων. Παρόλα αυτά, είναι γεγονός ότι υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί λόγοι που μπορούν να κάνουν ένα σπίτι να χαρακτηριστεί «έξυπνο». Για παράδειγμα ένα σπίτι που ρυθμίζει μόνο του την ένταση του φωτισμού ανάλογα με τις εξωτερικές συνθήκες, μπορεί να θεωρηθεί «έξυπνο». Το ίδιο όμως μπορεί να ισχυριστεί κανείς και για ένα σπίτι το οποίο ελέγχει με αισθητήρες την κίνηση των ηλικιωμένων ενοίκων του και ειδοποιεί αυτόματα το πλησιέστερο νοσοκομείο αν κρίνει ότι υπάρχει πρόβλημα. Παρατηρούμε δηλαδή διαφορετικές εκδοχές της ευφυΐας που μπορεί να διακρίνει ένα σπίτι. Κρίνεται επομένως απαραίτητο να προχωρήσουμε σε μια κατηγοριοποίηση των έξυπνων σπιτιών με βάση 1) Το τί προσφέρουν στην καθημερινή ζωή των ενοίκων τους, 2) Τί τεχνολογίες χρησιμοποιούνται και 3) Τί απαιτήσεις υπάρχουν από το καθένα. Μια αξιόλογη προσπάθεια ταξινόμησης έχει γίνει από τον Boguslaw Pilich [PIL04], στην διπλωματική εργασία του με τίτλο, «Engineering Smart Homes» και θα παρουσιαστεί στην συνέχεια. Με βάση αυτήν την ταξινόμηση έχουμε 3 βασικές κατηγορίες έξυπνων σπιτιών : 1. Τα Ελέγξιμα Σπίτια (Controllable Houses) 2. Τα Προγραμματιζόμενα Σπίτια (Programmable Houses) 3. Τα Ευφυή Σπίτια (Intelligent Houses) Αυτές οι 3 κατηγορίες μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω σε μικρότερες υποκατηγορίες, με βάση την τεχνολογική προσέγγιση που χρησιμοποιείται σε κάθε περίπτωση. Παρακάτω παραθέτουμε ένα διάγραμμα που παρουσιάζει μια ταξινόμηση των Έξυπνων Σπιτιών σε κατηγορίες (Σχήμα 1).

15 15 Σχήµα 1.Κατηγορίες Έξυπνων Σπιτιών Ελέγξιμα σπίτια (Controllable Houses) Σε αυτήν την κατηγορία κατατάσσονται τα σπίτια εκείνα που δίνουν στους ιδιοκτήτες τους μεγαλύτερες δυνατότητες ελέγχου απ ότι τα συμβατικά σπίτια. Συγκεκριμένα, ένα Ελέγξιμο σπίτι έχει ως πρωταρχικό σκοπό την άνεση των ενοίκων του, όπου και αν κινούνται αυτοί μέσα σ αυτό. Ανάλογα με την υλοποίηση, διακρίνουμε τις παρακάτω υποκατηγορίες: Σπίτια με Όλα-Σε-Ένα συσκευές ελέγχου (All-in-one integrated remote controller) Σε ένα τέτοιο σπίτι, το σύνολο σχεδόν των οικιακών συσκευών μπορεί να ελεγχθεί με ένα και μόνο τηλεκοντρόλ, ή ένα πάνελ ελέγχου. Οι απαιτήσεις σε αυτήν την περίπτωση έχουν να κάνουν με τον τρόπο επικοινωνίας των χειριζόμενων συσκευών και της συσκευής ελέγχου. Είναι μια τεχνολογικά εφαρμόσιμη λύση καθότι απαιτείται απλώς μια ενσύρματη ή ασύρματη μέθοδος επικοινωνίας. Τα τελευταία

16 16 χρόνια έχουν κάνει την εμφάνιση τους κάποιες συσκευές τέτοιου τύπου, όπως ο Master Controller της Bang & Ollufsen [URL 2], καθώς και άλλων εταιρειών. Σπίτια με διασυνδεδεμένες ηλεκτρικές συσκευές (Houses with Interconnected Devices) Σε αυτόν τον τύπο έξυπνου σπιτιού, οι ηλεκτρικές συσκευές όπως τηλεόραση, υπολογιστής, ηχεία, οθόνες, κάμερες, είναι διασυνδεδεμένες μεταξύ τους, επιτρέποντας την ανταλλαγή υλικού από την μία στην άλλη. Με αυτόν τον τρόπο η ψυχαγωγία στο σπίτι αποκτάει μεγαλύτερη ευκινησία και οι ένοικοι έχουν την δυνατότητα να χρησιμοποιήσουν τις δυνατότητες των συσκευών ανεξάρτητα του χώρου που βρίσκονται αυτές. Οι απαιτήσεις σε ένα τέτοιο σπίτι αφορούν την ύπαρξη ενός αποδοτικού τρόπου επικοινωνίας των συσκευών μεταξύ τους, όπως για παράδειγμα μια ευρυζωνική σύνδεση. Επίσης, μπορεί να περιλαμβάνεται και μια συσκευή ελέγχου όπως αυτή περιγράφηκε στην προηγούμενη κατηγορία. Σπίτια που ελέγχονται με τη φωνή, χειρονομίες ή κίνηση (Houses controlled by voice, gestures or movement) Αυτός ο τύπος σπιτιού έχει πολλές ομοιότητες με τον πρώτο τύπο που περιγράφηκε καθώς και εδώ σκοπός είναι ο έλεγχος των επιμέρους ηλεκτρικών συσκευών με έναν συγκεντρωτικό τόπο. Η διαφορά είναι, ότι αντί να έχουμε μια ορατή συσκευή ελέγχου όπως στην πρώτη περίπτωση, έχουμε ένα σύστημα αόρατο στον χρήστη. Αυτό μπορεί να αποτελείται από αισθητήρες κίνησης, κάμερες, μικρόφωνα και άλλες συσκευές που καταγράφουν τα ερεθίσματα που παράγει ο ένοικος του σπιτιού. Σήμερα, το hardware για την δημιουργία τέτοιων λύσεων υπάρχει. Το πρόβλημα έγκειται στο software, το οποίο είναι πολύ δυσκολότερο στην υλοποίηση. Για την δημιουργία συστημάτων που βασίζονται στην αναγνώριση φωνής, προσώπων και χειρονομιών, απαιτούνται ιδιαίτερα αξιόπιστες λύσεις σε software οι οποίες να μπορούν να αντιλαμβάνονται με μεγάλη ακρίβεια τις επιθυμίες του χρήστη. Πλεονεκτήματα των Ελέγξιμων σπιτιών Το βασικότερο πλεονέκτημα των Ελέγξιμων σπιτιών είναι η ευχρηστία. Μια ενιαία συσκευή ελέγχου αντικαθιστά τα πολλαπλά τηλεκοντρόλ για τις διάφορες συσκευές. Ιδιαίτερα στις μέρες μας, που σχεδόν κάθε σπίτι έχει πληθώρα ηλεκτρ(ον)ικών συσκευών, συνήθως από διαφορετικούς κατασκευαστές, αυτή η δυνατότητα είναι σίγουρα ευπρόσδεκτη. Εξίσου εύχρηστη είναι και η διασύνδεση των συσκευών ήχου και εικόνας μεταξύ τους, και με έναν διακομιστή, ώστε να επιτραπεί η αναπαραγωγή οπτικοακουστικού υλικού οπουδήποτε και αν βρίσκεται κανείς μέσα στο σπίτι. Τέλος, με την χρήση καμερών και μικροφώνων είναι επίσης δυνατόν οι ένοικοι να επικοινωνούν μεταξύ τους με ήχο και εικόνα ακόμα και αν

17 17 βρίσκονται σε τελείως διαφορετικά σημεία. Μια ακόμα προοπτική που διαδίδεται όλο και περισσότερο είναι ο χειρισμός των συσκευών του σπιτιού απομακρυσμένα, μέσω του Διαδικτύου. Εφόσον υπάρχει ήδη μια κεντρική συσκευή ελέγχου μέσα στο σπίτι ο χειρισμός αυτής από απόσταση είναι θεωρητικά απλή υπόθεση με την υπάρχουσα τεχνολογία. Προβλήματα και μειονεκτήματα Κάθε project Ελέγξιμου Σπιτιού έχει τον κίνδυνο να καταστήσει το σπίτι υπερβολικά ελέγξιμο. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να απομονώνει τα μέλη μιας οικογένειας στα δωμάτια τους αφού δεν θα χρειάζεται πλέον να επικοινωνούν κατ ιδίαν ή να οδηγήσει σε ανθυγιεινό τρόπο ζωής τους ενοίκους, περιορίζοντας στο ελάχιστο την κίνηση τους μέσα στο σπίτι. Απαιτείται επομένως προσεκτικός σχεδιασμός. Επίσης, κάποιες φορές είναι δύσκολο να διακρίνει κανείς αν κάποιες από τις λειτουργίες που παρέχονται επιτελούν κάτι ουσιαστικό. Τεχνολογία Αιχμής στα Ελέγξιμα Σπίτια Οι τεχνολογίες που απαιτούνται για την υλοποίηση ενός τέτοιου σπιτιού ποικίλουν. Αρχικά για την υλοποίηση του All-in-one controller, μπορεί να χρησιμοποιηθούν είτε πάνελ με συγκεντρωτικές λειτουργίες τοποθετημένα σε σημεία-κλειδιά μέσα στο σπίτι, ή να προτιμηθεί μια φορητή λύση. Τα πάνελ μπορούν να είναι οθόνες αφής μικρών διαστάσεων. Παρόλα αυτά δεν λύνουν εντελώς το πρόβλημα γιατί ορισμένες συσκευές όπως η τηλεόραση εξακολουθούν να χρειάζονται τηλεχειρισμό. Μία φορητή λύση με την μορφή ενός PDA, η μιας μικρής οθόνης αφής είναι μια πιο προσιτή επιλογή. Υπάρχει ακόμα η δυνατότητα να καταστεί εφικτός ο τηλεχειρισμός μέσω ενός κινητού τηλεφώνου κάνοντας χρήση της τεχνολογίας Bluetooth ή Wi-fi. Οι συσκευές προς έλεγχο μπορεί να ποικίλουν από απλές καθημερινές ηλεκτρικές συσκευές (τηλεόραση, πλυντήριο) έως πιο εξεζητημένες όπως σκίαστρα παραθύρων. Για την διασύνδεση των συσκευών μεταξύ τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί καλωδίωση σε τοπικό δίκτυο LAN ή να χρησιμοποιηθούν ασύρματες τεχνολογίες Bluetooth ή Wi-fi. Ακόμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί δικτύωση μέσω του ηλεκτρικού δικτύου. Για την αν αναγνώριση φωνής και κινήσεων είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν αισθητήρες κίνησης, κάμερες και μικρόφωνα. Παρόλα αυτά όπως αναφέραμε, η δυσκολία της υλοποίησης τέτοιων συστημάτων έγκειται στο λογισμικό και όχι στο υλικό. Η χρήση μεθόδων αναγνώρισης φωνής και χειρονομιών θεωρείται ως η λιγότερο ενοχλητική προς τους ιδιοκτήτες του σπιτιού. Οι ίδιοι δεν χρειάζεται να αναζητούν συσκευές ελέγχου και με απλές κινήσεις ή εντολές μπορούν να ελέγξουν τις συσκευές τους. Η τεχνολογική πρόκληση τέτοιων εφαρμογών είναι μεγάλη, υπάρχουν όμως ήδη αρκετές προσπάθειες στον τομέα της αναγνώρισης φωνής και

18 18 κινήσεων. Αναφέρουμε ενδεικτικά τα πιο αξιόλογα έργα/πρωτοπόρες ερευνητικές ομάδες: 1. Η ομάδα Agent-based Intelligent Reactive Environments (AIRE), του πανεπιστημίου MIT έχει δημιουργήσει ένα πολύ φιλόδοξο project με τίτλο Intelligent Room [URL3]. Το δωμάτιο αυτό είναι δυνατόν να ελεγχθεί μόνο με τη φωνή του χρήστη. Παρόλα αυτά απαιτείται η χρήση συγκεκριμένης γραμματικής και εκφράσεων προκειμένου αυτές να μπορούν να γίνουν αντιληπτές από τον υπολογιστή που χειρίζεται τις συσκευές. Το ίδιο δωμάτιο έχει την δυνατότητα αναγνώρισης και χειρονομιών αν και παρατηρήθηκε ότι διαφορετικές συνθήκες φωτισμού και διαφορετικές θέσεις του χρήστη στο δωμάτιο επηρεάζουν την ερμηνεία των κινήσεων. Ένα δεύτερο project της ίδιας ομάδας, φέρει τον τίτλο Oxygen [URL 4], το οποίο εστιάζει στον συνδυασμό φωνής, κινήσεων χειλιών και χειρονομιών. Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται είναι παρόμοια με αυτήν του Intelligent Room. 2. Το Aware Home Research Initiative (AHRI) [URL 5], είναι ένα project του Georgia Institute of Technology. Για τις ανάγκες του project έχει χρησιμοποιηθεί ένα σπίτι 470 τετραγωνικών μέτρων, στο οποίο ο έλεγχος των οικιακών συσκευών γίνεται με χρήση χειρονομιών των χεριών του χρήστη. Απαραίτητο για τον έλεγχο είναι ο χρήστης να φοράει συνεχώς ένα κρεμαστό σαν κόσμημα στο λαιμό του, το οποίο όμως είναι στην ουσία, μια συσκευή αναγνώρισης κινήσεων με μικροκάμερα. Η σταθερή της θέση ως προς το σώμα του χρήστη και το μικρό της μέγεθος την κάνουν ιδανική για μεταφορά και διασφαλίζουν την αξιοπιστία στην αναγνώριση. Η μέθοδος έχει επιδείξει μεγάλη αξιοπιστία και αποτελεί μια από τις πιο επιτυχημένες εφαρμογές σπιτιού ελεγχόμενου με κίνηση. 3. Η Philips έχει επίσης αναπτύξει ένα ενδιαφέρον project με τίτλο Easy Access. Σε αυτό χρησιμοποιείται μια μεγάλη Βάση Δεδομένων με μουσικά κομμάτια. Ο χρήστης της Βάσης μπορεί να αναζητήσει κάποιο κομμάτι απλά σιγοτραγουδώντας ένα τμήμα του. Το ενδιαφέρον αυτού του project εστιάζεται στο γεγονός ότι η αναγνώριση δεν γίνεται βάση κανονικής ομιλίας αλλά περισσότερο μέσω του ήχου και του ρυθμού. Το project ήταν τόσο επιτυχημένο που οδήγησε στη δημιουργία του Internet-connected audio Jukebox. 4. To House of the Future της Microsoft, είναι ένα σπίτι επίδειξης του πώς μπορεί να είναι ένα σπίτι του μέλλοντος. Μέσα στις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται είναι και αυτή της αναγνώρισης φωνής, η οποία όμως δεν είναι από τις πιο αξιόπιστες. Η ίδια η εταιρεία παραδέχεται ότι αυτό οφείλεται σε μη επαρκείς λύσεις της αγοράς, και τονίζει ότι το project έχει χαρακτήρα εκθεσιακό και όχι πραγματικής εφαρμογής.

19 19 Το μέλλον του Ελέγξιμου Σπιτιού: Μια από τις πιο ενδιαφέρουσες μελλοντικές εξελίξεις στα Ελέγξιμα σπίτια θα είναι η δυνατότητα αναγνώρισης των συναισθημάτων των ενοίκων και η προσαρμογή των συνθηκών βάση αυτών. Η πιο φουτουριστική όμως ιδέα αφορά την δυνατότητα ελέγχου ενός τέτοιου σπιτιού με την σκέψη. Το γεγονός ότι υπάρχουν ήδη συσκευές με δυνατότητα αναγνώρισης ηλεκτρικών σημάτων του εγκεφάλου όπως ο OCZ Neural Impulse Actuator [URL 6], που επιτρέπει τον χειρισμό ενός υπολογιστή χωρίς ποντίκι και πληκτρολόγιο, δείχνει ότι η μέρα που ένα σπίτι θα μπορεί να ελέγχεται με παρόμοιο τρόπο ίσως δεν είναι πολύ μακριά Προγραμματιζόμενα Σπίτια (Programmable Houses) Σε αυτήν την κατηγορία κατατάσσουμε τα σπίτια εκείνα που μπορούν να προγραμματιστούν ώστε υπό συγκεκριμένες συνθήκες να ανοίγουν, ή να κλείνουν οικιακές συσκευές, ή να ρυθμίζουν με κάποιον τρόπο την λειτουργία τους. Διακρίνουμε δύο υποκατηγορίες προγραμματιζόμενων σπιτιών: Σπίτια που αντιδρούν στον χρόνο και σε απλές εισόδους αισθητήρων (Houses reacting to time and simple sensor inputs). Σε αυτήν την κατηγορία έχουμε σπίτια τα οποία επεμβαίνουν στην κατάσταση οικιακών συσκευών με βάση την ώρα. Ένα παράδειγμα είναι η ενεργοποίηση του θερμοσίφωνα την ώρα που ο ένοικος επιθυμεί να ανάβει. Με έναν απλό μηχανισμό ελέγχου της ώρας μπορούν να προγραμματιστούν πολλές λειτουργίες να εκτελούνται σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές. Επίσης στην ίδια κατηγορία έχουμε σπίτια τα οποία αντιδρούν στα ερεθίσματα που δέχονται απλοί αισθητήρες. Για παράδειγμα, ένα σπίτι μπορεί να ρυθμίζει την ένταση του φωτισμού μέσα στο σπίτι βάση της εξωτερικής φωτεινότητας. Η τεχνολογία για την υλοποίηση τέτοιων σπιτιών είναι διαθέσιμη σήμερα, και η αγορά διαθέτει ήδη αρκετές λύσεις. Σπίτια που εκτιμούν και αναγνωρίζουν καταστάσεις (Houses assessing and recognizing situations). Αυτά τα σπίτια έχουν την δυνατότητα συνδυασμού των εισόδων που δέχονται από πολλούς αισθητήρες και την αναγνώριση «σεναρίων». Με βάση τα σενάρια που αναγνωρίζονται από το σπίτι, λαμβάνονται ανάλογες δράσεις. Για παράδειγμα, ένας ένοικος μπορεί να ορίσει σαν σενάριο επιστροφής από την δουλειά, μια συγκεκριμένη αλληλουχία κινήσεων στο σπίτι. Κάθε φορά που το σπίτι αναγνωρίζει μέσω αισθητήρων την αλληλουχία αυτή, μπορεί για παράδειγμα να ανάβει αυτόματα τον θερμοσίφωνα και να ανοίγει την τηλεόραση. Και σε αυτήν την περίπτωση απαιτείται ιδιαίτερα αξιόπιστο software που να αναγνωρίζει με ακρίβεια τα σενάρια. Επίσης απαιτείται ο χρήστης να καθορίζει τα σενάρια που επιθυμεί να αναγνωρίζει το σπίτι. Κάθε φορά που υπάρχει κάποια παρέκκλιση από τα σενάρια αυτά πρέπει να ανανεώνονται από τον χρήστη.

