New technologies for smart environments: from wireless sensors networks to domotics

The topic of smart environments, aiso called ambient intelligence, has been gaining more and more interest in recent years. The term ambient intelligence refers to the embedding of sensors and actuators within a room or an environ­ ment abie to automatically react to users and other devices. The availability of small and inexpensive sensors, the growing diffusion of networking technologies worldwide, the availability of small computing devices avaiiabie in homes such as smartphones, tabiets and netbooks, make easier the deveiopment and in­ stallation of smart environments infrastructures. The thesis aim is to provide technoiogicai soiutions to the ambient intelligence probiem in arder to make smart such ambient. The considered environments have been divided into two main categories: industrial and domestic ones. The focus of the first part of this thesis is an the integration of wireless sensor network (WSN) technoiogies in industriai applications. In particular the intelligent on line monitoring of a factory is presented to fìnd reai time performance indexes. The second case study presented concerns the automatic information harvesting in a resource recovery system. In addition it is aiso described the design of a novei prototype of a modular node which aims to overcome the probiem of the standardization of communication in high customization leve!WSNs. The focus of the second part of the thesis concerns the use of different domotic technoiogies to equip home parts far a more intelligent and automatic monitoring and remote con­ trai. In particuiar, due to the Iarge number of home automation devices and protocois and the differences between house to house, it has been developed a framework to integrate different devices with a Web based protocol. Further­ more it has been realized and validated a fuzzy logic home consumption model to test energy management and home automation contrai techniques.

Il concetto di smart environment, conosciuto anche come ambient intelligence, sta riscuotendo sempre più importanza a livello globale negli ultimi anni. Con il termine ambient intelligence si intende un ecosistema di oggetti che interagiscono con gli utenti e fra di loro con la capacità di auto-organizzarsi, fornire servizi e manipolare dati complessi. La disponibilità di sensori dalle dimensioni e costi sempre più ridotti, la crescente diffusione di tecnologie che permettono nna connettività a livello globale e la disponibilità di dispositivi di calcolo diffusi e portatili come smartphones, tablets e netbooks, rendono più agevole lo sviluppo di questi ambienti intelligenti. Lo scopo di questa tesi è quello di proporre soluzioni tecnologicamente avanzate da applicare ad ambienti esistenti in modo da trasformar li in ambienti 'smart', dotandoli di intelligenza. Questi ambienti sono stati divisi in due macrocategorie: industriale e domestico. Lo scopo della prima parte della tesi riguarda l'integrazione della tecnologia delle Wireless Sensor Network (WSN) in ambienti industriali. In particolare verrà presentato il monitoraggio intelligente di nna linea di produzione al fine di calcolarne in tempo reale gli indici di performance. Il secondo caso di studio affrontato è riferito alla raccolta di informazioni per l'ottimizzazione dell'impiego di risorse in un sistema di raccolta rifiuti. In aggiunta verrà descritta la progettazione di un innovativo prototipo di nodo modulare il cui scopo è quello di affrontare il problema della standardizzazione della comunicazione permettendo una personalizzazione del nodo sensoriale. Lo scopo della seconda parte della tesi riguarda l'uso di diverse tecnologie domotiche per trasformare nna casa in nna smart house e permetterne controllo e monitoraggio da remoto. In particolare, a causa dell'elevato numero di dispositivi di building automation e protocolli di comunicazione, è stato sviluppato un framework per l'integrazione dei differenti dispositivi attraverso un protocollo Web based. E' stato inoltre sviluppato e validato un modello dei consumi elettrici domestici basato su logica fuzzy al fine di testare algoritmi di energy management e tecniche di controllo di home automation. xi