april 30, 2024
Čist zrak je osnovna zahteva za zdravo življenje. Ljudje vse več časa preživijo v stavbah, bodisi v domovih, pisarnah, šolah, zdravstvenih ustanovah ali drugih zasebnih in javnih stavbah, prav zato je zagotavljanje najboljše kakovosti zraka v notranjih prosotih bistvenega pomena. Onesnaževalci zraka, ki nastajajo na odprtem prostoru, lahko prodrejo v notranje okolje in nečistoče, ki nastanejo v zaprtih prostorih zaradi kuhanja ali ogrevanja ter nevarne snovi, ki jih oddajajo gradbeni materiali, lahko povzročijo številne zdravstvene težave.
InnoRenew CoE je koordinator projekta Avtonomno računalništvo na robu za spremljanje kakovosti zraka (J2-2504), ki ga financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS), partnerji pa so še Univerza na Primorskem in Javni zavod Republike Slovenije za varstvo kulturne dediščine.
V tem projektu raziskujejo brezžična senzorska omrežja (Wireless Sensor Networks – WSN) za spremljanje kakovosti zraka v stavbah. WSN so sestavljeni iz več deset ali sto majhnih naprav z vgrajenimi senzorji, naprave pa so med seboj povezane preko radijske signalizacije in so namenjene enostavni namestitvi, samonastavitvi in nizkim stroškom. Te številne naprave omogočajo zelo natančen monitoring, zaradi česar so stavbe, opremljene z WSN, zmožne samoocenjevanja stanja ter optimizacije svojega delovanja. Tipični pristopi k pametnim stavbam omogočajo nalaganje podatkov in oddaljeno obdelavo z napravami v oblaku, pri čemer se zanašajo na avtonomno zanko za upravljanje zgradb v njihovem življenjskem ciklu (zasnova, izdelava, uporaba in konec življenja).
Raziskovalci v projektu razvijajo model računalništva na robu, da bi odkrili rešitve, ki izkoriščajo prednosti nove generacije naprav WSN, in s tem bi tudi zmanjšali globalne okoljske stroške takšne opreme. Natančneje, preučujejo načine za združevanje teoretičnih orodij (grafi in modeli okužb), tehnologij (semantične spletne storitve, veriženje blokov) in porazdeljenega rudarjenja podatkov, ki lahko pomagajo pri oblikovanju in izvajanju dinamičnih samokonfiguracijskih omrežij. Rešitve, ki jih omogoča računalništvo na robu, predstavljajo številne prednosti. Optimizirajo uporabo omrežja, omogočajo dinamično konfiguracijo omrežja in majhne zakasnitve omrežja v primeru sprememb, pospešujejo upravljanje podatkov, ponujajo možnost za porazdeljeno obdelavo podatkov na kraju samem in ohranjajo neodvisnost od ponudnikov oblakov.
V prvem letu dela na projektu so razvili nov, učinkovitejši pristop za algoritem Floyd-Warshall. Ta nov pristop vključuje napredne tehnike v podatkovnih strukturah in algoritmih ter ima potencial za pomembno vplivati na prihodnje porazdeljene sisteme. Zasnovali so tudi novo učinkovito metodo za maksimiziranje vpliva. S tem skušajo poiskati najboljša vozlišča za širjenje informacij v grafu ali omrežju. To se lahko uporabi v WSN za iskanje najboljše lokacije ponornih vozlišč (posebna vozlišča WSN, ki zbirajo podatke in upravljajo poizvedbe). Prav tako pa so na podlagi pravil združevanja razvili nov klasifikator rudarjenja podatkov. Prednost predlaganega klasifikatorja je, da ustvarja bistveno manjša pravila za večje nabore podatkov v primerjavi s tradicionalnimi klasifikatorji, hkrati pa ohranja natančnost razvrščanja. Poleg tega bi lahko predlagani algoritem uporabili za razpršeno rudarjenje podatkov v okviru porazdeljenih senzorskih omrežij.
Oblikovali so tudi decentraliziran okvir za shranjevanje podatkov, upoštevajoč vidike zasebnosti. Rešitev odpravlja enotno točko neuspeha in ohranja zaupanje uporabnikov. Zagotavlja zaupanje in razpoložljivost podatkov s kombinacijo veriženja podatkov in porazdeljene hash tabele.
Prav tako so razvili komunikacijski protokol za ohranjanje podatkov in zasebnost poizvedb v WSN, pri čemer se opirajo na tehniko usmerjanja čebule. Ta tehnika se uporablja za omejevanje znanja, ki ga tuji uporabniki lahko pridobijo s sporočili, ki potujejo po omrežju. V podporo tej študiji so razvili simulacijo na podlagi simulatorja ns-3 za identifikacijo možnih omejitev izvajanja v velikih omrežjih WSN. Pri obdelavi podatkov pa so predlagali rešitev za dinamično dodeljevanje virov aplikacijam, z namenom uravnotežene porabe virov v celotnem omrežju. To bo omogočilo distribucijo nalog obdelave podatkov, potrebnih na vozliščih WSN.
Ključni element, ki povezuje ta projekt, je koncept računalništva na robu, ki je namenjen povezovanju različnih delov rešitve, hkrati pa ohranja neodvisnost od ponudnikov v oblaku. V zadnji fazi tega projekta bodo raziskovalci poskušali uresničiti ta koncept in prikazati uporabnost le-tega v nekaj pilotnih stavb, ki jih bodo opremili s senzorji. V vsaki stavbi bo nameščenih več senzorjev IAQ (kakovost zraka v zaprtih prostorih) za merjenje temperature, relativne vlažnosti, VOC (hlapne organske spojine) in CO2. v projekt bodo vključene naslednje stavbe: Kmetija kulturne dediščine na Bledu (ZVKDS – partner pri projektu), pisarne podjetij na Madžarskem (AlbaComp), Osnovna šola v Ajdovščini (ROD -RRA), raziskovalna pisarna v Franciji (NOBATEK inštitut) in zgradba raziskovalnega laboratorija v Oregonu, ZDA (Univerza v Oregonu).
raziskovalca v InnoRenew CoE