20 20 Πλεονεκτήματα των Προγραμματιζόμενων σπιτιών Τα Προγραμματιζόμενα σπίτια προσφέρουν επιπλέον πλεονεκτήματα, πέραν αυτών που προσφέρουν τα Ελέγξιμα σπίτια. Καταρχάς, γίνεται δυνατός ο έλεγχος του σπιτιού χωρίς την παρουσία του ενοίκου. Αυτό αφορά βέβαια καθημερινές εργασίες που επιτελούνται στο σπίτι, οι οποίες όμως είναι και οι πιο χρονοβόρες. Από τη στιγμή που ένα τέτοιο σπίτι προγραμματιστεί μπορεί να επιτελεί τις προγραμματισμένες εργασίες χωρίς επίβλεψη. Αυτό προσφέρει κάποια ακόμα πλεονεκτήματα, με σημαντικότερο από όλα, την οικονομία χρόνου και ενέργειας. Με τον όρο οικονομία χρόνου, εννοούμε ότι έχοντας γνώση των συνθηκών που πρέπει να επικρατούν μια δεδομένη ώρα, το σπίτι μπορεί να προετοιμάζεται αυτόνομα, ώστε οι συνθήκες αυτές να πληρούνται τη δεδομένη ώρα. Ως παράδειγμα αναφέραμε την περίπτωση του θερμοσίφωνα, παρόμοιες δυνατότητες όμως του Προγραμματιζόμενου σπιτιού μπορούμε να βρούμε σε εφαρμογές όπως ο κλιματισμός, το πλύσιμο των πιάτων ή των ρούχων, η θέρμανση και ο φωτισμός. Με τον όρο οικονομία ενέργειας, εννοούμε ότι οι διάφορες δραστηριότητες μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να εκτελούνται σε ώρες που είναι ενεργειακά πιο συμφέρουσες. Για παράδειγμα, το πλύσιμο των πιάτων μπορεί να προγραμματιστεί να εκτελείται το βράδυ, αντί για το μεσημέρι που είναι ώρα αιχμής. Με σωστό σχεδιασμό, ένα τέτοιο σπίτι μπορεί να γίνει ενεργειακά πιο αποδοτικό και να μειώσει το κόστος της καταναλισκόμενης ενέργειας για τον ένοικό του. Ένα δεύτερο πλεονέκτημα των Προγραμματιζόμενων σπιτιών είναι ότι όλες οι ενέργειες που προγραμματίζονται εκτελούνται πάντα. Δεδομένου ότι όλοι οι άνθρωποι μπορεί να ξεχάσουν κάτι που πρέπει να κάνουν στο σπίτι, αυτή η ιδιότητα κρίνεται αρκετά σημαντική. Ένα παράδειγμα της χρησιμότητας της είναι το κλείσιμο ή άναμμα των φώτων. Ένα τέτοιο σπίτι μπορεί να προγραμματιστεί ώστε, εάν δεν διαπιστώνεται κίνηση μέσα στο σπίτι για κάποιο διάστημα και έξω είναι βράδυ, αυτόματα να σβήνει τα φώτα μέσα στο σπίτι (εκτός αν ορίζει ο ένοικος διαφορετικά). Με αυτόν τον τρόπο, δεν υπάρχει περίπτωση κάποιο φως να μείνει ανοιχτό. Είναι αρκετά εμφανές και πάλι, ότι αυτή η δυνατότητα είναι ενεργειακά και περιβαλλοντικά πολύ χρήσιμη. Μειονεκτήματα και πιθανά προβλήματα Τα βασικά μειονεκτήματα των Προγραμματιζόμενων σπιτιών σχετίζονται με την πολυπλοκότητα τους. Ένα τέτοιο σπίτι μπορεί να είναι πολύ απλό, αντιδρώντας απλά στις εισόδους κάποιων αισθητήρων όπως θερμότητας, χρόνου και έντασης φωτός, και να επιτελεί τα προγραμματισμένα του καθήκοντα. Κάτι τέτοιο δεν έχει ιδιαίτερα μειονεκτήματα. Από την άλλη, ένα Προγραμματιζόμενο σπίτι μπορεί να είναι πραγματικά πολύπλοκο, συνδυάζοντας δεδομένα από πολλούς αισθητήρες, αναγνωρίζοντας καταστάσεις όπως παρουσία ατόμων σε συγκεκριμένους χώρους ή αναγνωρίζοντας πρόσωπα και φωνές. Ένα τέτοιο σπίτι θα μπορούσε να αντιλαμβάνεται καταστάσεις και να παίρνει μόνο του αποφάσεις. Είναι σαφές ότι ένα τέτοιο πολύπλοκο σύστημα έχει σαφώς μεγαλύτερες απαιτήσεις σε

21 21 τεχνολογικές λύσεις και σχεδιασμό. Το μεγαλύτερο πρόβλημα του βέβαια έγκειται στην αξιοπιστία του και την αναγνώριση των καταστάσεων. Επίσης, πολύ μεγάλο μειονέκτημα αυτών των σπιτιών είναι το γεγονός ότι χρειάζεται ιδιαίτερα πολύπλοκος προγραμματισμός σε κάποια γλώσσα. Επομένως, είτε πρέπει ο ένοικος να έχει γνώσεις προγραμματισμού, είτε να το επισκέπτεται συχνά κάποιος ειδικός ο οποίος θα κάνει τις ρυθμίσεις που επιθυμεί ο χρήστης. Από τη στιγμή που ένα τέτοιο σπίτι δεν μπορεί να επαναπρογραμματίζεται, κάθε φορά που χρειάζεται να γίνει κάποια αλλαγή στο πρόγραμμα, αυτή θα απαιτεί εξωτερική παρέμβαση. Παρόλα αυτά, ένα Προγραμματιζόμενο σπίτι με καλό σχεδιασμό έχει πλεονεκτήματα που μπορούν να υπερκαλύψουν τις όποιες δυσκολίες προκύπτουν. Τεχνολογίες Αιχμής στα Προγραμματιζόμενα Σπίτια Οι τεχνολογικές λύσεις που απαιτούνται για την υλοποίηση ενός Προγραμματιζόμενου σπιτιού είναι απλές και προσιτές. Το βασικό στοιχείο ελέγχου των συνθηκών είναι οι αισθητήρες, οι οποίοι κυκλοφορούν σε πληθώρα στην αγορά. Απαιτούνται αισθητήρες έντασης φωτός και θερμοκρασίας. Φυσικά πρέπει και οι οικιακές συσκευές να φέρουν hardware ικανό να δέχεται εντολές από υπολογιστική μονάδα. Απαιτείται ένας (τουλάχιστον) υπολογιστής στον οποίο θα επιτελείται ο προγραμματισμός. Την μεγαλύτερη πρόκληση αποτελεί το λογισμικό ελέγχου. Έτοιμα πακέτα λογισμικού για έλεγχο συσκευών δεν κυκλοφορούν στην αγορά, επομένως θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί κάποια κατά περίπτωση υλοποιημένη (custom) λύση. Τέλος, η διασύνδεση του κεντρικού υπολογιστή με τις συσκευές, μπορεί να γίνει ενσύρματα ή ασύρματα. Αυτό εξαρτάται μόνο από τις δυνατότητες του υλικού κάθε συσκευής. Στην περίπτωση του σπιτιού που μπορεί να αναγνωρίζει σενάρια και να παίρνει αποφάσεις, πράγμα που θα αναλυθεί και στην επόμενη ενότητα, χρειάζονται επιπλέον των προηγουμένων και κάμερες και αισθητήρες παρουσίας. Το πρόβλημα του κατάλληλου λογισμικού υπάρχει ακόμα εντονότερα σε αυτήν την περίπτωση, καθώς πέραν του προγραμματισμού, απαιτείται αναγνώριση καταστάσεων και σεναρίων. Και πάλι έτοιμες λύσεις δεν υπάρχουν διαθέσιμες στην αγορά, επομένως χρειάζεται ανάπτυξη λογισμικού κατά περίπτωση. Στην επόμενη ενότητα που αφορά τα Ευφυή σπίτια γίνεται εκτενέστερη αναφορά και ανάλυση στις τεχνολογίες που απαιτούνται Ευφυή Σπίτια (Intelligent Houses) Τα Ευφυή σπίτια είναι πανομοιότυπα με τα προγραμματιζόμενα σπίτια και χωρίζονται σε δύο ίδιες υποκατηγορίες όπως και τα προηγούμενα. Έχουν όμως μια σημαντική διαφορά με τα προγραμματιζόμενα που τα κατατάσσει αυτόματα σε ξεχωριστή κατηγορία. Ενώ τα προγραμματιζόμενα σπίτια χρειάζονται απαραίτητα την παρέμβαση του χρήστη προκειμένου να προγραμματιστούν και να δουλεύουν όπως επιθυμεί ο ένοικος, τα ευφυή σπίτια πραγματοποιούν αυτό το έργο μόνα

22 22 τους. Μέσω κατάλληλων τεχνολογιών οι οποίες θα αναλυθούν και στην συνέχεια, ένα ευφυές σπίτι έχει τη δυνατότητα να μαθαίνει τις συνήθειες του ιδιοκτήτη του και να εκπαιδεύεται να αναγνωρίζει αλληλουχίες συμπεριφοράς και «σενάρια». Τα Ευφυή σπίτια έχουν σκοπό παρόμοιο με τα Προγραμματιζόμενα σπίτια, και επομένως παρόμοια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Εστιάζονται στην εκτέλεση ενεργειών προς εξυπηρέτηση των ενοίκων χωρίς την παρέμβαση τους. Η κύρια διαφορά τους από τα Προγραμματιζόμενα σπίτια, είναι ότι εξαλείφουν το ζήτημα του προγραμματισμού από μέρους του χρήστη. Αυτό τα κάνει πολύ πιο προσιτά από την άποψη ότι δεν χρειάζονται γνώσεις για τον χειρισμό τους από την πλευρά των χρηστών. Τα οφέλη ενέργειας και χρόνου υπάρχουν και σε αυτήν την περίπτωση. Όσον αφορά την ευφυΐα τους, αυτή μπορεί να διαφέρει ποιοτικά. Μπορεί να αρκείται στη λήψη αποφάσεων εξοικονόμησης ενέργειας ή να έχει πιο καθολικό χαρακτήρα, όπως παρακολούθηση των ενοίκων και των συνηθειών τους, αναγνώριση σεναρίων και αυτόματη λήψη αποφάσεων. Σε ένα τέτοιο ευφυές σπίτι είναι δυνατή η παρατήρηση μη φυσιολογικών συμπεριφορών και η ενέργεια με βάση αυτές. Ένα τέτοιο σπίτι θα μπορεί για παράδειγμα να κατανοεί πότε ένας ηλικιωμένος έχει παρεκκλίνει από το συνηθισμένο μοτίβο κινήσεών του και να καλεί βοήθεια αν κρίνει ότι χρειάζεται. Προβλήματα και μειονεκτήματα Τα μειονεκτήματα των Προγραμματιζόμενων σπιτιών υπάρχουν και στα Ευφυή σπίτια, αν αφαιρέσουμε το θέμα του προγραμματισμού που πλέον γίνεται αυτόματα. Το κυριότερο, όμως, πρόβλημα στα ευφυή σπίτια είναι οι υποδομές και το λογισμικό. Οι απαιτήσεις σε υποδομές είναι πολύ μεγάλες καθώς χρειάζεται μεγάλη επεξεργαστική ισχύς και αποθηκευτικός χώρος προκειμένου να αποθηκεύονται τα δεδομένα από μια πλειάδα αισθητήρων και να γίνεται ταυτόχρονη επεξεργασία τους. Εξίσου σημαντικό πρόβλημα είναι η δημιουργία ενός σωστού αλγορίθμου εκπαίδευσης για το σπίτι. Έτοιμες λύσεις στην αγορά δεν υπάρχουν και θα πρέπει κάθε σύστημα να σχεδιάζεται ξεχωριστά, πράγμα που κοστίζει πολύ σε χρόνο και κεφάλαιο, και δεν έχει εγγυημένη επιτυχία. Τεχνολογίες Αιχμής Δεδομένου ότι στη συνέχεια της παρούσας διπλωματικής εστιάζουμε στα Ευφυή και τα Προγραμματιζόμενα σπίτια, κρίνεται σκόπιμη μια πιο ενδελεχής παρουσίαση των τεχνολογιών που χρειάζονται για την υλοποίηση τους. Δύο είναι τα βασικά δομικά τους στοιχεία: οι αισθητήρες και το δίκτυο επικοινωνίας τους Αισθητήρες: Αποτελούν ένα από τα βασικά στοιχεία κάθε έξυπνου σπιτιού και είναι διαθέσιμοι στην αγορά σε πολλές μορφές. Σημαντικότεροι είναι οι αισθητήρες κίνησης οι οποίοι παρακολουθούν την θέση των ενοίκων του σπιτιού, και με σωστή τοποθέτηση μπορούν να ελέγχουν ολόκληρο το σπίτι. Υπάρχουν πολλά είδη τέτοιων αισθητήρων στην αγορά, όμως

23 23 οι πιο συνηθισμένοι είναι οι παθητικοί αισθητήρες υπερύθρων (passive infrared sensors). Η εμβέλεια τους κυμαίνεται από 12 έως 15 μέτρα και η γωνία δράσης τους είναι 90 μοίρες. Υπάρχουν και άλλες εκδόσεις με μεγαλύτερη εμβέλεια και γωνία δράσης. Ακόμα υπάρχουν βελτιωμένα μοντέλα, όπως με διπλό αισθητήρα για την αποφυγή ενεργοποίησης λόγω περιβαλλοντικών συνθηκών. Ακόμα υπάρχουν αισθητήρες κίνησης με χρήση υπερήχων, μικροκυμάτων, video imaging και πιεζομετρικοί. Παρόλα αυτά η αξιοπιστία των αισθητήρων υπερύθρων κρίνεται αρκετή και δεν υπάρχει ανάγκη αναζήτησης πιο εξεζητημένων αισθητήρων κίνησης. Δεύτερο είδος αισθητήρων είναι οι κάμερες. Μπορούν να αντικαταστήσουν τους αισθητήρες κίνησης και με κατάλληλο λογισμικό μπορούν να επιτελούν αναγνώριση προσώπων. Το πρόβλημα της αξιοπιστίας υπάρχει και πάλι, και είναι περισσότερο θέμα του λογισμικού. Μικροκάμερες υπάρχουν σε πληθώρα στην αγορά και σε πολύ χαμηλές πλέον τιμές. Τρίτο είδος αισθητήρων, είναι οι αισθητήρες φωτός, οι οποίοι μπορούν να αντιλαμβάνονται τις μεταβολές της έντασης του φωτός. Υπάρχουν στην αγορά και διακρίνονται για την αξιοπιστία τους. Τέταρτο είδος αισθητήρων είναι τα θερμόμετρα, για την αντίληψη των μεταβολών της θερμοκρασίας. Πέμπτο είδος είναι οι αισθητήρες υγρασίας, οι οποίοι μετράνε την σχετική υγρασία ενός χώρου και μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην ρύθμιση του κλιματισμού ή της θέρμανσης. Τέλος, υπάρχουν και οι αισθητήρες πίεσης, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πατώματα,τοίχους ή έπιπλα. Σε συνεργασία με τους αισθητήρες κίνησης, μπορούν να περιγράψουν με ακρίβεια την θέση οποιουδήποτε μέσα στο σπίτι. Η ομάδα AHRI, με το project Smart Floor, έχει δημιουργήσει ένα πάτωμα που αποτελείται εξ ολοκλήρου από αισθητήρες πίεσης. Δίκτυο: Εξίσου σημαντική υποδομή για το Ευφυές σπίτι είναι το Δίκτυο το οποίο διασυνδέει τους αισθητήρες μεταξύ τους, και με την κεντρική υπολογιστική μονάδα. Για τον σκοπό αυτό υπάρχουν πολλές διαθέσιμες τεχνολογίες. Πρώτη υποψήφια τεχνολογία είναι το Bluetooth [URL 7], που αποτελεί κοινό τόπο σήμερα σχεδόν σε όλα τα κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές και PDA. Αναπτύχθηκε από την Ericsson το Η συχνότητα λειτουργίας του είναι τα 2,4 GHz, και η ακτίνα δράσης του είναι 10 μέτρα περίπου, που το καθιστά ιδανικό για την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ αισθητήρων. Επίσης είναι φθηνή σαν τεχνολογία, μικρή σε μέγεθος και έχει χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Επίσης επιτρέπει τον χειρισμό σε οποιαδήποτε φορητή συσκευή είναι

24 24 συμβατή μαζί της όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Στα αρνητικά της συγκαταλέγεται το γεγονός ότι λόγω της εμβέλειας της είναι δυνατόν κάποιος έξω από το σπίτι να υποκλέψει σήματα ή να παρεμβάλλει δικά του, άρα δεν διασφαλίζεται η ιδιωτικότητα. Μια άλλη τεχνολογία ασύρματης δικτύωσης είναι η HomeRF [URL 8]. Το Shared Wireless Access Protocol, αναπτύχθηκε από το Radio Frequency Working Group. Φέρει πολλές ομοιότητες με το Bluetooth, όπως ότι λειτουργεί επίσης στα 2,4GHz, έχει χαμηλή κατανάλωση ισχύος και χαμηλό κόστος. Η βασική του διαφορά είναι ότι αναπτύχθηκε για χρήση σε οικίες, πράγμα που το κάνει ιδανικό για ένα έξυπνο σπίτι. Τα βασικά του μειονεκτήματα είναι δύο. Καταρχήν, η τεχνολογία αναπτύχθηκε για την μετάδοση μόνο ήχου μέσα σε ένα σπίτι, πράγμα που περιορίζει δραστικά τις δυνατότητες εφαρμογής της. Δεύτερον, η ομάδα ανάπτυξής του δεν υπάρχει πλέον, με αποτέλεσμα η εξέλιξη/αναβάθμιση του πρωτοκόλλου να είναι αμφίβολη. Μια άλλη ενδιαφέρουσα τεχνολογία δικτύωσης είναι η Z-Wave [URL 9], προϊόν της εταιρείας Zensys. Η τεχνολογία αυτή λειτουργεί επίσης όπως και οι προηγούμενες στα 2,4GHz, είναι χαμηλού κόστους και χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. Είναι προορισμένη για την αποστολή και λήψη εντολών ελέγχου και κατάστασης καθώς έχει πολύ χαμηλό εύρος ζώνης, μόλις 9,6 Kbps. Παρόλα αυτά το εύρος αυτό, επαρκεί για τις περισσότερες εφαρμογές ενός έξυπνου σπιτιού, καθότι οι περισσότεροι αισθητήρες και συσκευές έχουν μόνο δύο καταστάσεις : ΑΝΟΙΧΤΟ (ON) και ΚΛΕΙΣΤΟ (OFF). Το ενδιαφέρον είναι ότι η εταιρεία Zensys, εκτός από την ανάπτυξη του πρωτοκόλλου δικτύωσης έχει προχωρήσει και στην δημιουργία εξοπλισμού που το αξιοποιεί μέσα στο σπίτι. Μια από τις πιο διαδεδομένες σήμερα τεχνολογίες ασύρματης δικτύωσης είναι το Wifi [URL 10], προϊόν της Wi-fi Alliance. Απολαμβάνει υποστήριξης από τις περισσότερες φορητές συσκευές και κινητά τηλέφωνα που κυκλοφορούν σήμερα, λειτουργεί στα 2,4GHz και υποστηρίζει τα πρωτόκολλα b/g/n. Θετικά χαρακτηριστικά της, πέραν της ευρείας υποστήριξης από πολλές συσκευές, είναι η μεγάλη ακτίνα δράσης και το μεγάλο εύρος ζώνης που είναι περίπου 54MBps. Στη συνέχεια αναφέρουμε την τεχνολογία ZigBee [URL 11]. Όπως και οι προηγούμενες τεχνολογίες, λειτουργεί στα 2,4GHz, και είναι χαμηλού κόστους και κατανάλωσης. Οι διαφορές της με τις υπόλοιπες τεχνολογίες δίνονται στον παρακάτω συγκεντρωτικό πίνακα. Από τις πιο πρόσφατες εξελίξεις στον χώρο της ασύρματης δικτύωσης, έχουμε την τεχνολογία UWB ( Ultra Wide Band) [URL 12]. Είναι τεχνολογία μικρής εμβέλειας και με δυνατότητα μεταφοράς μεγάλου όγκου δεδομένων σε υψηλή ταχύτητα. Μπορεί να λειτουργήσει σε πολύ μεγάλο εύρος συχνοτήτων, από 3,1 GHz έως 10,6 GHz, με πολύ χαμηλή ισχύ. Με αυτόν τον

25 25 τρόπο μειώνονται οι παρεμβολές με άλλες συχνότητες ασύρματης μετάδοσης. Η εμβέλεια της φτάνει τα 10 μέτρα και μπορεί να δουλέψει με ισχύ μόλις -41dBm/MHz. Αποτελεί για όλους τους παραπάνω λόγους συμπλήρωμα των τεχνολογιών μεγάλης εμβέλειας όπως το Wi-fi, προσφέροντας υψηλό data-rate χωρίς να προκαλεί παρεμβολές. Η εταιρεία Cypress Perform έχει παρουσιάσει 2 λύσεις ασύρματης δικτύωσης, τις CyFi Wireless RF και CyFi Wireless USB [URL 13]. Η πρώτη λύση αφορά embedded συστήματα και μπορεί αν χρησιμοποιηθεί σε μια ευρεία γκάμα ασύρματων κατασκευών. Η δεύτερη λύση αποτελεί μια επέκταση της γνωστής θύρας USB σε ασύρματη μορφή και έχει ως σκοπό την ασύρματη διασύνδεση περιφερειακών υπολογιστών. Και οι δύο λύσεις λειτουργούν με βάση το UWB στην συχνότητα 3,1-10,6 GHz. Η Wireless USB έχει ρυθμούς μετάδοσης της τάξης των 480MBit/s σε απόσταση έως 3 μέτρα και 110Mbit/s σε απόσταση έως 10 μέτρα. Η ερχόμενη έκδοση 1.1 του πρωτοκόλλου θα επιτρέψει ταχύτητες μετάδοσης της τάξης του 1Gbit/s και συχνότητες λειτουργίας έως και 6 GHz. Ο Πίνακας 1 συνοψίζει τις επικρατέστερες τεχνολογίες και τις συγκρίνει ως προς τα βασικά χαρακτηριστικά τους μεγέθη. Technology Z-Wave Wireless USB Κύρια Εφαρμογή Στοιχεία κλειδιά Ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων (bits/sec) Διάρκεια Μπαταρίας (Ημέρες) Μέγεθος και τύπος Δικτύου Οικιακός έλεγχος (Φωτισμός, HVAC, Ασφάλεια) Δίκτυο πλέγματος (mesh network) K Αντικατάσταση καλωδίων σε Η/Υ (USB περιφερειακές συσκευές) Χαμηλή κατανάλωση ZigBee Αυτοματισμός Κτηρίων (Φωτισμός, HVAC, έλεγχος πρόσβασης) IEEE standard 62.5K 20K, 40K, 250K BlueTooth Αντικατάσταση καλωδίων (ήχου) Προτιμώμενη λύση για θέματα ήχου 720K Wi-Fi x Δικτύωση Η/Υ Δεσπόζουσα θέση στην αγορά 11M(b), 54M(a/g), 600M(n) NA > UWB Streami ng Πολυμέ σων (Ήχος, video, HDTV) Υψηλοί ρυθμοί μετάδοσ ης 28M- 1.3G

