ETH Zurich : Computer Science : Pervasive Computing : Distributed Systems : Education : Student Projects : Abstract

The Networked Alarm Clock (B)

Status: Abgeschlossen

Background

Smart Appliances are able to communicate, export their UI, and provide an open API to all their information and functionalities. This allows for novell applications and easy, in-expensive home and building automation. The applications can access sensor information, such as the ambient light measured by the TV or the temperature registered by the inactive dryer, and in turn control devices to increase comfort or reduce energy consumption.

Using an emerging IETF standard, the Constrained Application Protocol (CoAP), we are prototyping smart appliances and are designing an open infrastructure to foster these applications. In this context, other projects already provide a basis with first prototypes and a Java framework to host applications.

Objectives

AVR Raven

You will develop a case study of a smart, networked alarm clock. The set alarm time can be used to optimize the heating phase of our smart thermostats. Besides implementing the alarm clock on a AVR Raven sensor mote, you will create a basic control application based on Californium that actuates several thermostats and evaluate the the overall system. A secondary application could contol the bedroom's dimmer according to the wake-up time, an increase in comfort enabled by the infrastructure.

Full version in German

Heute werden in der Haustechnik in der Regel autonome Steuerungen verwendet, welche meist nur grob parametrisiert werden können, z.B. mittels Zeitintervallen. Obwohl auf diese Weise etwa die Raumtemperatur über Nacht abgesenkt werden kann, wird das Sparpotential tagsüber oder während der Ferien kaum ausgeschöpft. Verschiedene Hersteller bieten unterdessen Haussteuersysteme an, welche die Heizung, das Licht, etc. mit eigenen Bussystemen verbinden. Diese Systeme sind allerdings teuer und Geräte verschiedener Hersteller sind nicht miteinander kompatibel.
Um intelligente Steuersysteme als Standard beim Hausbau zu etablieren, müssen günstige Geräte mit einheitlicher Kommunikation entwickelt werden. Mit Internet-Technologie für eingebettete Systeme, basierend auf IPv6 over Low power Wireless Personal Area Network (6LoWPAN), können offene Standards in der Haustechnik eingesetzt werden. Durch Massenproduktion der Kommunikationsmodule und die einfache Anbindung an existierende Computersysteme können die preislichen Anforderungen erfüllt werden. In vorangegangenen Projekten wurden bereits diverse Aktoren wie schaltbare Steckdosen, die den Stromverbrauch messen, oder ein digitaler Thermostat auf 6LoWPAN umgerüstet. Auf der Anwendungsschicht wird das Constrained Application Protocol (CoAP) verwendet, welches die Gerätefunktionen als RESTful Web-Services abbildet.
Um auch Benutzergewohnheiten in die Steuerung zu integrieren, wird in dieser Arbeit ein vernetzter Wecker entwickelt und über eine Serveranwendung mit den Aktoren verbunden. Somit kann beispielsweise der Energieverbrauch der Heizung optimiert werden, während gleichzeitig der Komfort gewahrt wird und keine zusätzliche Nutzerinteraktion nötig ist. Weiter wäre es möglich den Komfort durch die Vernetzung einzelner Komponenten zu erhöhen, wofür sonst teure Gesamtsysteme nötig wären. Zum Beispiel könnte das Licht am Morgen automatisch hochgedimmt werden und so ein Lichtwecker realisiert werden.

Im ersten Schritt soll ein voll funktionsfähiger Wecker auf dem AVR Raven implementiert werden. Der Wecker soll eigenständig, d.d. ohne Verbindung zu einer Serveranwendung, fungieren, aber seine Parameter, z.B. die Weckzeit, als REST-Ressourcen zur Verfügung stellen. Dies erleichtert allgemein die Konfiguration von eingebetteten Systemen, welche meist nur über wenige Knöpfe bedient werden müssen.
In einem weiteren Schritt soll eine Serveranwendung erstellt werden, welche mit dem Wecker interagiert und das Steuern von Aktoren erlaubt. Diese Anwendung wird in Java entwickelt und implementiert einen einfachen Algorithmus zur Steuerung der Thermostate. Dabei bindet er die Benutzergewohnheiten über den Wecker ein.
In der letzten Phase der Arbeit soll die Zuverlässigkeit der verwendeten Kommunikationsprotokolle untersucht werden. Insbesondere sollen optimale Parameter für den zuverlässigen Transport über CoAP bestimmt werden (RESPONSE_TIMEOUT, RESPONSE_RANDOM_FACTOR und MAX_RETRANSMIT). Optional können weitere Anwendungen in Kombination mit dem erstellten Wecker gesucht werden. Hierfür stehen mehrere Tmote Skys zur Verfügung, welche weitere Aktoren emulieren können.