26 26 Συχνότητα και Διαμόρφωση Εμβέλεια (Μέτρα) Ονομαστικό κόστος 868/900Mhz FSK 2.4Ghz DSSS 868/900 Mhz, 2.4Ghz DSSS 2.4Ghz FHSS 2.4Ghz DSSS 3-10Ghz BPSK 4-BOK <$5 $5 $5 $5 $30 $10 Table 1. Πίνακας Ασύρματων Τεχνολογιών Μια διαφορετική από τις προηγούμενες τεχνολογίες ασύρματης δικτύωσης, είναι η τεχνολογία υπερύθρων IrDa [URL 14]. Η πιο πρόσφατη έκδοση του πρωτοκόλλου υποστηρίζει ταχύτητες μετάδοσης έως και 1Gbit/s. Το πρόβλημα της τεχνολογίας αυτής είναι η πολύ μικρή εμβέλεια της, μόλις 1 μέτρου. Παρότι είναι πολύ μικρή, και υπάρχει η περίπτωση παρεμβολών από το φώς του περιβάλλοντος χώρου, η κατευθυντική φύση των υπερύθρων μπορεί να φανεί πολύ χρήσιμη: Το σήμα μιας συσκευής θα λαμβάνεται μονάχα από την συσκευή που είναι προσανατολισμένη σωστά προς αυτή. Επίσης άλλο ένα θετικό στοιχείο ως προς τις RF τεχνολογίες είναι το γεγονός ότι δεν απαιτείται καμία διαδικασία σύζευξης (pairing) ανάμεσα στις συσκευές που συμμετέχουν στο IrDa δίκτυο. Τελειώνοντας την αναφορά μας σχετικά με τις τεχνολογίες δικτύωσης, κρίναμε σκόπιμο να αναφέρουμε μια από τις τεχνολογίες ενσύρματης δικτύωσης, την Χ-10 [URL 15]. Είναι γεγονός ότι η εφαρμογή ενσύρματων τεχνολογιών δεν ενδείκνυται για ένα έξυπνο σπίτι λόγω του κόστους και των εργασιών που πρέπει να γίνουν για το πέρασμα καλωδίων. Παρόλα αυτά, στα μελλοντικά σπίτια, είναι δυνατόν κάποιου είδους δικτύωση να περνιέται κατά την κατασκευή του κτιρίου οπότε δεν θα αποτελεί πρόβλημα. Η τεχνολογία δικτύωσης X-10 αποτελεί μέρος μιας ευρύτερης γκάμας τεχνολογιών X-10, και χρησιμοποιεί τα καλώδια παροχής ρεύματος για μεταφορά πληροφορίας. Αυτό καθιστά δυνατή την αξιοποίηση της χωρίς να χρειάζεται επιπλέον καλωδίωση και γι αυτό έχουν αναπτυχθεί ήδη αρκετές συσκευές που βασίζονται στο X-10.Τα σήματα κωδικοποιούνται σε φέρων κύμα συχνότητας 120kHz το οποίο αποστέλλεται σε ριπές κατά τα zero crossings του εναλλασσόμενου ρεύματος 50 ή 60 Hz. Τα δεδομένα αποτελούνται από μια διεύθυνση, η οποία δείχνει προς τα ποια συσκευή απευθύνεται το μήνυμα, και ένα μήνυμα προς αυτήν, το οποίο μπορεί να είναι από κάτι απλό όπως ON/OFF ή ρύθμιση έντασης, έως ένα ερώτημα (Query) προς μια άλλη συσκευή σχετικά με το status της. Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει σε όσες συσκευές είναι συνδεδεμένες στο ηλεκτρικό δίκτυο να συμμετέχουν αρκεί να έχουν το κατάλληλο hardware. Η τεχνολογία αυτή έχει αρκετά μειονεκτήματα παρόλα αυτά, που οφείλονται κυρίως στις ιδιαιτερότητες του δικτύου ηλεκτρισμού. Για παράδειγμα, το σήμα δεν

27 27 μπορεί να περάσει μέσα από μετασχηματιστές, που φέρουν πολλές συσκευές. Επίσης κάποιες συσκευές μπορεί να «εξαφανίζουν» τα X-10 σήματα καθώς αυτά περνούν από μέσα τους. Ακόμα, δεν είναι δυνατή η μετάβαση από μια φάση σε άλλη χωρίς την χρήση ειδικού εξοπλισμού. Η χρήση του X-10 σε συσκευές χαμηλής κατανάλωσης <50 W είναι προβληματική. Από τα σημαντικότερα προβλήματα είναι ότι σήματα X-10 από γειτονικά κτήρια είναι πιθανόν να παρεμβάλλονται στα σήματα της οικίας, με απρόσμενες επιπτώσεις. Τέλος αναφέρουμε ότι η ταχύτητα του συστήματος X-10 είναι μικρή πράγμα που μπορεί να γίνει αισθητό όταν χρησιμοποιούνται διακόπτες 2-δρόμων ή μικροελεγκτές. Τα προβλήματα δεν εξαντλούνται σε αυτά που αναφέραμε, αλλά είναι ενδεικτικά των προκλήσεων που αντιμετωπίζει κανείς θέλοντας να εφαρμόσει την τεχνολογία αυτή σε ένα έξυπνο σπίτι Υλοποιήσεις Έξυπνων Σπιτιών και σημαντικότερα έργα Έρευνας και Ανάπτυξης Σε αυτό το σημείο είναι σκόπιμο να αναφέρουμε τις σημαντικότερες υλοποιήσεις έξυπνων σπιτιών που υπάρχουν μέχρι σήμερα καθώς και κάποια από τα σημαντικότερα project που βρίσκονται σε εξέλιξη ή πρόκειται να υλοποιηθούν στο άμεσο μέλλον. Αρκετά από αυτά τα projects, ανήκουν σε παραπάνω από μία από τις κατηγορίες που αναφέρθηκαν προηγουμένως. House of the Future, Microsoft [URL 16]. Πρόκειται για ένα έξυπνο σπίτι που ανήκει τόσο στα Ελέγξιμα όσο και στα Προγραμματιζόμενα σπίτια αλλά και στα Ευφυή σπίτια. Είναι δομημένο πάνω σε ένα κεντρικό δίκτυο, με όλες τις ηλεκτρικές συσκευές να αποτελούν κόμβους του δικτύου. Το σπίτι αναγνωρίζει τους ενοίκους του μέσω μοναδικών χαρακτηριστικών, τα οποία φέρουν τα κινητά τους τηλέφωνα. Στο σπίτι χρησιμοποιείται κατά κόρον η τεχνολογία RFID(radiofrequency-identification technology) η οποία μαρκάρει με μια μοναδική ταυτότητα σήματος RF κάθε ηλεκτρική συσκευή του σπιτιού. Το House of the Future παρέχει δυνατότητες ελέγχου πολλών συσκευών μέσω κινητού τηλεφώνου. Όσον αφορά τις δυνατότητές του ως προγραμματιζόμενο σπίτι, μπορεί να αναγνωρίζει μέσω βιομετρικών χαρακτηριστικών ποιος εισέρχεται στο σπίτι. Στην συνέχεια με βάση το άτομο εφαρμόζονται προγραμματισμένες ρυθμίσεις στις συσκευές του σπιτιού. Αυτές αφορούν κυρίως τα προγράμματα της τηλεόρασης και την μουσική, αλλά υπάρχει η δυνατότητα ρύθμισης και του φωτισμού. Τέλος, η δυνατότητες που έχει, στο να αντιλαμβάνεται ατυχήματα και να ειδοποιεί συγγενικά πρόσωπα μέσω τηλεφώνου, το κατατάσσει και στα Ευφυή σπίτια. House_n, MIT [URL 17]. Είναι μια προσπάθεια μελέτης της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-τεχνολογίας. Παρότι πρόκειται για μια περισσότερο ανθρωποκεντρική μελέτη, το σπίτι αυτό παρέχει κάποιες δυνατότητες προγραμματισμού, κατατάσσοντάς το στα Προγραμματιζόμενα σπίτια, και

28 28 μπορεί να αντιλαμβάνεται τις δραστηριότητες των μελών του. Σημαντικό είναι ότι κάνει χρήση διαφορετικών τεχνολογιών, όπως αισθητήρες CO2, μικροφώνων και αισθητήρων αφής σε κάποια έπιπλα. Οι κύριες δυνατότητες προγραμματισμού αφορούν τον κλιματισμό και την θέρμανση. Η ομάδα πίσω από αυτό το έργο, με την ονομασία House_n consortium, ασχολείται με τον σχηματισμό γράφων συμπεριφοράς των ενοίκων του σπιτιού. Στην περίπτωση παρέκκλισης από την τυπική συμπεριφορά το σπίτι κάνει μια ανάλυση της κατάστασης και αποφασίζει αν συντρέχει λόγος ειδοποίησης ότι κάτι δεν πηγαίνει σωστά. Αυτό το χαρακτηριστικό, το κατατάσσει και στα Ευφυή σπίτια. e2home [URL 18], μια εταιρεία δημιούργημα της Ericsson και της Electrolux, με σκοπό την δημιουργία έξυπνων σπιτιών. Τα σπίτια αυτά κατατάσσονται κυρίως στην κατηγορία των Ελέγξιμων σπιτιών, καθώς προσφέρουν πληθώρα από μεθόδους ελέγχου όπως οθόνες αφής, πάνελ ελέγχου φωτισμού και πλήρη δικτύωση του σπιτιού. Παρόλα αυτά υπάρχει και η δυνατότητα προγραμματισμού της θέρμανσης και του φωτισμού. Έτσι κατατάσσουμε αυτά τα σπίτια και στην κατηγορία των Προγραμματιζόμενων σπιτιών. Intelligent Room, AIRE [URL 3]. Ένα project, που αφορά ένα έξυπνο δωμάτιο, και όχι ολόκληρο σπίτι. Το κατατάσσουμε στα Ευφυή σπίτια, διότι εστιάζει στην αναγνώριση σεναρίων μέσα από παρατηρήσεις που γίνονται από κάμερες. Με χρήση προχωρημένων αλγορίθμων γίνεται προσπάθεια ώστε να αναγνωρίζεται ο χώρος που βρίσκεται ο ένοικος και να αναλύεται το σύνολο των πράξεων του, ώστε να λαμβάνονται αποφάσεις όπως για παράδειγμα το άναμμα του φωτός κοντά σε ένα αντικείμενο ενδιαφέροντος. Υπάρχουν δύο εκδόσεις του Intelligent Room. Η μία προορίζεται για χρήση γραφείου ενώ η δεύτερη έχει προηγμένες δυνατότητες προγραμματισμού., με έμφαση στην μουσική, την θερμοκρασία και τον φωτισμό. Adaptive House Project, πανεπιστημίο του Colorado [URL 19]. Ίσως το σημαντικότερο project στην κατηγορία των Ευφυών Σπιτιών. Το σπίτι αυτό σχεδιάστηκε με πρωταρχικό στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας μέσα από την αυτοματοποιημένη χρήση της θέρμανσης, του κλιματισμού και άλλων ενεργοβόρων ηλεκτρικών συσκευών. Το σύστημα ελέγχου, χρησιμοποιεί νευρωνικά δίκτυα προκειμένου να εκπαιδευθεί στις συνήθειες των κατοίκων του, και να ρυθμίζει τις συνθήκες του περιβάλλοντος χώρου ανάλογα με τις επιθυμίες τους. Το σπίτι δοκιμάστηκε σε πραγματικές συνθήκες και το σύστημα ανταποκρίθηκε άκρως ικανοποιητικά. Το επόμενο στάδιο είναι η αναγνώριση των ωραρίων των μελών της οικογένειας ώστε να μπορούν να ρυθμίζονται τις σωστές ώρες κλιματισμός και θέρμανση. Στο δικτυακό τόπο του project που παρέχεται, μπορεί κανείς να βρει πλήθος πληροφοριών σχετικά με το υλικό που χρησιμοποιήθηκε, τα νευρωνικά δίκτυα, αλγορίθμους εκπαίδευσης και μαθηματικά μοντέλα που μελετούν τα θέματα ψυχολογίας που σχετίζονται με ένα έξυπνο σπίτι.

29 Έξυπνα Σπίτια και Τεχνητή Νοημοσύνη Σε αυτό το σημείο, είναι η ώρα να παρουσιάσουμε τους τρόπους με τους οποίους μπορούμε να προσδώσουμε «νοημοσύνη» σε ένα τέτοιο σπίτι. Για την παρουσίαση, θα βασιστούμε στην ανάλυση που κάνουν οι Juan C. Augusto και Chris D. Nugget στο βιβλίο τους, Designing Smart Homes [AUG06]. Σε αυτό γίνεται η παραδοχή ότι έχουμε ένα έξυπνο σπίτι με πολλούς αισθητήρες, σκοπός του οποίου είναι να προσέχει τον ασθενή ιδιοκτήτη του για θέματα υγείας. Με βάση αυτό γίνονται οι παρακάτω προτάσεις για τεχνικές που θα μπορούσαν να εισάγουν στο οίκημα νοημοσύνη. Χωρο-χρονική Λογική (Spatio-temporal Reasoning) Σκοπός της μεθόδου αυτής είναι να μπορέσει το σπίτι να εκπαιδευτεί ώστε να αναγνωρίζει τα μέρη όπου συχνάζει ο ιδιοκτήτης του, και πόσο χρόνο περνάει συνήθως σε αυτά. Επομένως, αν διαπιστωθεί ότι ο χρόνος παραμονής σε κάποιο μέρος είναι κατά πολύ μεγαλύτερος του συνηθισμένου, να θεωρείται ότι υπάρχει κάποιο πρόβλημα. Η παραμονή ή η απουσία από μόνη της σε ένα χώρο μπορεί να μην είναι αρκετή για την διαπίστωση κάποιου προβλήματος, αλλά σε συνδυασμό με κάποιον άλλο παράγοντα να είναι επικίνδυνη. Για παράδειγμα εάν ο ένοικος ανάβει το μάτι της κουζίνας και φεύγει από το δωμάτιο είναι μια σύνθετη περίπτωση. Το σπίτι πρέπει να μπορεί να διακρίνει πότε έχει περάσει περισσότερος χρόνος απ ότι θα έπρεπε, και γι αυτό απαιτείται τόσο ποσοτική όσο και ποιοτική λογική. Χρονική Διαβάθμιση (Temporal Granularity) Καθότι υπάρχουν πολλά επίπεδα στα οποία μπορεί να αναγνωσθεί μια πληροφορία, είναι σαφές ότι η σωστή επιλογή χρονικής διαβάθμισης ανάλογα με το έργο που πρέπει να επιτελέσει το σπίτι είναι ένα αρκετά σημαντικό έργο. Ας θεωρήσουμε ότι οι αισθητήρες μεταδίδουν δεδομένα ανά δευτερόλεπτο. Κάποιες απλές συμπεριφορές μπορούν να αναγνωριστούν αναλύοντας δύο ή τρεις διαδοχικές πράξεις, πχ. Μαγείρεμα από το άναμμα του απορροφητήρα σε συνδυασμό με άναμμα μέρους της κουζίνας και σποραδικό άνοιγμα του ψυγείου. Οι ενέργειες αυτές χρειάζονται μόλις δευτερόλεπτα για να γίνουν αντιληπτές και η όλη συμπεριφορά κατανοητή. Για να μπορέσει όμως το σύστημα να αντιλαμβάνεται ευρύτερες συμπεριφορές και συνήθειες, είναι ανάγκη να παρατηρεί πολλές συμπεριφορές για μέρες. Για παράδειγμα η απώλεια μνήμης του ασθενούς μπορεί να συνοδεύεται από περιπλάνηση στα δωμάτια, γεγονός που ούτως ή άλλως συνέβαινε και όταν ήταν απόλυτα υγιής. Χρειάζεται επομένως το σύστημα να μπορεί να μελετάει συμπεριφορές σε πολλά χρονικά επίπεδα ώστε να αντιλαμβάνεται αλλαγές στην καθημερινότητα του ασθενούς που εκ πρώτης όψεως θα μπορούσαν να το ξεγελάσουν.

30 30 Λογική Αιτίας-Αποτελέσματος (Causal Reasoning) Η μελέτη των αποτελεσμάτων διάφορων ενεργειών του ενοίκου, είναι σίγουρα ένας τρόπος μελέτης των συμπεριφορών του για ένα διαγνωστικό σύστημα, που όμως ακόμα δεν έχει μελετηθεί επαρκώς όσον αφορά την ανάλυση πληροφοριών σε ένα έξυπνο σπίτι. Το αν κάποιες συμπεριφορές έχουν μόνιμα αποτελέσματα είναι ένας πιθανός τρόπος αντίληψης προβλημάτων. Για παράδειγμα, ένα μάτι κουζίνας που ξεχνιέται ανοιχτό, και χωρίς παρουσία ατόμου στον χώρο. Το μόνιμο αποτέλεσμα της πράξης «Άναμμα ματιού» και η απουσία του ενοίκου για πολλή ώρα θα πρέπει να μπορεί να γίνεται αντιληπτή σαν πρόβλημα από το σύστημα. Η μελέτη της Αιτίας-Αποτελέσματος από το σύστημα και η χρονική διάρκεια που πρέπει να έχουν μεταξύ τους είναι χρήσιμο εργαλείο στην εκπαίδευση του σπιτιού. Σχεδιασμός (Planning) Ένα σύστημα ελέγχου μπορεί να ακολουθεί ένα σχέδιο συμπεριφορών προκειμένου να αντιλαμβάνεται παρεκκλίσεις από αυτό. Για παράδειγμα μπορεί να θέτει την ημερήσια λήψη φαρμάκων του ασθενούς σε συγκεκριμένο χρονικό πλαίσιο και να παρατηρεί αν αυτό τηρείται. Το ίδιο και με την δοσολογία των φαρμάκων. Τέλος μπορεί να προγραμματιστεί ώστε να παρατηρεί αν εκδηλώνονται κάποιες πιθανές παρενέργειες των φαρμάκων και να παρέχει έτσι μια ολοκληρωμένη εικόνα της πορείας του ασθενούς. Εκμάθηση( Learning) Η εκμάθηση συμπεριφορών από το σύστημα είναι ένα πολύ σοβαρό ζήτημα για την ευφυΐα ενός σπιτιού. Ιδιαίτερα αν σε αυτόν κατοικούν πάνω από ένας άνθρωποι, το έργο αυτό γίνεται ακόμα πιο δύσκολο καθώς πρέπει να καταγραφούν και να αναγνωριστούν πολλαπλές διαφορετικές συμπεριφορές. Σε αυτήν την περίπτωση μπορούν να χρησιμοποιηθούν τεχνικές Εξόρυξης Δεδομένων (Data Mining), προκειμένου να αναγνωριστούν συμπεριφορές με βάση τα στατιστικά του συστήματος. Λογική βάσει Περιπτώσεων (Case-Based Reasoning, CBR) Η μέθοδος αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καταγραφούν μοτίβα συμπεριφορών, προκειμένου το σύστημα να μπορεί να αποφασίζει άμεσα σε περιπτώσεις εκτάκτου ανάγκης. Μικρές αλλαγές στην καθημερινότητα είναι αναμενόμενες αφού ο άνθρωπος δεν είναι μηχανή ώστε να ακολουθεί το ίδιο ακριβώς πρόγραμμα κάθε μέρα. Τεχνικές που βασίζονται στην CBR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ξεχωρίσουν πότε οι αλλαγές στην συμπεριφορά είναι φυσιολογικές και πότε συμπίπτουν με ενέργειες που μαρτυρούν ότι κάτι δεν πάει καλά στην υγεία του ασθενούς. Η διαφοροποίηση αυτή πρέπει να γίνεται και βάσει του ιστορικού του ασθενούς και του πλαισίου (context) γύρω από το οποίο πραγματοποιείται.

31 31 Λογικά Δένδρα Αποφάσεων Τα λογικά δένδρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση συμπεριφορών και λήψη συγκεκριμένων δράσεων ανάλογα με αυτές. Αν και μπορούν να θεωρηθούν ως μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων, μπορούν να αναγνωριστούν πολλές συμπεριφορές οι οποίες επαναλαμβάνονται καθημερινά σε ένα σπίτι από τον ένοικο του, και οι οποίες να έχουν ως αποτέλεσμα, τυποποιημένες πράξεις υποστήριξης από το σπίτι. Ακολουθώντας το παράδειγμα της κουζίνας, όπου ο ένοικος ανάβει ένα μάτι και μετά φεύγει πηγαίνοντας πχ στο κρεβάτι του μπορούμε να θεωρήσουμε ότι αυτή η αλληλουχία κινήσεων αποτελεί έναν κλάδο του δένδρου. Η πράξη «Πάω στο κρεβάτι» μπορεί να αποτελεί φύλλο του δένδρου και ως εκ τούτου να επιφέρει κάποια αντίδραση από το σύστημα. Θα πρέπει βέβαια να εισαχθούν βάρη ανάλογα με τις συσκευές της οικίας: Άλλη σημασία έχει να μένει ανοιχτό το μάτι της κουζίνας και άλλη η τηλεόραση για παράδειγμα. Νευρωνικά Δίκτυα Θεωρούνται καιρό τώρα από τις πιο αποτελεσματικές μορφές τεχνητής νοημοσύνης, και εισάγουν μεγάλες δυνατότητες στην διαχείριση ενός έξυπνου σπιτιού. Οι πρακτικά άπειρες διαφορετικές τοπολογίες και μέθοδοι επιβλεπόμενης και μη εκπαίδευσης των νευρωνικών δικτύων τα καθιστούν ιδανικά για την λήψη αποφάσεων. Κάνοντας χρήση Νευρωνικών Δικτύων Χρονοκαθυστέρησης (Time Delay Neural networks), μπορεί ένα τέτοιο σύστημα να κάνει προβλέψεις για την συμπεριφορά του ενοίκου ενός σπιτιού με βάση παλαιότερα μοτίβα συμπεριφοράς του. Πηγαίνοντας και πάλι στο παράδειγμα με την κουζίνα, μπορούμε να θεωρήσουμε τις ενέργειες του ασθενούς και τις χρονικές τους εξαρτήσεις ως συνεχείς εισόδους στο δίκτυο (inputs), και οι έξοδοι του δικτύου μπορούν να εκπαιδεύονται αυτόματα ώστε να σβήνουν το μάτι της κουζίνας ή αν παρατηρείται μια εξειδικευμένη ρουτίνα συμπεριφορών αυτόματα να σημαίνει συναγερμός. Πολυπρακτορικά Συστήματα( Multi_Agent Systems, MAS) Τα πολυπρακτορικά συστήματα μπορούν και αυτά να χρησιμοποιηθούν στην ανάπτυξη ενός έξυπνου σπιτιού. Για την περίπτωση που εξετάζουμε, δηλαδή του attentive Home, ένα πολυπρακτορικό σύστημα μπορεί να αναπτυχθεί ως εξής : Για κάθε ομάδα συσκευών μέσα στο σπίτι πχ. Συσκευές κουζίνας, Αισθητήρες, Υπνοδωμάτιο, Σαλόνι κλπ. Μπορεί να αναπτυχθεί από ένας διαφορετικός πράκτορας λογισμικού. Η τελική απόφαση για την λήψη ενεργειών θα λαμβάνεται αφού όλοι οι πράκτορες έχουν ανταλλάξει πληροφορίες μεταξύ τους και έχουν διαπραγματευτεί το τι πρέπει να γίνει. Τα συστήματα πρακτόρων κερδίζουν συνεχώς έδαφος στις κατασκευές έξυπνων σπιτιών και θα τα μελετήσουμε στην συνέχεια.

32 Έξυπνα Σπίτια και Έξυπνα δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας Ένα από τα στοιχεία που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη ενότητα σχετικά με την χρησιμότητα και τον σκοπό των έξυπνων σπιτιών, ήταν και η εξοικονόμηση ενέργειας. Πέραν δηλαδή των ανέσεων που προσφέρει ένα έξυπνο σπίτι στον ιδιοκτήτη του, πρέπει να μπορεί να εξοικονομεί με κάποιον τρόπο ενέργεια από τις καθημερινές εργασίες που επιτελεί. Προκειμένου να το επιτύχει αυτό πρέπει να γνωρίζει την κατανάλωση όλων των συσκευών και την χρονική διακύμανση στις τιμές του ρεύματος. Χρειάζεται επομένως η εφαρμογή μιας πιο προηγμένης λύσης για την μέτρηση της ισχύος που καταναλώνεται, καθώς και η αποθήκευση περαιτέρω δεδομένων και η ανάλυσή τους. Σε αυτόν τον τομέα έρχεται να δώσει λύσεις η Advanced Metering Infrastructure ή AMI για συντομία. Πρόκειται στην ουσία για την υποδομή που απαιτείται ώστε η ενέργεια που μετράται σε ένα σπίτι να μπορεί να έχει και άλλες χρήσεις, και να οδηγήσει τελικά στην δυνατότητα ρύθμισης της κατανάλωσης ισχύος σε επίπεδο οικίας, πράγμα που έως τώρα είναι ανέφικτο. Στο παρακάτω διάγραμμα (Σχήμα 2), παρατηρούμε τις διαφορές ανάμεσα σε ένα συμβατικό δίκτυο διανομής και ένα που βασίζεται σε έξυπνους μετρητές [SID07]. Σχήµα 2. Δίκτυα διανομής, με και χωρίς AMI Η Κατάσταση Μηδέν (Situation Zero), είναι η παρούσα κατάσταση. Οι απλοί μετρητές απαιτούν την επίβλεψη ανά χρονικά διαστήματα από εργαζόμενους της

33 33 εταιρείας ηλεκτρισμού, ή την επικοινωνία από μέρους μας με την εταιρεία. Στην συνέχεια τα στοιχεία που λαμβάνονται πρέπει να επεξεργαστούν με το χέρι και να καταλήξουν σε μια βάση δεδομένων. Η Κατάσταση Ένα (Situation One), είναι μια μελλοντική κατάσταση όπου το σύνολο σχεδόν των οικιακών καταναλωτών έχουν έξυπνους μετρητές. Οι πληροφορίες κατανάλωσης είναι διαθέσιμες ανά πάσα στιγμή στις οθόνες του σπιτιού, ενώ μεταδίδονται παράλληλα μέσω μιας πύλης (gateway) προς την εταιρεία παροχής ενέργειας. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε Βάσεις Δεδομένων χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, και οι ένοικοι ενημερώνονται μηνιαία για τις καταναλώσεις τους Έξυπνοι μετρητές Το σημαντικότερο ίσως κομμάτι της AMI, αποτελούν οι Έξυπνοι Μετρητές Ενέργειας. Δεν υπάρχει μονοσήμαντος ορισμός που να περιγράφει τι είναι ένας Έξυπνος Μετρητής. Μια ερμηνεία, που δίνεται στο Smart Meters: Commercial Policy and Regulatory Drivers [OWE06], είναι ότι ένας έξυπνος μετρητής είναι μια συσκευή που αποτελείται από ένα ηλεκτρονικό κουτί και έναν τηλεπικοινωνιακό σύνδεσμο. Η βασική του λειτουργία είναι να μετράει ηλεκτρονικά πόση ισχύς καταναλώνεται, και να μπορεί να μεταβιβάσει την μέτρηση σε μια άλλη συσκευή. Τόσο για την ηλεκτρική ενέργεια όσο και για το φυσικό αέριο, υπάρχουν δύο είδη έξυπνων μετρητών : Μετρητές AMR: Automated Meter Reading, οι οποίοι παρέχουν την δυνατότητα μονόπλευρης επικοινωνίας των δεδομένων μέτρησης, ΠΡΟΣ τον πάροχο ενέργειας και μόνο. Μετρητές AMM: Automated Meter Management, οι οποίοι παρέχουν την δυνατότητα αμφίπλευρης επικοινωνίας με τον πάροχο ενέργειας. Μια επιπλέον διάκριση σε αυτούς τους μετρητές είναι οι Interval-Meters, οι οποίοι μπορούν να μετρούν την κατανάλωση ισχύος με βάση την ώρα που καταναλώθηκε (time-of-use), και να την μεταδίδουν αμφίπλευρα. Η κύρια διαφορά των δύο μετρητών είναι η δυνατότητα μονόπλευρης ή αμφίπλευρης επικοινωνίας αντίστοιχα. Είναι φανερό ότι οι μετρητές AMM έχουν πλεονεκτήματα έναντι των AMR και γι αυτό προτιμούνται σαν λύση στα περισσότερα πιλοτικά προγράμματα στην Ευρώπη. Τα βασικά πλεονεκτήματα ενός τέτοιου έξυπνου μετρητή είναι: 1. Μέτρηση καταναλισκόμενης ενέργειας, ποσοτικά και χρονικά (πόση ενέργεια, πότε). 2. Καταγραφή χρεώσεων. 3. Αμφίπλευρη επικοινωνία με τον πάροχο ενέργειας. 4. Αποθηκεύει τα δεδομένα ανά περιόδους(τέταρτο, μισάωρο κλπ.) και τα αποστέλλει αυτόματα σε Βάση Δεδομένων.

34 34 5. Μπορεί να αποθηκεύει και να προβάλλει σε οθόνη πληροφορίες κατανάλωσης και χρεώσεις. 6. Κοστολόγηση ενέργειας σε πραγματικό χρόνο. 7. Βοηθάει στην μείωση του αποτυπώματος άνθρακα του καταναλωτή. Το παρακάτω διάγραμμα παρουσιάζει την κατασκευή ενός έξυπνου μετρητή. Με E συμβολίζεται ο μετρητής ρεύματος και με G ο μετρητής φυσικού αερίου. Σχήµα 3.Σχεδιάγραμμα Έξυπνου Μετρητή Σχήµα 4. Πραγματικός έξυπνος μετρητής, της εταιρείας EVB Energie AG.

35 35 Για την επικοινωνία του μετρητή με την εταιρεία παροχής μπορούν να αξιοποιηθούν διάφορες τεχνολογίες, ασύρματες και ενσύρματες. Από σταθερές ενσύρματες τεχνολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι τηλεφωνικές γραμμές με χρήση συνδέσεων PSTN/ISDN ή οι διαδεδομένες πλέον ευρυζωνικές συνδέσεις ADSL. Ακόμα μπορούν να αξιοποιηθούν οι ίδιες οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος με χρήση της τεχνολογίας PLC. (Power Line Carrier) Από ασύρματες τεχνολογίες πιο εύκολα αξιοποιήσιμες είναι οι GSM που χρησιμοποιείται στα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, όπως επίσης και η GPRS και η LPR ( Low Power Radio). Από αυτές τις τεχνολογίες, το GSM θεωρείται καλύτερο από άποψη ευχρηστίας καθώς επιτρέπει την επικοινωνία με συγκεκριμένες κατηγορίες πελατών και την πρόσβαση σε απόμακρες περιοχές. Από την άλλη, τα PLC, LPR θεωρούνται πιο κατάλληλα για την αρχική εφαρμογή έξυπνων μετρητών σε τοπικό επίπεδο. Ήδη αυτές οι τεχνολογίες αξιοποιούνται σε δίκτυα στην Ιταλία, την Σκανδιναβία και αλλού. Φυσικά οι έξυπνοι μετρητές από μόνοι τους, δεν αρκούν καθότι πρέπει και το υπόλοιπο ηλεκτρικό δίκτυο να υποστεί ανάλογες μετατροπές ώστε να μπορεί να συνεργάζεται μαζί τους. Σε κάποιες χώρες όπου έχει εφαρμοστεί αυτό, έστω και πιλοτικά έχουν παρατηρηθεί τα παρακάτω κοινωνικό-οικονομικά οφέλη για παρόχους και καταναλωτές: Μειώσεις στην ανώτατη ζήτηση (peak demand), με αποτέλεσμα μειωμένο κίνδυνο black-out (California,Ontario,Victoria, Italy). Μειώσεις στην ανώτατη ζήτηση που είχαν αποτέλεσμα την μείωση του κόστους εξαιτίας της μειωμένης χρήσης μονάδων εφεδρείας, και την αποφυγή επενδύσεων για αναβάθμιση του δικτύου μεταφοράς και διανομής (California,Ontario,Victoria). Καλύτερη ισορροπία ανάμεσα σε προσφορά και ζήτηση με αποτέλεσμα μεγαλύτερη αποδοτικότητα στην αγορά χονδρικής παροχής ενέργειας (Victoria). Δίνεται η δυνατότητα στους καταναλωτές να αλλάζουν ευκολότερα παρόχους ενέργειας και γίνεται δυνατή η προσφορά οικονομικών πακέτων από τους παρόχους προς τους καταναλωτές (Victoria, The Netherlands, Sweden). Υπάρχουν σαφή περιβαλλοντικά οφέλη από την μειωμένη ζήτηση ενέργειας (Sweden).

36 36 Είναι φανερό ότι ένα έξυπνο δίκτυο σε συνδυασμό με έξυπνους μετρητές και έξυπνα σπίτια μπορεί να έχει πολλαπλά οφέλη τόσο για τους κατοίκους μιας περιοχής όσο και για τις εταιρείες παροχής ενέργειας Σημαντικότερα project στον τομέα της Έξυπνης Διαχείρισης Ενέργειας Θα κλείσουμε αυτό το κεφάλαιο αναφέροντας κάποια από τα σημαντικότερα project στον ευρωπαϊκό χώρο, τα οποία εστιάζονται στην έξυπνη διαχείριση ενέργειας και στην μετάβαση από τις κοινές κατοικίες σε αυτό που αποκαλούμε «έξυπνα σπίτια». Το project είναι ένα project χρηματοδοτούμενο από το Intelligent Energy-Europe Program, με σκοπό την ενημέρωση των πολιτών γύρω από τα οφέλη της παρακολούθησης της κατανάλωσης. Εστιάζει στην παραγωγή λεπτομερών αναλύσεων της κατανάλωσης ισχύος και κατόπιν της αλλαγής των καθημερινών συνηθειών των χρηστών με σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας. To project Google PowerMeter, είναι μια εφαρμογή φτιαγμένη από την Google με σκοπό την καταγραφή της κατανάλωσης μιας κατοικίας και την πρόταση τρόπων εξοικονόμησης ενέργειας. 2.3 Πράκτορες Λογισμικού Ορισμός Γενικά η λέξη πράκτορας χρησιμοποιείται με πολλές σημασίες στην καθημερινή μας ζωή. Έτσι είναι λίγο δύσκολο να ορίσουμε μονοδιάστατα την έννοια του πράκτορα. Μπορούμε να πούμε ότι «ένας πράκτορας ενεργεί εκ μέρους κάποιου άλλου, αφού του έχει δοθεί η εξουσιοδότηση». Όμως αυτός ο ορισμός του πράκτορα είναι πολύ αφηρημένος. Μια πρώτη προσπάθεια να δοθεί ένας όσο γίνεται περισσότερο ολοκληρωμένος ορισμός του πράκτορα λογισμικού έγινε από τους Wooldridge και Jennings [WOO95]: Πράκτορας λογισμικού είναι ένα υπολογιστικό σύστημα που βρίσκεται σε ένα περιβάλλον και είναι ικανό να δράσει αυτόνομα μέσα σε αυτό το περιβάλλον, για να μπορέσει να ολοκληρώσει τα καθήκοντα για τα οποία σχεδιάστηκε.

37 37 Λίγα χρόνια αργότερα, ο Michael Wooldridge [WOO99] έδωσε έναν πιο ολοκληρωμένο ορισμό προσπαθώντας να αποδώσει όσο καλύτερα γίνεται τις βασικές έννοιες που επιδεικνύει ένας πράκτορας: Πράκτορας λογισμικού είναι μια ανεξάρτητη οντότητα λογισμικού που, δουλεύοντας διαρκώς, φέρνει σε πέρας μια σειρά από εργασίες με συγκεκριμένο στόχο εκ μέρους κάποιας άλλης οντότητας, είτε ανθρώπινης είτε λογισμικού. Είναι ικανός να αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του μέσω αισθητήρων και να επιδράει σε αυτό, χρησιμοποιώντας γνώση ή έκφραση των προτιμήσεων του χρήστη Χαρακτηριστικά πρακτόρων Λογισμικού Ανάλογα με το πρόβλημα που έχουν να αντιμετωπίσουν ή με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται και αλληλεπιδρούν, οι πράκτορες επιδεικνύουν τα χαρακτηριστικά τους, άλλα σε μεγαλύτερο και άλλα σε μικρότερο βαθμό. Τα λειτουργικά αυτά χαρακτηριστικά των πρακτόρων είναι ([SYM05] και [BRA97] ): 1) Αυτονομία (Autonomy): Ο πράκτορας μπορεί να ενεργεί χωρίς συνεχή επιτήρηση και άμεση (ανθρώπινη ή άλλη) επέμβαση. Πρέπει να μπορεί να ελέγχει σε κάποιο βαθμό τις πράξεις του και την εσωτερική του κατάσταση βασιζόμενος στις πεποιθήσεις, τις επιθυμίες και τις προθέσεις του. 2) Αλληλεπίδραση (Interactivity): Ο πράκτορας μπορεί να αλληλεπιδράει με το περιβάλλον του και με άλλες οντότητες. Σε αυτή την έννοια εμπεριέχονται όλα τα είδη συμπεριφορών που μπορεί να επιδείξει ένας πράκτορας στο περιβάλλον. Οι δύο κυριότερες είναι: Αντιδραστικότητα (Reactivity): Η δυνατότητα να αντιλαμβάνεται τις αλλαγές στο περιβάλλον και να αντιδράει σε αυτές, αν είναι απαραίτητο. Προνοητικότητα (Pro-activeness): Η ικανότητα να παίρνει πρωτοβουλίες και να δρα, προσπαθώντας να ικανοποιήσει το σκοπό λειτουργίας του. 3) Προσαρμοστικότητα (Adaptability): Η ικανότητα του πράκτορα να αντιλαμβάνεται άλλους πράκτορες «εντός πεδίου». Προχωρημένες μέθοδοι προσαρμογής επιτρέπουν στους πράκτορες να αλλάξουν τις εσωτερικές τους καταστάσεις ανάλογα με την εμπειρία τους και το περιβάλλον. 4) Κοινωνικότητα (Sociability): Είναι πολύ σημαντικό για έναν πράκτορα, με την χρήση κάποιας γλώσσας επικοινωνίας, να επιδεικνύει συμπεριφορές ανάλογες με την κοινωνική ζωή ενός ανθρώπου. 5) Συνεργατικότητα (Cooperativity): Η δυνατότητα του πράκτορα να συνεργαστεί με άλλους για την επίτευξη ενός κοινού στόχου. 6) Ανταγωνιστικότητα (Competitiveness): Σε περιπτώσεις επικράτησης ενός πράκτορα, ο πράκτορας μπορεί να ανταγωνιστεί έναν άλλο

38 38 πράκτορα ή να αρνηθεί να την παροχή υπηρεσιών σε κάποιον ανταγωνιστή πράκτορα. 7) Χρονική Συνέχεια (Temporal Continuity): Ένας πράκτορας λειτουργεί αδιάλειπτα, οπότε πρέπει να είναι καλοσχεδιασμένος. 8) Χαρακτήρας (Character): Η δυνατότητα επίδειξης ανθρώπινων χαρακτηριστικών, όπως προσωπικότητα και συναισθηματική κατάσταση. 9) Κινητικότητα (Mobility): Ο πράκτορας μπορεί να μεταβεί από ένα περιβάλλον σε ένα άλλο, χωρίς να σταματήσει την λειτουργία του. 10) Εκμάθηση (Learning): Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός πράκτορα για την επιβίωση του σε εχθρικά περιβάλλοντα. Πρέπει να μπορεί να μάθει από τις αντιδράσεις του και τις αλληλεπιδράσεις του με το περιβάλλον. Όσο πιο αποτελεσματική η διαδικασία εκμάθησης, τόσο πιο έξυπνος είναι ο πράκτορας Κατηγορίες Πρακτόρων Λογισμικού Σύμφωνα με τον Nwana [NWA95] υπάρχουν τρία κριτήρια σύμφωνα με τα οποία μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τους πράκτορες: Κινητικότητα (Σταθεροί ή Κινητοί) Η Αλγοριθμική Λογική που ακολουθούν (Πράξεις σκοπιμότητας ή πράξεις αντίδρασης) Τα κύρια χαρακτηριστικά τους (Αυτονομία, Εκμάθηση, Συνεργασιμότητα) Το διάγραμμα (Σχήμα 6.) που ακολουθεί δείχνει τις κατηγορίες των πρακτόρων σύμφωνα με το τελευταίο κριτήριο. Σχήµα 5. Κατηγορίες Πρακτόρων Λογισμικού

39 39 Οι σημαντικότερες κατηγορίες πρακτόρων είναι: a. Ευφυείς Πράκτορες (Intelligent Agents): Είναι το πιο διαδεδομένο είδος πρακτόρων. Τα βασικά χαρακτηριστικά τους είναι: Δυνατότητα εκμάθησης (Learning Ability), ώστε να μπορούν με χρήση της εις άτοπο απαγωγής ή άλλων μεθόδων να αναλύουν συμπεριφορές και μαθαίνοντας, να επιλέγουν την καλύτερη. Δυνατότητα προσαρμογής (Adapting Ability), ώστε να μπορούν να αντιληφθούν τις αλλαγές στο περιβάλλον τους και να μεταβάλλουν αντίστοιχα την συμπεριφορά τους. b. Αυτόνομοι Πράκτορες (Autonomous Agents): Είναι πλήρως ανεξάρτητοι πράκτορες, ικανοί να πάρουν αποφάσεις για να ικανοποιήσουν εσωτερικές τους ανάγκες, βασιζόμενοι στο περιβάλλον που αντιλαμβάνονται. Σε εφαρμογές ρίσκου πρέπει να βρίσκονται υπό συνεχή παρακολούθηση. c. Κατανεμημένοι Πράκτορες (Distributed Agents): Είναι πράκτορες με κώδικα αρκετά «χαλαρό» ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σαν ανεξάρτητα threads αλλά και σε κατανεμημένα συστήματα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σαν τμήματα κώδικα άλλων πρακτόρων. d. Κινητοί Πράκτορες (Mobile Agents): Πράκτορες ικανοί να μεταφερθούν από περιβάλλον σε περιβάλλον, χωρίς να αλλάξουν την κατάσταση λειτουργίας τους. Συνήθως χρησιμοποιούνται για να συγκεντρώνουν πληροφορίες από διάφορα συστήματα ή περιβάλλοντα, ώστε να ελέγχουν την καλή λειτουργία τους. e. Ασαφείς Πράκτορες (Fuzzy Agents): Είναι πράκτορες που υλοποιούν αρχές ασαφούς λογικής (fuzzy logic principles) Βασικές Έννοιες Ευφυών Πρακτόρων Λογισμικού Οι ευφυείς πράκτορες λογισμικού συμφώνα με τους Bratman [BRA99] και Wooldridge [WOO00], βασίζονται στις εξής πολύ σημαντικές έννοιες: Πεποίθηση (Belief): Αντιπροσωπεύει την πληροφοριακή κατάσταση του πράκτορα, δηλαδή αυτά που πιστεύει σχετικά με τον κόσμο του (για αυτόν και τους υπόλοιπους πράκτορες). Διαχωρίζουμε την έννοια αυτή από την έννοια της γνώσης (knowledge), καθώς αυτά που πιστεύει ο πράκτορας δεν είναι κατά ανάγκη αλήθεια.

40 40 Επιθυμία ή Στόχος (Desire or Goal): Αντιπροσωπεύουν την συναισθηματική κατάσταση του πράκτορα, στόχους ή καταστάσεις που ο πράκτορας θέλει να ολοκληρώσει ή να επιφέρει. Πρόθεση (Intention): Αντιπροσωπεύει την κατάσταση σκοπιμότητας του πράκτορα, τι έχει ο πράκτορας αποφασίσει να κάνει. Είναι οι επιθυμίες (desires) στις οποίες έχει ο πράκτορας δεσμευτεί σε κάποιον βαθμό. Σχέδια (Plans): Είναι μια σειρά από πράξεις που ο πράκτορας προτίθεται να πραγματοποιήσει, ώστε να επιτύχει σε μια ή περισσότερες προθέσεις (intentions) του. Ένα σχέδιο μπορεί να περιέχει μέσα του άλλα σχέδια, ή να καλύπτει μερικώς κάποια άλλα Πολυπρακτορικά Συστήματα (Multi-Agent Systems) Η ύπαρξη πολύπλοκων και μεγάλων προβλημάτων, τα οποία είναι εσωτερικά κατανεμημένα ή επιλύονται μόνο με την συνεργασία κατανεμημένων στοιχείων, έδειξαν ότι η χρήση ενός μεμονωμένου πράκτορα δεν είναι αρκετή. Για τον λόγο αυτό αναπτύχθηκαν τα πολυπρακτορικά συστήματα (Multi-Agent Systems). Πολύπρακτορικό σύστημα (ή κοινωνίες πρακτόρων) είναι ένα περιβάλλον όπου δραστηριοποιούνται πολλοί πράκτορες, είτε με έναν κοινό, συλλογικό σκοπό συνεργαζόμενοι μεταξύ τους, είτε με ατομικούς ανταγωνιστικούς στόχους, προσπαθώντας να επικρατήσουν των υπολοίπων πρακτόρων. Τα βασικά χαρακτηριστικά των Πολυπρακτορικών Συστημάτων [HUG99] είναι: 4. Παρέχουν μια υποδομή για τον προσδιορισμό των πρωτοκόλλων επικοινωνίας και αλληλεπίδρασης. 5. Είναι ανοικτά και δεν έχουν κεντρικό έλεγχο. 6. Αποτελούνται από πράκτορες που είναι διεσπαρμένοι μέσα στο περιβάλλον και δρουν είτε αυτόνομα, είτε σε συνεργασία. Τα πολυπρακτορικά συστήματα υπερέχουν των συστημάτων με έναν πράκτορα στα εξής σημεία [Από το Agent Working Group] [URL 1] Τα Πολυπρακτορικά Συστήματα λόγω της κατανεμημένης φύσης τους, είναι ευέλικτα, επεκτάσιμα, συναρμολογούνται και αλλάζουν εύκολα, σε αντίθεση με τις αρχιτεκτονικές ενός πράκτορα που, λόγω του μεγάλου φόρτου εργασίας, δεν μπορούν να αποδώσουν τα μέγιστα και δεν είναι αξιόπιστος. Ένας πράκτορας δεν μπορεί να αποκτήσει εκτεταμένη και ειδικευμένη γνώση. Ένα πολυπρακτορικό σύστημα, λόγω των πολλών και κατανεμημένων διεργασιών, μπορεί να προσπελάσει περισσότερες πηγές γνώσης ταυτόχρονα. Οι εφαρμογές που απαιτούν κατανεμημένους υπολογισμούς υλοποιούνται καλύτερα από πολυπρακτορικά συστήματα. Τα πολυπρακτορικά συστήματα μοντελοποιούν προβλήματα χρησιμοποιώντας αυτόνομους πράκτορες που αλληλεπιδρούν, που είναι πολύ πιο φυσικός τρόπος να αναπαραστήσεις κατανομή εργασιών, ομαδικές εργασίες, ανοιχτά περιβάλλοντα κτλ.

41 41 Τα προβλήματα των συγκεντρωτικών συστημάτων όπως «single point failure» ή έλλειψη πόρων εξαλείφονται με τα πολυπρακτορικά συστήματα. [Η παραπάνω ενότητα ( ) αποτελεί μέρος της διπλωματικής εργασίας του συναδέλφου Χρυσόπουλου Αντώνιου, με τίτλο: Ανάπτυξη πλατφόρμας Πολυπρακτορικού Συστήματος για την λήψη αποφάσεων στο Χρηματιστήριο Ενέργειας, τον οποίο ευχαριστώ προσωπικά για την ευγενική παραχώρηση] Εφαρμογή των Πρακτόρων Λογισμικού στην Προσομοίωση και τον Έλεγχο ενός Έξυπνου Σπιτιού Οι Πράκτορες Λογισμικού, με τις ιδιότητες που αναφέρθηκαν στις προηγούμενες ενότητες αποτελούν μια ιδανική λύση για την προσομοίωση ενός έξυπνου σπιτιού. Αρχικά, οι πράκτορες λογισμικού μπορούν να αξιοποιηθούν για να προσομοιώσουν διάφορα στοιχεία ενός σπιτιού. Η δυνατότητα δυναμικής δημιουργίας πρακτόρων κάνει επίσης δυνατή την προσομοίωση οντοτήτων που μπορεί να μεταβάλλονται σε πλήθος από σπίτι σε σπίτι, όπως για παράδειγμα τα δωμάτια. Σημαντικό πλεονέκτημα των πρακτόρων λογισμικού είναι η δυνατότητα ενσωμάτωσης ευφυΐας σε διαφορετικά επίπεδα. Αυτό σημαίνει ότι οι πράκτορες που θα χρησιμοποιηθούν μπορεί να έχουν διαφορετικές δυνατότητες επικοινωνίας και ελέγχου ανάλογα με τις ευθύνες τους. Σε αυτό το σημείο γίνεται φανερή άλλη μια σημαντική δυνατότητα που παρέχει η υλοποίηση με πράκτορες λογισμικού, που είναι ο καταμερισμός του ελέγχου. Δημιουργώντας τύπους πρακτόρων με διαφορετικές αρμοδιότητες, γίνεται δυνατό να χωρίσουμε την λειτουργία ενός έξυπνου σπιτιού σε επίπεδα ελέγχου και να τοποθετήσουμε κάθε πράκτορα σε ένα μόνο επίπεδο. Έτσι, μπορούμε να έχουμε μια ιεραρχική δομή ελέγχου μέσα στο έξυπνο σπίτι, με κάθε πράκτορα λογισμικού να είναι υπεύθυνος για κάποιες λειτουργίες ή και για κάποιους άλλους πράκτορες. Η μέθοδος αυτή, εκτός του ότι εξασφαλίζει την διεκπεραίωση κάθε εργασίας από τον ένα και μόνο πράκτορα που είναι υπεύθυνος γι αυτήν, δίνει την δυνατότητα άμεσου εντοπισμού προβλημάτων, εάν τυχόν υπάρξουν. Τέλος, οι πράκτορες λογισμικού αποτελούν μια εύχρηστη λύση προγραμματιστικά. Η δυνατότητά τους να συνεννοούνται ανεξάρτητα λειτουργικού συστήματος, τους καθιστά εύχρηστους σε διαφορετικά περιβάλλοντα ανάπτυξης. Ακόμα, η δυνατότητα επαναπρογραμματισμού τους σημαίνει ότι αν χρειαστεί μπορεί κανείς να μεταβάλλει την λειτουργία τους πολύ εύκολα ή ακόμα και να επεκτείνει τις δυνατότητές τους. Για όλους αυτούς τους παραπάνω λόγους, επιλέξαμε τους πράκτορες λογισμικού σαν εργαλείο ανάπτυξης, προσομοίωσης και ελέγχου του συστήματος ezhome.

42 42 Κεφάλαιο 3.Αρχιτεκτονική του Συστήματος - Αρχές Υλοποίησης 3.1 Γενικά Το σύστημα ezhome που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής, είναι μια πολυπρακτορική εφαρμογή με σκοπό να προσομοιάσει ένα έξυπνο σπίτι του κοντινού μέλλοντος. Η εφαρμογή δίνει πλήρη ελευθερία στον χρήστη, ώστε να μπορεί να διαμορφώνει ανά πάσα στιγμή το εικονικό του σπίτι, προσθέτοντας ή αφαιρώντας χώρους και συσκευές και δίνει τη δυνατότητα προβολής στατιστικών στοιχείων σε σχέση με την κατανάλωση ανά συσκευή/τύπο συσκευών/χρονική περίοδο. Το βασικότερο όμως χαρακτηριστικό του ezhome είναι η απομακρυσμένη διαχείριση των συσκευών και των εργασιών που πρέπει να γίνουν στο σπίτι. Στις επόμενες παραγράφους ακολουθεί η περιγραφή των απαιτήσεων και της αρχιτεκτονικής του συστήματος που ακολουθήθηκε, καθώς και η περιγραφή των σημαντικότερων οντοτήτων που δρουν στο ezhome. 3.2 Λειτουργικές Απαιτήσεις Συστήματος Ξεκινώντας την ανάλυση των απαιτήσεων του συστήματος πρέπει να επισημάνουμε ότι ο σκοπός μας ήταν η δημιουργία ενός εικονικού προγραμματιζόμενου σπιτιού που θα έδινε την δυνατότητα παραμετροποίησης στον ένοικό του, αλλά ταυτόχρονα θα είχε στοιχεία ευφυΐας που θα του επέτρεπαν να επιτελεί κάποιες εργασίες αποδοτικότερα και χωρίς την παρέμβαση του χρήστη. Οι σημαντικότερες λειτουργικές απαιτήσεις που αναγνωρίσαμε ήταν οι εξής: Η ανάγκη να υπάρχει η δυνατότητα ο χρήστης να προσθέτει και να αφαιρεί χώρους κατά το δοκούν. Η ανάγκη να μπορεί ο χρήστης να προσθαφαιρεί συσκευές από συγκεκριμένους χώρους. Οι ηλεκτρικές συσκευές, χωρίστηκαν σε 4 θεματικές κατηγορίες: Φωτισμός (Lighting), Θέρμανση και Κλιματισμός (Temperature), Διασκέδαση (Entertainment) και Λοιπές Συσκευές (Other Devices). Ο ένοικος του σπιτιού να έχει την δυνατότητα να απενεργοποιεί ή να ενεργοποιεί την παρακολούθηση συσκευών μιας συγκεκριμένης κατηγορίας σε κάποιον χώρο. Η εφαρμογή να μπορεί να προβάλλει στοιχεία σχετικά με την κατανάλωση του σπιτιού σε KWh σε διαφορετικά επίπεδα χρονικής διαβάθμισης (time granularity), καθώς και στατιστικά των τιμών της KWh σε.

43 43 Ο χρήστης να έχει την δυνατότητα να αλλάξει την κατάσταση οποιαδήποτε εγκατεστημένης συσκευής, να μεταβάλλει τον τρόπο λειτουργίας της, και να αλλάξει το επίπεδο προτίμησής του προς αυτήν. Ο χρήστης να μπορεί να θέσει οποιαδήποτε συσκευή μεμονωμένα σε οικολογικό mode λειτουργίας (Ecomode). Ο χρήστης να μπορεί να θέτει όλες τις εγκατεστημένες συσκευές σε ένα δωμάτιο σε οικολογικό mode λειτουργίας με μία κίνηση. Ο χρήστης να έχει την δυνατότητα να προγραμματίσει την λειτουργία των εγκατεστημένων συσκευών του σε ώρες που επιθυμεί. Το σύστημα να μπορεί να αποφασίζει για τις οικονομικότερες ώρες εκτέλεσης των προγραμματισμένων από τον χρήστη εργασιών, εφόσον αυτός το επιθυμεί. Οι επιλογές θα πρέπει να είναι ορατές από τον χρήστη. Το σύστημα να συνεργάζεται με τον πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας, αναλαμβάνοντας τον έλεγχο των μη ζωτικών συσκευών του σπιτιού σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Σε περίπτωση που το σύστημα δεχθεί τιμή ρεύματος ανώτερη από εκείνη που ο χρήστης έχει αποδεχθεί στο συμβόλαιό του με τον πάροχο ηλεκτρισμού, το σύστημα να επεμβαίνει προσπαθώντας να μειώσει την κατανάλωση της οικίας. Όλες οι λειτουργίες να είναι διαθέσιμες στον χρήστη μέσω μιας γραφικής διεπαφής (GUI). Σε περίπτωση βλάβης ή διακοπής ρεύματος, το σύστημα να μπορεί να επαναφέρει τις ρυθμίσεις του χρήστη. 3.3 Αρχιτεκτονική του Συστήματος Σε αυτό το σημείο, θα προχωρήσουμε στην αναλυτική περιγραφή της αρχιτεκτονικής του συστήματος ezhome. Για την καλύτερη κατανόηση της αρχιτεκτονικής, αρχικά θα κάνουμε μια μακροσκοπική θεώρηση του προβλήματος και στην συνέχεια θα προχωρήσουμε στην αρχιτεκτονική που ακολουθήθηκε προγραμματιστικά στην δημιουργία της εφαρμογής Μακροσκοπική Θεώρηση Πρώτο μας μέλημα, ήταν ο διαχωρισμός ενός σπιτιού σε οντότητες που θα ήταν δυνατό να προσομοιωθούν προγραμματιστικά. Με αυτή τη λογική επιλέξαμε ως βασική οντότητα του έξυπνου σπιτιού μας, το Δωμάτιο (Room). Στη συνέχεια, θεωρήσαμε ότι ένα σπίτι αποτελείται από ένα σύνολο Δωματίων, τα οποία μπορούν να έχουν απεριόριστο πλήθος. Με αυτόν τον τρόπο ο ένοικος του σπιτιού μπορεί να προσαρμόσει το πρόγραμμα στις ανάγκες του. Στην συνέχεια, για την πλήρωση των

44 44 δωματίων επιλέξαμε την οντότητα Συσκευή (Device). Κάθε ηλεκτρική συσκευή με δυνατότητα παρακολούθησης και ελέγχου, τοποθετήθηκε σε μια από τις προαναφερθείσες τέσσερις κατηγορίες : Φωτισμός, Θερμοκρασία και Κλιματισμός, Διασκέδαση και Λοιπές Συσκευές. Επιλέξαμε να διαχωρίσουμε τις συσκευές σε δύο κύριες κατηγορίες ως προς την λειτουργικότητά τους : 1) Απλές Συσκευές (ON/OFF devices) : Σε αυτήν την κατηγορία εντάσσονται όλες οι συσκευές που θεωρούμε ότι δεν διαθέτουν δυνατότητες παραμετροποίησης. Οι συσκευές αυτές διαθέτουν είτε δύο καταστάσεις λειτουργίας: ON/OFF είτε τρεις: ON/OFF/STANDBY και το μόνο που μπορούν να κάνουν είναι να μεταβαίνουν σε μια από αυτές τις δυνατές καταστάσεις. Όλες οι Απλές Συσκευές διαθέτουν ένα μόνο τρόπο λειτουργίας (mode). Παραδείγματα τέτοιων συσκευών είναι π.χ. ένα απλό φως, μια τηλεόραση ή ένα ραδιόφωνο. 2) Συσκευές μεταβλητού σημείου λειτουργίας (Setpoint devices) : Σε αυτήν την κατηγορία εντάσσονται οι συσκευές που θεωρούμε ότι διαθέτουν δυνατότητες παραμετροποίησης. Οι παράμετροι που μπορούν να ρυθμιστούν είναι, είτε απλά το σημείο λειτουργίας μιας συσκευής (για παράδειγμα, ο θερμοστάτης ενός θερμαντικού σώματος), είτε η γενική λειτουργία μιας συσκευής (για παράδειγμα, η εναλλαγή ανάμεσα σε θέρμανση και ψύξη σε ένα air-condition). Οι δυνατές παραμετροποιήσεις εκφράζονται σαν τρόποι λειτουργίας (modes) σε κάθε συσκευή και το πλήθος τους διαφέρει από συσκευή σε συσκευή. Να σημειωθεί, ότι οι Συσκευές μεταβλητού σημείου λειτουργίας αποτελούν επέκταση των Απλών Συσκευών, και μοιράζονται όλα τα χαρακτηριστικά των τελευταίων. Διέπονται δε επίσης από τις ίδιες 3 πιθανές καταστάσεις λειτουργίας, ON, OFF και STANDBY. Όπως είναι λογικό, οι περισσότερες από τις συσκευές σε ένα σπίτι ανήκουν σε αυτήν την κατηγορία. Ακόμα, απαραίτητη οντότητα προς προσομοίωση για το έξυπνο σπίτι μας, ήταν ο Έξυπνος Μετρητής (Smart Controller), ο οποίος επιτελεί σημαντικό ρόλο στις μετρήσεις και την επικοινωνία του σπιτιού με τον Πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας. Κατ επέκταση τον τελευταίο τον αναγνωρίσαμε ως εξωτερική οντότητα, αναγκαία για την λειτουργία του ezhome. Συνολικά λοιπόν, θεωρήσαμε ότι το έξυπνο σπίτι ezhome, αποτελείται από ένα σύνολο Δωματίων. Σε κάθε Δωμάτιο μπορούν να τοποθετηθούν ηλεκτρικές Συσκευές που χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα την λειτουργικότητά τους και τους τρόπους λειτουργίας τους. Το σπίτι περιλαμβάνει τέλος έναν έξυπνο μετρητή, ο οποίος συνεργάζεται με το σύστημα ezhome και με τον Πάροχο ηλεκτρικής ενέργειας.

45 Προγραμματιστική Αρχιτεκτονική του Συστήματος Το ezhome αποτελείται από δύο βασικά τμήματα (modules): Την κονσόλα ezhome στην πλευρά του χρήστη και τη Βάση Δεδομένων (ΒΔ) ezhomedb. Τα δύο αυτά κομμάτια συνεργάζονται προκειμένου το σύστημα να λειτουργεί σωστά Η κονσόλα ezhome που θα μας απασχολήσει σε αυτήν την ενότητα βασίζεται σε μια αρχιτεκτονική τεσσάρων επιπέδων. Σε κάθε επίπεδο, ορίζονται και λειτουργούν διαφορετικοί τύποι Πρακτόρων Λογισμικού, ανάλογα με τις εργασίες που επιτελούν στο σύστημα, τη σχέση τους με τους υπόλοιπους πράκτορες και τη θεωρητική τους «απόσταση» από τον τελικό χρήστη. Για την υλοποίηση των πρακτόρων χρησιμοποιήθηκαν οι βιβλιοθήκες του JADE (Java Agent Development Framework) [BEL01]. Το ezhome είναι γραμμένο σε Java και αναπτύχθηκε στο Eclipse IDE (version 3.4.1). Για την καλύτερη κατανόηση της αρχιτεκτονικής του συστήματος, θα αναλύσουμε σε αυτό το σημείο πώς κάθε οντότητα που αναγνωρίστηκε στην μακροσκοπική εξέταση αναπαρίσταται προγραμματιστικά. Ακόμα παρουσιάζουμε και τις βοηθητικές οντότητες που χρειάστηκε να αναπτυχθούν στην πορεία. Βασικές Οντότητες και Βασικά Σενάρια Χρήσης Το Δωμάτιο (Room) : Όπως αναφέραμε στην προηγούμενη ενότητα, θεωρούμε πως το έξυπνο σπίτι ezhome αποτελείται από ένα σύνολο Δωματίων. Για την αναπαράσταση του Δωματίου χρησιμοποιήσαμε την εξής λογική : Σε κάθε Δωμάτιο θεωρήσαμε ότι απασχολούνται δύο είδη οντοτήτων : 1) Ο επιβλέπων πράκτορας του Δωματίου (Master Agent), που είναι πάντα μόνο ένας και 2) Οι πράκτορες-υπηρέτες (Servant Agents) οι οποίοι είναι ο καθένας υπεύθυνος για μια κατηγορία ηλεκτρικών συσκευών και μπορούν να διαφέρουν σε πλήθος από δωμάτιο σε δωμάτιο. Προφανώς ο αριθμός των Master Agents κάθε στιγμή ισοδυναμεί με τον αριθμό των δωματίων που υπάρχουν στο σπίτι. Τέλος, επιβλέπων όλων των Δωματίων, και άρα του σπιτιού, ορίστηκε ο πράκτορας AgentM. Πράκτορες Δωματίων AgentM : Ο AgentM εποπτεύει την λειτουργία των υπόλοιπων πρακτόρων δωματίου και ουσιαστικά εκτελεί τις εντολές του χρήστη. Βρίσκεται στο δεύτερο επίπεδο του συστήματος. Κρατάει έναν πίνακα με αντικείμενα της κλάσης AgentMID, καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύει μια συσκευή στο σπίτι. Μέσω αυτών των αντικειμένων ο AgentM μπορεί να γνωρίζει ανά πάσα στιγμή ποια συσκευή υπάγεται σε ποιόν Servant Agent, και ποιος είναι ο Master Agent στο Δωμάτιο στο οποίο είναι εγκατεστημένη. Ο AgentM λειτουργεί σε άμεση συνεργασία με τον Πράκτορα διεπαφής GUIAgent (πρώτο επίπεδο), ο οποίος μεταφέρει τις εντολές του χρήστη στο σύστημα, υλοποιώντας αυτές τις εντολές. Ακόμα, δέχεται εντολές από τον πράκτορα SchedulerAgent (δεύτερο επίπεδο) ο οποίος είναι υπεύθυνος για τον χρονοπρογραμματισμό εργασιών στο σπίτι. Και οι δύο αυτοί πράκτορες θα αναλυθούν στην συνέχεια. Οι εργασίες που φέρνει σε πέρας ο πράκτορας AgentM είναι :

46 46 Προσθήκη μιας ή περισσοτέρων συσκευών σε κάποιο Δωμάτιο: Ο AgentM λαμβάνει τις συσκευές από τον GUIAgent και τις προωθεί στον κατάλληλο Master Agent και Servant Agent για προσθήκη στους δικούς τους πίνακες συσκευών. Αφαίρεση μιας συσκευής από κάποιο Δωμάτιο: Ο AgentM λαμβάνει από τον GUIAgent τις ταυτότητες των συσκευών (ID) προς απομάκρυνση από το σύστημα και στέλνει εντολές διαγραφής προς τους κατάλληλους Master Agents και Servant Agents. Τέλος αφαιρεί οποιαδήποτε αναφορά στην συσκευή από τον πίνακα συσκευών που διατηρεί ο ίδιος. Αλλαγή κάποιας παραμέτρου μιας συσκευής όπως αλλαγή κατάστασης (ON/OFF/STANDBY) ή αλλαγή mode λειτουργίας: Η εντολή αλλαγής προέρχεται είτε από τον GUIAgent,οπότε πρόκειται για άμεση εντολή του χρήστη, είτε από τον SchedulerAgent οπότε πρόκειται για προγραμματισμένη εργασία. Η εντολή προωθείται από τον AgentM απευθείας στον κατάλληλο ServantAgent. Αφαίρεση Δωματίου και καθαρισμός του από συσκευές. Αυτή είναι μια ενέργεια που απαιτείται πριν από την κατάργηση ενός Δωματίου που αιτείται ο χρήστης, για να μην υπάρχουν λανθασμένες αναφορές στους πίνακες των πρακτόρων. Αφαίρεση πράκτορα Servant Agent από το σύστημα. Αυτό συμβαίνει στην περίπτωση που ο χρήστης επιλέξει ότι δεν θέλει να παρακολουθείται κάποια κατηγορία συσκευών σε κάποιο Δωμάτιο. Η εντολή αυτή λαμβάνεται και πάλι μέσω του GUIAgent και συνεπάγεται και την απομάκρυνση όλων των συσκευών του συγκεκριμένου τύπου από το Δωμάτιο. Master Agent: Ο Master Agent είναι ο εποπτεύων ενός Δωματίου. Βρίσκεται στο τρίτο επίπεδο του συστήματος. Διατηρεί έναν πίνακα αντικειμένων της κλάσης MastersID, τα οποία αντιπροσωπεύουν το καθένα μια εγκατεστημένη συσκευή στο Δωμάτιο της αρμοδιότητας του συγκεκριμένου Master Agent. Τα αντικείμενα αυτά περιλαμβάνουν πληροφορίες για το ID κάθε συσκευή, τον Servant Agent στον οποίο υπάγεται, και τον τύπο της συσκευής. Κάθε Master Agent δέχεται εντολές από τον AgentM, και από τον ConsumptionAgent (τρίτο επίπεδο) που είναι ένας πράκτορας επιφορτισμένος με την μέτρηση της κατανάλωσης του σπιτιού και θα αναλυθεί στην συνέχεια. Οι εργασίες που φέρνει σε πέρας ένας Master Agent είναι :

47 47 Προσθήκη και αφαίρεση συσκευών από τον πίνακα του, ώστε να γνωρίζει ποια συσκευή αντιστοιχίζεται σε ποιόν Servant Agent. Τις εντολές για προσθήκη και αφαίρεση τις δέχεται από τον AgentM. Καταμέτρηση της συνολικής κατανάλωσης του Δωματίου της ευθύνης του. Στέλνοντας κατάλληλα μηνύματα προς τους Servant Agents του δωματίου, ο Master Agent συλλέγει την κατανάλωση όλων των συσκευών και υπολογίζει την συνολική κατανάλωση του δωματίου (Watt) όποτε του ζητηθεί. Η κατανάλωση αυτή επιστρέφεται στον ConsumptionAgent, ο οποίος στέλνει και την εντολή καταμέτρησης. Servant Agent : Ο Servant Agent βρίσκεται στο κατώτερο (τέταρτο) επίπεδο του συστήματος και είναι υπεύθυνος για μια κατηγορία συσκευών σε ένα και μόνο Δωμάτιο. Στο σύστημα ezhome ο Servant Agent είναι μια κλάση που κληρονομείται και επεκτείνεται από τις κλάσεις LightAgent, TemperatureAgent, EntertainmentAgent και OtherAgent. Οι τέσσερις αυτές κλάσεις είναι πανομοιότυπες μεταξύ τους, και η μόνη διαφορά τους έγκειται στις συσκευές τις οποίες αποθηκεύουν και έχουν δικαιοδοσία. Σε κάθε Δωμάτιο δραστηριοποιούνται κανονικά τέσσερις Servant Agents, ένας από κάθε μια από τις προαναφερθείσες κλάσεις, εκτός και αν ο χρήστης επιλέξει κάποια στιγμή να τερματίσει την λειτουργία ενός ή περισσοτέρων από αυτούς. Κάθε Servant Agent διατηρεί έναν πίνακα με αντικείμενα της κλάσης ServantsID, τα οποία περιλαμβάνουν την Συσκευή ως αντικείμενο, το μοναδικό της ID, την προτίμηση του χρήστη προς αυτήν, μια τιμή που υποδηλώνει την γενική σημασία της συσκευής, και τον βασικό της τύπο (ON/OFF ή Set point device). Κάθε Servant Agent δέχεται εντολές τόσο από τον AgentM όσο και από τον Master Agent του Δωματίου στο οποίο υπάγεται. Οι εργασίες που φέρνει σε πέρας κάθε Servant Agent είναι : Προσθήκη μιας συσκευής στο σύστημα: Ο Servant Agent λαμβάνει εντολή από τον AgentM και προσθέτει ένα αντικείμενο της wrapper κλάσης DeviceHolder, που περικλείει αντικείμενα OnOffDevice και SetpointDevice, στον πίνακα συσκευών του, μαζί με τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά της. Κατόπιν ενημερώνει την Βάση Δεδομένων ezhomedb, προσθέτοντας μια εγγραφή με τα στοιχεία της συσκευής και πού αυτή βρίσκεται. Διαγραφή μιας συσκευής από το σύστημα: Ο Servant Agent λαμβάνει εντολή από τον AgentM και αφαιρεί μια συσκευή από τον πίνακα συσκευών του. Κατόπιν αφαιρείται η ανάλογη εγγραφή από τη Βάση Δεδομένων. Αλλαγή κατάστασης λειτουργίας συσκευής: Ο Servant Agent λαμβάνει εντολή από τον AgentM και αλλάζει την κατάσταση λειτουργίας μιας

48 48 συσκευής σε ON, OFF ή STANDBY. Η αλλαγή καταγράφεται στη Βάση Δεδομένων, μαζί με τον χρόνο που συνέβη η αλλαγή και τον λόγο της αλλαγής. Οι λόγοι για αλλαγή κατάστασης μπορεί να είναι : 1) Αλλαγή από τον χρήστη (Reason: User), 2) Αλλαγή από τον Πράκτορα Προγραμματισμού (Reason: Scheduler), 3) Αλλαγή λόγω προειδοποίησης από τον Πάροχο (Reason: DEH Warning), 4) Αλλαγή λόγω υψηλής τιμής ρεύματος (Reason: High Price). Η νέα κατάσταση λειτουργίας επίσης αποτυπώνεται σε σχετική εγγραφή στη ΒΔ. Αλλαγή mode λειτουργίας συσκευής: Ο Servant Agent λαμβάνει εντολή από τον AgentM και αλλάζει την CurrentMode παράμετρο μιας συσκευής του πίνακα του στο επιθυμητό mode λειτουργίας. Στη συνέχεια ενημερώνει τον τη ΒΔ με τη νέα κατάσταση. Καταμέτρηση κατανάλωσης ενέργειας συσκευών : Ο Servant Agent λαμβάνει εντολή από τον Master Agent του Δωματίου και καταμετράει την κατανάλωση σε Watt κάθε συσκευής που έχει υπό την επίβλεψή του. Η κατανάλωση κάθε συσκευής καταγράφεται μαζί με άλλα στοιχεία στη ΒΔ. Η συνολική κατανάλωση επιστρέφεται στον Master Agent. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται οι πράκτορες που έχουμε αναφέρει έως τώρα καθώς και οι συσχετίσεις μεταξύ τους. Σχήµα 6. Διάγραμμα πρακτόρων 1

49 49 Η Συσκευή (Device) : Βασικό δομικό στοιχείο του συστήματος ezhome είναι η οντότητα Συσκευή. Επιλέξαμε να προσομοιάσουμε τις οικιακές ηλεκτρικές συσκευές μιας κατοικίας ως αντικείμενα της γλώσσας Java. Καταρχήν δημιουργήσαμε το αντικείμενο OnOffDevice, το οποίο αντιπροσωπεύει τις απλές ηλεκτρικές συσκευές χωρίς δυνατότητες παραμετροποίησης. Στη συνέχεια δημιουργήσαμε το αντικείμενο SetPointDevice το οποίο κληρονομεί όλα τα χαρακτηριστικά του αντικειμένου OnOffDevice και αντιπροσωπεύει τις πιο σύνθετες συσκευές με δυνατότητες παραμετροποίησης. Για τις ανάγκες αποθήκευσης των συσκευών ως ένα ενιαίο αντικείμενο στο σύστημα, δημιουργήσαμε επίσης την wrapper κλάση DeviceHolder που περικλείει συσκευές του ενός ή του άλλου τύπου. Στον επόμενο πίνακα (Table 2), παρουσιάζουμε τα χαρακτηριστικά (attributes ) που θεωρήσαμε ότι ορίζουν μια συσκευή ON/OFF. Χαρακτηριστικό Περιγραφή description status maxpower lifexpectancy MTBF importance userimportance currentload maintenance energyclass Ένα String χαρακτήρων που περιγράφουν την συσκευή. Ένας Integer που περιγράφει την κατάσταση της συσκευής: 1=ON, 0=OFF, 2=STANDBY. Ένας Integer που δηλώνει την μέγιστη ονομαστική ισχύ της συσκευής σε Watt. Ένας Integer που δηλώνει την αναμενόμενη διάρκεια ζωής της συσκευής σε χρόνια. Ένας Integer που δηλώνει τον μέσο χρόνο ανάμεσα σε σφάλματα της συσκευής, σε ώρες. Ένας Integer, σε κλίμακα από 1 έως 5, που δηλώνει την γενική σημασία της συσκευής. Αυτό το νούμερο είναι αυθαίρετο και το δίνουμε εμείς με βάση την εμπειρική γνώση της σημασίας των συσκευών ανάλογα με το είδος τους. Για παράδειγμα θεωρούμε ότι ένα ψυγείο έχει μεγαλύτερη σημασία από ένα φως. Επομένως θέτουμε το ψυγείο σε importance 1, ενώ το φως σε importance 3. To 1 είναι το μέγιστο ενώ το 5 το ελάχιστο της κλίμακας. Ένας Integer, σε κλίμακα από 1 έως 5, που δηλώνει την σημασία της συσκευής για τον χρήστη. Αυτή η τιμή μπορεί να μεταβληθεί από τον χρήστη για να αντικατοπτρίζει πόσο σημαντική είναι για αυτόν η κάθε συσκευή. Ένας Integer που δηλώνει το τρέχων φορτίο της συσκευής, σε Watt. Ένας Integer που δηλώνει το χρονικό διάστημα στο οποίο πρέπει να επιτελείται συντήρηση στην συσκευή, σε ώρες. Ένα String που υποδηλώνει την ενεργειακή κλάση της συσκευής.

50 50 maker dinterface protocoll prosumer standby preserve Ένα String που υποδηλώνει τον κατασκευαστή της συσκευής. Ένα String που υποδηλώνει την διεπαφή δικτύωσης της συσκευής. Ένα String που υποδηλώνει το πρωτόκολλο δικτύωσης της συσκευής. Μια Boolean μεταβλητή που υποδηλώνει το κατά πόσον η συσκευή έχει την ιδιότητα του prosumer, δηλαδή της επιστροφής ισχύος στο δίκτυο. Μια Boolean μεταβλητή που υποδηλώνει κατά πόσον η συσκευή έχει standby mode ή όχι. Μια Boolean μεταβλητή που υποδηλώνει κατά πόσον η συσκευή έχει κάποιο mode συντήρησης του αποτελέσματός της. Table 2. Πίνακας χαρακτηριστικών Συσκευών ON/OFF Οι SetPoint Συσκευές μοιράζονται όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά αλλά έχουν επιπλέον πέντε χαρακτηριστικά, που παρουσιάζονται στον επόμενο πίνακα (Table 3). Χαρακτηριστικό currentoppoint minoppoint maxoppoint modecount currentmode Περιγραφή Ένας Integer που υποδηλώνει το τρέχων σημείο λειτουργίας της συσκευής. Ένας Integer που υποδηλώνει το κατώτατο σημείο λειτουργίας της συσκευής, σε Watt. Ένας Integer που υποδηλώνει το μέγιστο σημείο λειτουργίας της συσκευής. Ένας Integer που υποδηλώνει τον αριθμό των διαθέσιμων modes της συσκευής. Ένας Integer που υποδηλώνει τον τρέχων mode λειτουργίας της συσκευής. Table 3. Πίνακας χαρακτηριστικών Συσκευών Setpoint Ο Έξυπνος Μετρητής (Smart Controller): Για την προσομοίωση του έξυπνου μετρητή ενέργειας, δημιουργήσαμε έναν ακόμα πράκτορα λογισμικού με το όνομα SmartControllerAgent. Ο Πράκτορας αυτός βρίσκεται στο δεύτερο

51 51 επίπεδο και συνεργάζεται από τη μια πλευρά με τον Πάροχο ενέργειας που εκπροσωπείται από τον πράκτορα DEHAgent και από την άλλη με τον ConsumptionAgent και τον AgentM. Βασική λειτουργία του SmartControllerAgent είναι να δέχεται τιμές για το ρεύμα κάθε τέταρτο της ώρας και να ελέγχει αν αυτές οι τιμές είναι εντός των ορίων που έχει συμφωνήσει ο χρήστης του σπιτιού με τον πάροχο ενέργειας. Σε κάθε περίπτωση, κάθε φορά που λαμβάνει μια νέα τιμή, στέλνει εντολή στον ConsumptionAgent να υπολογίσει και να καταγράψει την κατανάλωση των συσκευών και συνολικά του σπιτιού. Ταυτόχρονα, καταγράφει στη ΒΔ τα δεδομένα που έλαβε, όπως τον μοναδικό αριθμό του σήματος (DeiId), την ημερομηνία και το τρέχων τέταρτο, την τιμή του ρεύματος για το τρέχων τέταρτο και το κατά πόσον η τιμή αυτή έγινε δεκτή από το ezhome. Στην περίπτωση που η ληφθείσα τιμή ρεύματος υπερβαίνει την συμφωνηθείσα με τον πάροχο τιμή, ο SmartControllerAgent προσπαθεί να μειώσει την κατανάλωση του σπιτιού σβήνοντας τις συσκευές με προτεραιότητα 4 και 5. Η προτεραιότητα των συσκευών υπολογίζεται ως ο αριθμητικός μέσος όρος των attributes importance και user importance κάθε συσκευής, στρογγυλοποιημένος προς τα πάνω. Για κάθε συσκευή που βρίσκεται να έχει προτεραιότητα μεγαλύτερη του 3, στέλνεται από ένα μήνυμα κλεισίματος στον AgentM, όπου αναγράφεται ως λόγος για το κλείσιμο της συσκευής : «High Price». Στην περίπτωση που ο SmartControllerAgent λάβει ένα μήνυμα προειδοποίησης (Warning) από τον Πάροχο ενέργειας, έχει την ευθύνη να προσπαθήσει να φέρει την κατανάλωση του σπιτιού στα όρια που ζητάει ο Πάροχος. Μια τέτοια κατάσταση θεωρείται έκτακτη ανάγκη και ο Πάροχος ζητάει από κάθε καταναλωτή ξεχωριστά να φέρει την κατανάλωσή του κάτω από ένα όριο προκειμένου να αποφευχθεί γενικευμένο black-out. Στην περίπτωσή μας, ο SmartControllerAgent ενεργεί με τον ακόλουθο τρόπο: 1. Όλες οι προγραμματισμένες λειτουργίες αναβάλλονται ή μπαίνουν σε αναμονή μέχρι το πέρας της προειδοποίησης. 2. Ο SmartControllerAgent συγκεντρώνει όλες τις συσκευές με συνολική σημασία μεγαλύτερη του 1. Ξεκινώντας με την συσκευή με την χαμηλότερη σημασία, ξεκινάει να κλείνει μία συσκευή κάθε φορά, ελέγχοντας παράλληλα αν έχει επιτευχθεί το όριο που θέτει ο πάροχος. Με τρόπο παρόμοιο με αυτόν στην περίπτωση της υψηλής τιμής, στέλνει μηνύματα στον AgentM, θέτοντας λόγο κλεισίματος «DEH Warning». Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται το κλείσιμο των συσκευών με βάση την σημασία τους προς τον χρήστη, ενώ αποφεύγεται το κλείσιμο πραγματικά αναγκαίων συσκευών με προτεραιότητα Αν επιτευχθεί το όριο του παρόχου, σταματάει το κλείσιμο των συσκευών και αναμένεται το πέρας της προειδοποίησης, ενώ δεν επιβάλλεται κάποιο

52 52 πρόστιμο. Αν το όριο δεν επιτευχθεί, και δεν υπάρχουν άλλες συσκευές με προτεραιότητα μεγαλύτερη του 1, τότε θεωρούμε πως ο πάροχος επιβάλλει πρόστιμο για την επιβάρυνση του δικτύου και η τιμή της KWh πολλαπλασιάζεται επί συντελεστή 1,5 για τα επόμενα τέταρτα έως το πέρας της προειδοποίησης. Ο Πάροχος Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΗ) : Για την προσομοίωση του Παρόχου ηλεκτρικής Ενέργειας, δημιουργήσαμε έναν ακόμα πράκτορα, τον DEHAgent. Ο DEHAgent θεωρείται εξωτερικός πράκτορας και τοποθετείται ανάμεσα στο πρώτο και το δεύτερο επίπεδο. Οι αρμοδιότητες του είναι τρεις : 1. Παράγει ανά κάποια δευτερόλεπτα που ορίζουμε στο πρόγραμμα, μια ψευδοτυχαία τιμή τριών δεκαδικών ανάμεσα στο 0 και το 1 η οποία παριστά μια τιμή της KWh. Θεωρούμε ότι κάθε τέταρτο παράγεται μια τέτοια τιμή, και ενημερώνεται για αυτήν ο SmartControllerAgent. 2. Λειτουργεί σαν ρολόι και ημερολόγιο για το σύστημα ezhome, παράγοντας κάθε φορά την ώρα, τη μέρα, το μήνα και τον χρόνο που υποθετικά είναι σε εξέλιξη. Η ημερομηνία και η ώρα μαζί με την ψευδοτυχαία τιμή KWh που αναφέραμε προηγουμένως περιλαμβάνονται σε αντικείμενα της κλάσης SmartControllerInfo. 3. Όταν ολοκληρωθεί ένας μήνας αναλαμβάνει να υπολογίσει την μέση τιμή της KWh για ολόκληρο τον μήνα και την αποθηκεύει στην ΒΔ. 4. Μπορεί να στείλει εφόσον το ορίσουμε, μηνύματα προειδοποίησης (Warnings) στον SmartControllerAgent. Τα μηνύματα αυτά περιλαμβάνουν μία τιμή που αναπαριστά τον αριθμό των τετάρτων που θα είναι σε ισχύ η προειδοποίηση και μία τιμή που αποτελεί το επιθυμητό όριο Watt του παρόχου. Βοηθητικές Οντότητες Προκειμένου να καταστεί λειτουργικό το σύστημα ezhome, χρειάστηκε να αναπτυχθούν κάποιες επιπλέον οντότητες, οι οποίες δεν είναι μακροσκοπικά ορατές. Αυτές είναι : 1) Ο πράκτορας ConsumptionAgent, 2) Ο πράκτορας SchedulerAgent και ο αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού (Scheduler), 3) Η Οντολογία ezhomeontology και το λεξικό πρακτόρων Vocabulary Ο πράκτορας ConsumptionAgent : Αυτός ο πράκτορας βρίσκεται στο τρίτο επίπεδο πρακτόρων και είναι επιφορτισμένος με την συλλογή στοιχείων κατανάλωσης των δωματίων και του σπιτιού. Λαμβάνει ένα σήμα από τον SmartControllerAgent κάθε τέταρτο και προωθεί το αίτημα καταμέτρησης καταναλισκόμενης ισχύος στους υπάρχοντες Master Agents του σπιτιού. Στην

53 53 συνέχεια ακολουθείται η διαδικασία που περιγράφεται στους Master Agents και Servant Agents, προκειμένου να συλλεχθούν τελικά τα στοιχεία κατανάλωσης. Τελικά, οι Master Agents επιστρέφουν τα στοιχεία τους στον ConsumptionAgent, ο οποίος τυπώνει στην κονσόλα του προγράμματος και στην διεπαφή του χρήστη την κατανάλωση κάθε δωματίου, την συνολική κατανάλωση του σπιτιού και το κόστος αυτής σε για το τρέχων τέταρτο. Ο πράκτορας SchedulerAgent: Όπως αναφέραμε στις λειτουργικές απαιτήσεις του συστήματος, θεωρήσαμε σημαντικό να υπάρχει η δυνατότητα χρονοπρογραμματισμού ορισμένων εργασιών στο σπίτι. Τέτοιες εργασίες θα μπορούσαν να είναι η θέρμανση ενός χώρου, η θέρμανση νερού ή το άναμμα συγκεκριμένων φωτιστικών σωμάτων σε συγκεκριμένες ώρες. Προχωρώντας ένα βήμα παραπέρα, θελήσαμε να δώσουμε στον χρήστη τη δυνατότητα να εξοικονομήσει χρήματα, αφήνοντας το σύστημα ezhome να επιλέξει την καλύτερη ώρα έναρξης για κάποιες εργασίες (tasks). Γι αυτόν τον λόγο δημιουργήσαμε έναν αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού (Scheduling Algorithm), τον οποίο θα αναλύσουμε στην επόμενη ενότητα. Υπεύθυνος για την εκτέλεση του αλγορίθμου και τον προγραμματισμό των tasks που ορίζει ο χρήστης του ezhome τέθηκε ο πράκτορας SchedulerAgent. Ο πράκτορας αυτός: 1. Επικοινωνεί από την μια πλευρά με τον πράκτορα GUIAgent από τον οποίο λαμβάνει εντολές του χρήστη για δημιουργία νέων tasks, για διακοπή υπαρχόντων tasks ή για διαγραφή tasks. 2. Επικοινωνεί με τον AgentM στον οποίο στέλνει εντολές ανοίγματος/κλεισίματος/standby ή αλλαγής mode για συσκευές που συμμετέχουν στα tasks του χρήστη. 3. Τρέχει τον αλγόριθμο Χρονοπρογραμματισμού και ορίζει τις βέλτιστες ώρες έναρξης των tasks. 4. Εκτελεί τα tasks όταν έρθει η ώρα έναρξής τους. Η Οντολογία ezhomeontology: Δεδομένου ότι η γλώσσα πρακτόρων ACL του JADE δεν υποστηρίζει την μεταβίβαση αντικειμένων της Java από ένα πράκτορα σε έναν άλλο, κρίθηκε απαραίτητη η δημιουργία μιας Οντολογίας, που θα δρούσε σαν κοινή γλώσσα επικοινωνίας μεταξύ των πρακτόρων. Σε αυτό το πλαίσιο αναπτύχθηκε η οντολογία ezhomeontology η οποία συμπληρώνεται από το λεξικό Vocabulary. Χάρη στην ύπαρξη των δύο αυτών οντοτήτων οι πράκτορες του ezhome μπορούν να μετατρέπουν τα αντικείμενα που θέλουν να αποστείλουν σε primitive τύπους δεδομένων, τα οποία μπορούν να σταλούν μέσα από ACL μηνύματα. Οι παραλήπτες των μηνυμάτων, αναγνωρίζοντας τα στοιχεία της οντολογίας ανασυνθέτουν το επιθυμητό αντικείμενο και έτσι διασφαλίζεται η σωστή επικοινωνία μεταξύ των πρακτόρων.

54 54 Κατόπιν όλων των ανωτέρω, είμαστε σε θέση να παρουσιάσουμε το πλήρες διάγραμμα πρακτόρων που απαρτίζουν το ezhome και τις μεταξύ τους συσχετίσεις. Το διάγραμμα περιλαμβάνει ακόμα την γραφική διεπαφή χρήστη (GUI) και την ΒΔ ezhomedb που είναι απαραίτητη για την λειτουργία του συστήματος (Σχήμα 7). Σχήµα 7.Διάγραμμα Πρακτόρων 2

55 Προγραμματισμός συσκευών και δημιουργία Εργασιών Όπως αναφέραμε στην προηγούμενη ενότητα, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στον τομέα του χρονοπρογραμματισμού συσκευών μέσα από την δυνατότητα δημιουργίας tasks. Ένα task είναι μια εργασία που προγραμματίζει ο χρήστης και αφορά την χρήση ηλεκτρικών συσκευών σε κάποιο δωμάτιο. Ένα task μπορεί να ποικίλει από το άναμμα ενός φωτιστικού σε συγκεκριμένη ώρα, έως τον προγραμματισμό ενός θερμοσίφωνα ώστε να υπάρχει ζεστό νερό σε συγκεκριμένη ώρα της μέρας, με το χαμηλότερο δυνατό κόστος. Τα χαρακτηριστικά ενός task ορίσαμε να είναι τα ακόλουθα : 1. Κάθε task σχετίζεται με συσκευές που είναι εγκατεστημένες στο ίδιο Δωμάτιο. 2. Κάθε task χρειάζεται απαραίτητα να έχει καθορισμένα τα εξής στοιχεία: Το Δωμάτιο στο οποίο θα αναφέρεται. Έναν μοναδικό αριθμό TaskID που το ξεχωρίζει από όλα τα tasks. Τον τύπο του task: Ορισμένο από τον χρήστη ή έτοιμο task. Την αργότερη ώρα λήξης του task (Deadline). Την συχνότητα του task: Κάθε μέρα, Σε επιλεγμένες ημέρες ή μια φορά. Την κατάσταση στην οποία ο χρήστης επιθυμεί να μεταβούν οι συσκευές που θα λάβουν μέρος στην υλοποίηση του task μετά την λήξη του : ON,OFF ή STANDBY. Αν η ώρα έναρξης του task είναι αυστηρή ή όχι. Αν οι συσκευές που θα λάβουν μέρος στο task έχουν preserve mode ή όχι. Η έννοια του preserve mode αναλύεται στην επόμενη ενότητα. 3. Σε κάθε task συμμετέχει τουλάχιστον μία συσκευή. Δεν υπάρχει όριο στον αριθμό των συσκευών που μπορεί να συμμετάσχουν σε ένα task Χρονοπρογραμματισμός : παραδοχές και απλοποιήσεις Δυνατότητες Χρήστη Στο σύστημα ezhome, ο χρήστης καλείται αρχικά να δημιουργήσει ένα σπίτι και να το εξοπλίσει με ηλεκτρικές συσκευές. Στην συνέχεια του δίνεται η δυνατότητα να προγραμματίσει τις συσκευές του δημιουργώντας tasks, με τους ακόλουθους τρόπους:

56 56 1. Να ορίσει οποιαδήποτε συσκευή να μεταβεί σε κάποιο mode λειτουργίας της, σε συγκεκριμένη ώρα που επιλέγει ο ίδιος και να παραμείνει σε αυτό το mode για όσο χρόνο επιλέξει. 2. Να χρησιμοποιήσει ένα από τα 3 έτοιμα tasks που υπάρχουν : Θέρμανση Δωματίου, Ψύξη Δωματίου και Θέρμανση Νερού. Σε αυτήν την περίπτωση έχει την δυνατότητα να επιλέξει αυστηρές ώρες έναρξης και λήξης του task, ή να ζητήσει να επιλέξει το σύστημα ezhome την καλύτερη ώρα εκκίνησης ώστε την ώρα λήξης που έχει οριστεί, να έχει επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα με τον οικονομικότερο τρόπο. Αφού δημιουργηθούν τα tasks, τοποθετούνται σε 3 λίστες ανάλογα με την συχνότητά τους. Αυτό επιτρέπει στον χρήστη να ενεργοποιεί ή να απενεργοποιεί tasks που έχει ήδη ετοιμάσει περισσότερες από μία φορές χωρίς να χρειάζεται να τα ξαναδημιουργεί : Ο χρήστης μπορεί να ενεργοποιήσει ένα ή παραπάνω task ου βρίσκονται στις λίστες ταυτόχρονα. Όταν ένα task ενεργοποιείται, τοποθετείται σε έναν Vector με αντικείμενα τύπου Task, που αποστέλλεται από τον GUIAgent στον SchedulerAgent για χρονοπρογραμματισμό. Ο χρήστης μπορεί να σταματήσει ένα task που βρίσκεται σε εξέλιξη, ή να απενεργοποιήσει οποιοδήποτε ενεργό task. Ο χρήστης μπορεί να δει ποια task έχουν προγραμματιστεί για την τρέχουσα ημέρα, μαζί με πληροφορίες για την ώρα έναρξης, λήξης, το κόστος του task και άλλες πληροφορίες. Παραδοχές και Απλοποιήσεις Οι παραδοχές και απλοποιήσεις που παρουσιάζονται σε αυτό το σημείο, κρίθηκαν απαραίτητες προκειμένου η Διπλωματική αυτή να μην παρεκκλίνει από τον σκοπό της που ήταν η προσομοίωση ενός έξυπνου σπιτιού. 1. Σχετικά με την θέρμανση και ψύξη Δωματίων : Η θερμοκρασία περιβάλλοντος κάθε Δωματίου ορίζεται σταθερή στους 20 βαθμούς Κελσίου. Τα Δωμάτια θεωρούμε ότι έχουν μέσο όγκο 36 κυβικά μέτρα και είναι ιδανικά μονωμένα. Στην θέρμανση και ψύξη δωματίων δεν λαμβάνονται υπόψη παράγοντες όπως εναλλαγές του αέρα, εξωτερικές συνθήκες και μεταβολές της θερμοκρασίας. Θεωρήσαμε ότι το πρόβλημα του υπολογισμού θερμικών αναγκών του έξυπνου σπιτιού δεν άπτεται της διπλωματικής αυτής και θα έπρεπε να

57 57 αποτελέσει ξεχωριστή μελέτη και επομένως ακολουθήσαμε την εξής απλουστευτική λογική : Για την άνοδο ή κάθοδο της θερμοκρασίας ενός χώρου κατά ένα βαθμό κελσίου, σε ένα τέταρτο της ώρας, θεωρούμε ότι πρέπει ένα θερμαντικό/ψυκτικό σώμα να καταναλώσει 100 Watt ισχύος. Κανονικά το ezhome θα ήταν συνδεδεμένο με ένα σύστημα αισθητήρων που θα του μετέφεραν τις αλλαγές τις θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι στην προσομοίωσή μας δεν αναπτύξαμε τέτοιο σύστημα, σε περίπτωση που ένα ήδη ζεσταμένο δωμάτιο ζητείται να ξαναζεσταθεί, η θερμοκρασία του θα θεωρηθεί εκ νέου 20 βαθμοί Κελσίου. Για κάθε συσκευή θέρμανσης/ψύξης ή Θερμοσίφωνα, θεωρούμε το χαμηλότερο mode λειτουργίας ως mode διατήρησης αποτελέσματος (preserve mode). Αυτό το mode χρησιμοποιείται όταν επιτευχθεί η επιθυμητή θερμοκρασία αέρα ή νερού προκειμένου να διατηρηθεί το αποτέλεσμα. Τυχόν απώλειες αγνοούνται. 2. Κάθε συσκευή θέρμανσης/ψύξης ή συσκευή που υπάγεται στις Λοιπές Συσκευές χαρακτηρίζεται από έναν χρόνο για κάθε mode λειτουργίας της. Αυτός ο χρόνος, στις συσκευές θέρμανσης/ψύξης αντιπροσωπεύει τα τέταρτα της ώρας που απαιτούνται προκειμένου η συσκευή να καταναλώσει τα Watt που ορίζει το mode της. Σε μία συσκευή άλλου τύπου πχ. Ενός πλυντηρίου, ο χρόνος αυτός αντιπροσωπεύει τα τέταρτα που απαιτούνται για την ολοκλήρωση ενός προγράμματος πλύσης. Οι συσκευές Διασκέδασης και Φωτισμού δεν έχουν τέτοιον χρόνο. 3. Θεωρούμε ότι οι τιμές της KWh της προηγούμενης ημέρας είναι ενδεικτικές για τις τιμές που θα ακολουθήσουν την επόμενη. Αυτό φυσικά δεν ισχύει, καθότι όπως είπαμε οι τιμές στο σύστημά μας είναι ψευδοτυχαίοι αριθμοί από το 0 έως το 1. Παρόλα αυτά, θα ίσχυε αν ο Πάροχος ενέργειας ήταν πραγματικός και μας παρείχε αυτές τις τιμές. Επομένως για τις ανάγκες του προγράμματος θεωρούμε ότι οι τιμές είναι όντως ενδεικτικές. 4. Θεωρούμε ότι η ώρα που παράγεται από τον DEHAgent είναι η σωστή και συνεχίζει να παράγεται ακόμα και αν πέσει το σύστημα ezhome. Επειδή στην υλοποίησή μας, ο DEHAGent αποτελεί μέρος του συστήματος, αν πέσει και επανέλθει το ezhome, ο DEHAGent αρχίζει το ρολόι από την αρχή. Παρόλα αυτά εμείς θεωρούμε ότι η ώρα συνεχίζεται από το σωστό σημείο. 5. Θεωρούμε ότι το πρόγραμμα ezhome τρέχει αδιάλειπτα σε ένα υπολογιστικό σύστημα, και δεν κλείνει ποτέ παρά μόνο σε περίπτωση βλάβης.

58 Υλοποίηση του Χρονοπρογραμματισμού Ο χρονοπρογραμματισμός των tasks στο σύστημα ezhome υλοποιείται μέσα από δύο οντότητες: Τον πράκτορα SchedulerAgent και τον αλγόριθμο χρονοπρογραμματισμού Scheduler. Οι δύο αυτές οντότητες ουσιαστικά προσδίδουν την έννοια της «ευφυΐας» στο ezhome, καθώς επιτρέπουν στον χρήστη να εξοικονομήσει χρήματα διαλέγοντας γι αυτόν τις καλύτερες ώρες για την εκτέλεση των tasks. Λειτουργία του πράκτορα SchedulerAgent Ο πράκτορας SchedulerAgent είναι υπεύθυνος για τον χρονοπρογραμματισμό των tasks και την εκτέλεσή τους και είναι αυτός που εγκαλεί τον αλγόριθμο προγραμματισμού Scheduler. Η λειτουργία του αναλύεται προκειμένου να γίνει κατανοητή η υλοποίηση του χρονοπρογραμματισμού στο σύστημα ezhome. 1. Ο πράκτορας SchedulerAgent διατηρεί τέσσερις βασικούς Vectors με αντικείμενα τύπου Task: α) τον πίνακα AllTasks, στον οποίο αποθηκεύονται όλα τα Tasks που δεν αφορούν την τρέχουσα ημέρα, β) τον πίνακα Today, στον οποίο αποθηκεύονται τα Tasks που αφορούν την τρέχουσα ημέρα, γ) τον πίνακα NewTasks που περιλαμβάνει τα νέα Tasks που ορίζει ο χρήστης και λαμβάνονται από τον GUIAgent και, δ) τον πίνακα InProgress που περιλαμβάνει τα Tasks που βρίσκονται σε εξέλιξη κάθε στιγμή. 2. Στην αρχή κάθε μέρας (ώρα 00:00), αναγνωρίζονται ποια από τα tasks του πίνακα AllTasks αφορούν την νέα ημέρα και μεταφέρονται στον πίνακα Today. Κατόπιν ο πίνακας Today δίνεται σαν όρισμα στον αλγόριθμο Scheduler για να γίνει ο χρονοπρογραμματισμός. 3. Κάθε φορά που ο GUIAgent στέλνει έναν Vector με νέα tasks, αυτά τοποθετούνται στον πίνακα NewTasks. Στην συνέχεια διατρέχεται ο πίνακας NewTasks και ακολουθείται η εξής διαδικασία: Αν το task είναι καθημερινό (everyday task), αυτό τοποθετείται στον πίνακα Alltasks και αν η ώρα λήξης του Task δεν έχει παρέλθει, τοποθετείται και στον πίνακα Today. Αν η ώρα λήξης έχει παρέλθει, το task τοποθετείται μόνο στον πίνακα AllTasks για μελλοντική χρήση. Αν το Task είναι για επιλεγμένες μέρες (selected day task), τότε ελέγχεται αν η τρέχουσα ημέρα περιλαμβάνεται στις επιλεγμένες μέρες. Κατόπιν ελέγχεται αν η ώρα λήξης του δεν έχει παρέλθει ακόμα. Αν πληρούνται και οι δύο συνθήκες, το Task τοποθετείται στους πίνακες AllΤasks και Today. Αν κάποια από τις δύο συνθήκες δεν πληρείται τοποθετείται μόνο στον πίνακα AllΤasks για μελλοντική χρήση.

59 59 Αν το Task είναι για μία φορά (one time task), τότε αν η ημερομηνία του task συμπίπτει με την τρέχουσα ημερομηνία, αυτό τοποθετείται στον πίνακα Today. Αν δεν συμπίπτει, το task τοποθετείται στον πίνακα AllΤasks για μελλοντική χρήση. Σε κάθε περίπτωση, αν κάποιο από τα tasks του πίνακα NewTasks, αφορά την τρέχουσα ημέρα, τοποθετείται σε έναν προσωρινό Vector, ο οποίος μετά το πέρασμα του πίνακα NewTasks στέλνεται σαν όρισμα στον αλγόριθμο Scheduler. Με αυτόν τον τρόπο, μόνο τα tasks που αφορούν την τρέχουσα ημέρα περνούν από τον Scheduler. 4. Τα στοιχεία του πίνακα που επιστρέφεται από τον Scheduler προστίθενται σε αυτά του πίνακα Today. Στην συνέχεια ένας αλγόριθμος φυσαλίδας, ταξινομεί τα στοιχεία του πίνακα Today σε αύξουσα σειρά ανάλογα με την ώρα έναρξης του task. 5. Κάθε τέταρτο που ο SchedulerAgent λαμβάνει την νέα ώρα από τον DEHAgent, ελέγχει την ώρα έναρξης των tasks του πίνακα Today. Αν κάποιο task έχει ώρα έναρξης ίδια με την ώρα που μόλις ελήφθει, αφαιρείται από τον πίνακα Today και τοποθετείται στον πίνακα InProgress. Επειδή ο πίνακας Today είναι ταξινομημένος, αποφεύγονται οι έλεγχοι σε tasks με ώρα έναρξης μεγαλύτερη της τρέχουσας και μειώνεται η πολυπλοκότητα. 6. Κάθε τέταρτο, διατρέχεται ο πίνακας InProgress, και για κάθε task σε αυτόν εκτελούνται οι εντολές που περιγράφονται στα βήματα του task. Αυτό περιλαμβάνει την αποστολή κατάλληλων μηνυμάτων προς τον AgentM. Αν κάποιο task φτάσει στο τελικό βήμα του, αφαιρείται από τον πίνακα InProgress. Λειτουργία του αλγορίθμου χρονοπρογραμματισμού Scheduler Όπως αναφέραμε, ο αλγόριθμος Scheduler εγκαλείται από τον πράκτορα SchedulerAgent με όρισμα έναν πίνακα με αντικείμενα τύπου Task, στα οποία καλείται να συμπληρώσει την ώρα έναρξης, τα βήματα εκτέλεσης και το αναμενόμενο κόστος. Αφού ο αλγόριθμος λάβει τον σχετικό πίνακα tasks διακρίνει τις εξής περιπτώσεις : 1. Το task έχει αυστηρή ώρα έναρξης (Strict Start time): Στην περίπτωση αυτή πρόκειται για απλό προγραμματισμό συσκευής και ο Scheduler δεν κάνει κάτι άλλο από το να ορίσει τις ώρες που έχει δώσει ο χρήστης σαν ώρες έναρξης και λήξης. Σαν βήματα του task ορίζονται το άνοιγμα της συσκευής και η τοποθέτηση της στο mode που έχει ορίσει ο χρήστης. 2. Το task έχει ευέλικτη ώρα έναρξης (Not strict Start Time): Διακρίνουμε τις εξής 2 υποπεριπτώσεις:

60 60 Το task είναι απλό και ορισμένο από τον χρήστη: Σε αυτήν την περίπτωση ο Scheduler ελέγχει τις ώρες Not Before και Deadline που έχει ορίσει ο χρήστης και ανακαλεί από την ΒΔ ezhomedb όλες τις τιμές KWh της χθεσινής ημέρας για εκείνο το χρονικό διάστημα. Στην συνέχεια ακολουθείται η διαδικασία εύρεσης καλύτερου σεναρίου χρήσης (συνάρτηση GetBestScenario), με την οποία συμπληρώνονται τα βήματα του task και η ώρα έναρξης και τελικά το task τοποθετείται στον πίνακα με τα συμπληρωμένα tasks.. Το task είναι ένα από τα 3 προγραμματισμένα tasks: Σε αυτήν την περίπτωση ο Scheduler ψάχνει αρχικά να βρει συσκευές που να μπορούν να εκτελέσουν το επιλεγμένο task στo δωμάτιο της επιλογής του χρήστη. Στην περίπτωση θέρμανσης και ψύξης αναζητούνται εγκατεστημένες συσκευές θέρμανσης ή κλιματισμού στο δωμάτιο, ενώ στην περίπτωση της θέρμανσης νερού ο αλγόριθμος ψάχνει όλα τα δωμάτια του σπιτιού για εγκατεστημένο θερμοσίφωνα. Αφού συλλεχθούν όλες οι υποψήφιες συσκευές (Candidate Devices), είναι ώρα να επιλεχθούν ποιές από αυτές θα συμμετάσχουν στην εκτέλεση του task. Στην περίπτωση του Task «Θέρμανση Νερού», επιλέγεται σαν μόνη συμμετέχουσα συσκευή (Participant), ο πρώτος θερμοσίφωνας που θα εντοπιστεί στο σπίτι. Στην περίπτωση των Tasks Θέρμανση ή Ψύξη, αρχικά υπολογίζεται ο απαιτούμενος αριθμός Watt που πρέπει να αποδοθούν στον χώρο με βάση την επιθυμητή θερμοκρασία και την θερμοκρασία του Δωματίου (βλέπε παραπάνω, «Παραδοχές και απλοποιήσεις»). Στην συνέχεια, από τις υποψήφιες συσκευές διαλέγεται μία κάθε φορά και μετατρέπεται σε συμμετέχουσα συσκευή ενώ η μέγιστη ονομαστική της ισχύς αφαιρείται από τον αριθμό απαιτούμενων Watt. Έτσι επιλέγονται να συμμετάσχουν στο task οι συσκευές εκείνες που καλύπτουν τις ενεργειακές απαιτήσεις του task ενώ οι υπόλοιπες υποψήφιες συσκευές δεν συμμετέχουν. Επίσης γίνεται έλεγχος ώστε για κάθε συμμετέχουσα συσκευή να επιλεγεί το πιο κατάλληλο mode λειτουργίας. Με αυτόν τρόπο επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας καθώς οι συσκευές δουλεύουν στο mode εκείνο που θα φέρει το επιθυμητό αποτέλεσμα χωρίς σπατάλη επιπλέον ισχύος. Υπάρχει βέβαια και η περίπτωση οι εγκατεστημένες συσκευές να μην έχουν την απαραίτητη ονομαστική ισχύ για να καλύψουν τις ανάγκες του task. Στην περίπτωση αυτή γίνεται ειδική πρόβλεψη ώστε επιμηκύνοντας τον χρόνο εκτέλεσης του task να καλυφθούν τελικά οι ενεργειακές του απαιτήσεις. Μετά από όλα αυτά τα βήματα καλείται η συνάρτηση εύρεσης καλύτερου σεναρίου χρήσης, GetBestScenario για κάθε συσκευή που συμμετέχει στο task. Αφού βρεθεί το καλύτερο σενάριο χρήσης, το task συμπληρώνεται με την ώρα έναρξης και τα βήματα εκτέλεσης και τοποθετείται στον Vector με τα συμπληρωμένα tasks. Στο διάγραμμα ροής που ακολουθεί φαίνεται η λειτουργία του Αλγορίθμου Χρονοπρογραμματισμού Scheduler.

61 61 Σχήµα 8.Διάγραμμα ροής Αλγορίθμου Χρονοπρογραμματισμού Scheduler

62 62 Λειτουργία της συνάρτησης GetBestScenario Η συνάρτηση GetBestScenario, δέχεται σαν όρισμα τα εξής : 1) Την συμμετέχουσα συσκευή για την οποία ζητείται το καλύτερο σενάριο λειτουργίας, σαν αντικείμενο της κλάσης CandidateDevice. 2) Το mode λειτουργίας που έχει επιλεχθεί για την συσκευή ως το καταλληλότερο. 3) Την νωρίτερη ώρα έναρξης του task που έχει ορίσει ο χρήστης (ώρα Not Before). 4) την ώρα λήξης του task που έχει ορίσει ο χρήστης. 5) Την τρέχουσα ημέρα σαν αντικείμενο της κλάσης Day. 6) Μια Boolean μεταβλητή που δηλώνει αν η συμμετέχουσα συσκευή έχει mode για preserve ή όχι. Ο Αλγόριθμος της συνάρτησης έχει τα εξής βήματα: 1. Ανακαλούνται από την ΒΔ όλες οι τιμές της KWh από την προηγούμενη ημέρα για το χρονικό διάστημα End Time-Not Before Time που δέχθηκε η συνάρτηση στο όρισμα. Τα αποτελέσματα της αναζήτησης είναι στην μορφή αντικειμένων TimePrice που έχουν δύο μεταβλητές: Μία για την ώρα σαν τέταρτο της ημέρας (πχ. 63 ο τέταρτο) και μία για την τιμή της KWh εκείνο το τέταρτο. 2. Αν η συσκευή έχει preserve mode: Στην περίπτωση αυτή ξεκινάμε παίρνοντας περιπτώσεις. Ξεκινώντας από την ώρα Not Before, ο αλγόριθμος δεσμεύει τόσα time slots (από δω και στο εξής θα αναφερόμαστε στα τέταρτα ως time slots) όσα απαιτούνται για την ολοκλήρωση του επιλεγμένου mode. Τα υπόλοιπα time slots έως την ώρα λήξης End Time, θεωρούμε ότι η συσκευή δουλεύει στο preserve mode της προκειμένου να διατηρήσει το αποτέλεσμα που επέφερε. Έτσι έχουμε τελικά έναν διαχωρισμό του διαθέσιμου χρόνου, σε time slots εργασίας (work slots) και time slots διατήρησης (preserve slots). Έτσι δημιουργείται ένα σενάριο λειτουργίας και υπολογίζεται το κόστος του, με βάση τις τιμές της προηγούμενης ημέρας για εκείνα τα time slots. Στην συνέχεια, η ώρα έναρξης μετατοπίζεται κατά ένα time slot και ακολουθείται η ίδια διαδικασία. Ο αλγόριθμος συνεχίζει να δημιουργεί σενάρια έως ότου δεν μπορούν να δημιουργηθούν καθόλου preserve slots. Αυτό σημαίνει ότι το τελευταίο σενάριο προβλέπει την ολοκλήρωση του mode λειτουργίας της συσκευής ακριβώς την ώρα λήξης που έχει ορίσει ο χρήστης και άρα δεν χρειάζεται να δημιουργηθούν περαιτέρω σενάρια. Αν η συσκευή δεν έχει preserve mode: Με παρόμοιο τρόπο, ο αλγόριθμος αρχίζει δεσμεύοντας time slots για την ολοκλήρωση του επιλεγμένου mode της συσκευής από την ώρα Not Before. Τα κενά slots στο χρονοδιάγραμμα δεν καλύπτονται καθότι δεν υπάρχουν preserve slots, και τελικά υπολογίζεται το κόστος του σεναρίου. Στη συνέχεια ακολουθείται η ίδια διαδικασία με πριν, με την έναρξη του task να μετατοπίζεται κατά ένα time slot τη φορά και να δημιουργείται από ένα νέο σενάριο. Ο αλγόριθμος τερματίζει όταν η ώρα λήξης του task συμπέσει με την ώρα λήξης που έχει ορίσει ο χρήστης. Επειδή δεν υπάρχουν preserve slots στην περίπτωση αυτή, είναι πιθανότερο να εμφανιστούν σενάρια χρήσης με ανταγωνιστικό κόστος σε αντίθεση με την προηγούμενη περίπτωση.

63 63 3. Τελικά, τα σενάρια που δημιουργήθηκαν συγκρίνονται μεταξύ τους ως προς το κόστος τους κα επιλέγεται αυτό με το ελάχιστο κόστος. Στο παρακάτω σχήμα (Σχήμα 9) φαίνεται η διαδικασία δημιουργίας σεναρίων για ένα θερμοσίφωνα, συσκευή που έχει preserve mode. Θεωρούμε ότι ο θερμοσίφωνας χρειάζεται 3 time slots για να φέρει το νερό στην επιθυμητή θερμοκρασία και στην συνέχεια μπαίνει σε preserve mode για να την διατηρήσει. Ώρα Not Before ορίζεται η 11:00 και ώρα λήξης End Time ορίζεται η 15:00 (σύνολο time slots 16). Σχήµα 9.Σενάρια χρήσης συσκευής με preserve mode (Θερμοσίφωνας) Βλέπουμε ότι δημιουργούνται 14 σενάρια λειτουργίας με το τελευταίο να μην περιλαμβάνει καθόλου preserve slots. Από τα 14 αυτά σενάρια θα επιλεχθεί σαν καλύτερο αυτό με το χαμηλότερο κόστος λειτουργίας. Στο επόμενο διάγραμμα φαίνεται η διαδικασία δημιουργίας σεναρίων για ένα πλυντήριο, συσκευή που δεν έχει preserve mode. Θεωρούμε ότι το πρόγραμμα πλύσης διαρκεί 2 ώρες, δηλαδή 8 time slots. Οι ώρες Not Before και End Time είναι και πάλι 11:00 και 15:00 αντίστοιχα.

64 64 Σχήµα 10.Σενάρια χρήσης συσκευής χωρίς preserve mode (Πλυντήριο) Βλέπουμε ότι αυτή τη φορά δημιουργήθηκαν 9 σενάρια κανένα από τα οποία δεν περιλαμβάνει preserve slots και σε όλα η συσκευή λειτουργεί για τον ίδιο χρόνο. Και πάλι, από αυτά τα 9 σενάρια θα επιλεχθεί ως καλύτερο εκείνο με το χαμηλότερο κόστος. Το Σενάριο (Scenario): Έως τώρα μιλήσαμε για κατασκευή σεναρίων και επιλογή του βέλτιστου σεναρίου, αλλά δεν αναλύσαμε τι πραγματικά είναι ένα Σενάριο χρήσης. Στην εφαρμογή ezhome, ένα Σενάριο αποτελεί ένα αντικείμενο της κλάσης Scenario. Τα χαρακτηριστικά της κλάσης Scenario παρουσιάζονται στον επόμενο πίνακα. Χαρακτηριστικό workstart workend preservestart Περιγραφή Integer μεταβλητή που ορίζει το τέταρτο έναρξης λειτουργίας σε work mode. Integer μεταβλητή που ορίζει το τέταρτο λήξης λειτουργίας σε work mode. Integer μεταβλητή που ορίζει το τέταρτο έναρξης λειτουργίας σε preserve mode.

65 65 preserveend devid workcost preservecost totalcost Integer μεταβλητή που ορίζει το τέταρτο λήξης λειτουργίας σε preserve mode. Integer μεταβλητή που ορίζει το Id της συσκευής η οποία θα συμμετάσχει στο task. Float μεταβλητή που περιέχει το συνολικό κόστος λειτουργίας της συσκευής στο work mode για το συγκεκριμένο σενάριο. Float μεταβλητή που περιέχει το συνολικό κόστος λειτουργίας της συσκευής στο preserve mode για το συγκεκριμένο σενάριο. Float μεταβλητή που περιέχει το συνολικό κόστος λειτουργίας της συσκευής για όλη την διάρκεια του συγκεκριμένου σεναρίου. Table 4. Πίνακας χαρακτηριστικών της κλάσης Scenario Ορίζοντας τις ενέργειες ενός task: Με βάση το βέλτιστο σενάριο λειτουργίας, ο αλγόριθμος Scheduler δημιουργεί ενέργειες βημάτων (Step Actions), οι οποίες περιγράφουν τι πρέπει να συμβεί σε ένα βήμα (Step) που αφορά ένα time slot. Για παράδειγμα, στο ίδιο Step μπορεί μια συσκευή να πρέπει να τεθεί σε ένα mode ενώ μια άλλη να κλείσει. Οι δύο αυτές ενέργειες αποτελούν ξεχωριστά Step Actions, και μαζί συγκροτούν το Step για εκείνο το time slot. Κάθε συμμετέχουσα συσκευή εξετάζεται ξεχωριστά και προσθέτει τα δικά της Step Actions σε έναν Vector με αντικείμενα τύπου StepAction που περιέχεται σε κάθε Step. Έτσι, στο τέλος όλες οι συμμετέχουσες συσκευές έχουν προσθέσει τα Step Actions τους στα υπάρχοντα Steps που είναι κοινά για όλες τις συσκευές. Τέλος, ο πίνακας με τα Steps μεταβιβάζεται στο υπό εξέταση task σαν Vector με αντικείμενα τύπου Step. Μετά το πέρας όλων των διαδικασιών, τα tasks που έχουν περάσει από τον Scheduler βρίσκονται με συμπληρωμένες τις ώρες έναρξης και λήξης, και τον πίνακα των Steps τους. Ο αλγόριθμος Scheduler τερματίζει επιστρέφοντας έναν Vector με αυτά τα Tasks στον SchedulerAgent ο οποίος είναι από εκεί και πέρα υπεύθυνος για την εκτέλεσή τους. 3.4 Άλλες Δυνατότητες του Συστήματος Πέραν των δυνατοτήτων δημιουργίας Δωματίων, προσθήκης συσκευών και χρονοπρογραμματισμού το σύστημα ezhome παρέχει στον χρήστη του και επιπλέον δυνατότητες που παρουσιάζονται παρακάτω.

66 Προβολή Στατιστικών Στοιχείων Αντλώντας ιστορικά στοιχεία από την Βάση Δεδομένων, αλλά και λαμβάνοντας δεδομένα πραγματικού χρόνου από τον ConsumptionAgent, το σύστημα ezhome είναι σε θέση να προβάλλει τα εξής στατιστικά στην οθόνη διεπαφής χρήστη: - Την μέση συνολική κατανάλωση του σπιτιού σε KWh - Την μέση τιμή του ρεύματος σε /KWh, με βάση τις τιμές που στέλνει η ΔΕΗ. Οι παραπάνω τιμές μπορούν να απεικονιστούν με βάση τα παρακάτω χρονικά διαστήματα: 1) Στην διάρκεια του τρέχοντος ή παρελθόντων χρόνων, ανά μήνα. 2) Στην διάρκεια κάποιου μήνα, κάποιου χρόνου, ανά ημέρα. 3) Στην διάρκεια κάποιας εβδομάδας, κάποιου μήνα, ανά ημέρα. 4) Στην διάρκεια κάποιας μέρας, κάποιου μήνα, κάποιου χρόνου, ανά ώρα. - Την τρέχουσα τιμή του ρεύματος για εκείνο το τέταρτο, σε. - Την τρέχουσα κατανάλωση του σπιτιού σε Watt. - Την κατανάλωση οποιασδήποτε εγκατεστημένης συσκευής οποιαδήποτε ημέρα του χρόνου, ανά ώρα Δυνατότητα Επαναφοράς Συστήματος Σε περίπτωση κάποιας βλάβης ή πτώσης του ρεύματος είναι επόμενο ότι το υπολογιστικό σύστημα στο οποίο τρέχει το ezhome μπορεί να επηρεαστεί, και η λειτουργία του προγράμματος να τερματιστεί. Για το ενδεχόμενο αυτό, έχει προβλεφθεί ένας μηχανισμός επαναφοράς ο οποίος μπορεί να επαναφέρει το πρόγραμμα στην τελευταία κατάσταση που το άφησε ο χρήστης, με την εξαίρεση των tasks τα οποία δεν μπορούν να ανακτηθούν. Ο μηχανισμός αυτός λειτουργεί με τον ακόλουθο τρόπο: Όλες οι ενέργειες του χρήστη από την αρχή χρήσης του συστήματος ezhome καταγράφονται σε ένα configuration file με τίτλο SmartHome.CONF. Στην περίπτωση που χρειαστεί επαναφορά του συστήματος ο χρήστης μπορεί το κάνει πατώντας το κατάλληλο κουμπί στην διεπαφή του. Τότε, το σύστημα μπαίνει σε κατάσταση αναμονής, ενώ διαβάζεται γραμμή προς γραμμή το

67 67 αρχείο SmartHome.CONF και εκτελούνται μια προς μία οι εντολές που έχει δώσει ο χρήστης στο πρόγραμμα μέχρι εκείνη την μέρα. Μετά το πέρας της διεργασίας, το σύστημα ezhome έχει ξαναδημιουργήσει το έξυπνο σπίτι και εγκαταστήσει όλες τις συσκευές που υπήρχαν πριν την πτώση του συστήματος. 3.5 Η Βάση Δεδομένων ezhomedb Η Βάση Δεδομένων ezhomedb, αποτελεί το δεύτερο κομμάτι του συστήματος ezhome. Από την Βάση αυτή το πρόγραμμα ezhome αντλεί πληροφορίες οι οποίες μπορεί να είναι : - Περιγραφές συσκευών, κατάσταση λειτουργίας τους και modes αυτών. Οι πληροφορίες αυτές προβάλλονται στον χρήστη μέσα από το GUI. - Χαρακτηριστικά συσκευών τα οποία χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό της κατανάλωσης. - Καταγραφές κατανάλωσης και τιμών ρεύματος, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την δημιουργία στατιστικών γραφημάτων που μπορεί να αιτηθεί ο χρήστης. Το πρόγραμμα ezhome, επίσης καταγράφει στην ΒΔ τις εξής πληροφορίες : Την τοποθεσία (Δωμάτιο) κάθε εγκατεστημένης συσκευής, την τρέχουσα κατάσταση της, και την τρέχουσα κατανάλωσή της. Την κατανάλωση κάθε εγκατεστημένης συσκευής κάθε τέταρτο της ώρας. Την τιμή του ρεύματος όπως αυτή αποστέλλεται από την ΔΕΗ κάθε τέταρτο. Οποιαδήποτε αλλαγή γίνεται στην κατάσταση λειτουργίας μιας συσκευής (Εναλλαγές ανάμεσα στα ON/ OFF και STANDBY), μαζί με την ώρα που συνέβη και την αιτιολογία για την αλλαγή. Πέραν των ανωτέρω η ΒΔ ezhomedb περιλαμβάνει και επιπλέον βοηθητικούς πίνακες οι οποίοι εξυπηρετούν την λειτουργία του συστήματος αλλά δεν είναι προσπελάσιμοι από το πρόγραμμα ezhome. Για οποιαδήποτε μεταβολή στα στοιχεία αυτών των πινάκων, ο χρήστης πρέπει να χρησιμοποιήσει την ενσωματωμένη εφαρμογή phpmyadmin ή κάποιο άλλο πρόγραμμα διαχείρισης βάσεων Δεδομένων MySQL.

68 68 Συνοπτικά, οι πίνακες που περιλαμβάνει η Βάση Δεδομένων ezhomedb είναι οι εξής : 1. avgprices : Πίνακας όπου καταγράφονται οι μέσες τιμές της KWh ανά μήνα. 2. dei : Πίνακας όπου καταγράφονται τα οικονομικά σήματα που αποστέλλει ο Πάροχος (ΔΕΗ στην περίπτωσή μας), και το κατά πόσον έγιναν αυτά αποδεκτά από τον έξυπνο μετρητή της οικίας. 3. deviceconsumption : Πίνακας όπου καταγράφονται κάθε τέταρτο οι καταναλώσεις όλων των εγκατεστημένων συσκευών της οικίας. Αποτελεί τον μεγαλύτερο σε όγκο πίνακα της Βάσης. 4. devicemodes : Πίνακας όπου καταγράφονται τα modes κάθε συσκευής. Επίσης για κάθε mode, έχουμε το ποσοστό επί της μέγιστης ονομαστικής ισχύος της συσκευής που απαιτείται για την λειτουργία στο εν λόγω mode, καθώς και τον χρόνο ολοκλήρωσης του mode, αν υπάρχει. 5. devices : Πίνακας που περιλαμβάνει τις διαθέσιμες συσκευές προς εγκατάσταση στο σπίτι, με όλα τα χαρακτηριστικά τους όπως αυτά περιγράφονται στην ενότητα deviceservices : Βοηθητικός πίνακας που περιλαμβάνει τις συσχετίσεις ανάμεσα στις διαθέσιμες συσκευές και τις υπηρεσίες τις οποίες αυτές παρέχουν. 7. devicestatus : Πίνακας που καταγράφονται οι όποιες αλλαγές γίνονται στο status μιας συσκευής, μαζί με τον λόγο για τον οποίο αυτές γίνονται. 8. houseroomdevice : Πίνακας στον οποίο καταγράφεται σε ποιο δωμάτιο εγκαθίσταται κάθε συσκευή, η τρέχουσα κατάστασή της και το φορτίο της καθώς και η προτίμηση που έχει ορίσει ο χρήστης για αυτήν. 9. services : Βοηθητικός πίνακας που αντιστοιχίζει έναν μοναδικό αριθμό σε κάθε πιθανή υπηρεσία που μπορεί να παρέχει μια συσκευή.

69 69 Στο Σχήμα 11, παρουσιάζουμε το διάγραμμα Οντοτήτων-Συσχετίσεων (ERD) της ΒΔ ezhomedb προκειμένου να γίνει κατανοητή η δομή της. Σχήµα 11. Διάγραμμα Οντοτήτων-Συσχετίσεων Βάσης Δεδομένων ezhomedb

70 70 Κεφάλαιο 4. Περιβάλλον Διεπαφής Στο Κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται η διεπαφή χρήστη (GUI) που αναπτύχθηκε για την υλοποίηση της λειτουργικότητας του συστήματος ezhome, ενώ στη συνέχεια αναπτύσσονται δύο πιθανά σενάρια λειτουργίας του συστήματος. 4.1 Οθόνες συστήματος Σε αυτό το σημείο θα παρουσιάσουμε όλες τις οθόνες που συναντάει ο χρήστης στο πρόγραμμα ezhome και τα βασικότερα πεδία σε κάθε μια από αυτές Εκκίνηση Ξεκινώντας το πρόγραμμα ezhome, βλέπουμε το λογότυπο του προγράμματος : Σχήµα 12.Λογότυπο Προγράμματος Οθόνη Στατιστικών, Statistics Tab Στην συνέχεια έχουμε την αρχική οθόνη της εφαρμογής, η οποία είναι η καρτέλα Στατιστικών (Statistics Tab). Στην παρακάτω εικόνα (Σχήμα 13) βλέπουμε σημειωμένα με αριθμούς από το 1 έως το 11, τα σημαντικότερα σημεία της οθόνης αυτής, τα οποία είναι : 1) Κουμπί δημιουργίας νέου Σπιτιού. Το κουμπί αυτό χρησιμοποιείται μόνο μια φορά, όταν στήνεται το σπίτι για πρώτη φορά. 2) Κουμπί εμφάνισης οθόνης ελέγχου συσκευών (Device control Panel).