Joost van Velzen is systeemarchitect bij Salland Electronics en vanuit het Zwolse bedrijf betrokken bij het Ewids-project, dat liep van oktober 2011 tot oktober van het afgelopen jaar.

12 February 2016

Gedurende drie dagen vlak voor kerst vormde Science Center Nemo in Amsterdam het decor van een experiment in het kader van het Commit-project Ewids: bij binnenkomst konden bezoekers een sensorpolsbandje krijgen en daarmee hun handel en wandel in het museum laten volgen. Joost van Velzen van projectpartner Salland Electronics doet verslag.

In de dynamiek van menigtes zijn complexe en fascinerende patronen te ontdekken. De indeling van een ruimte, de toegankelijkheid, sociale aspecten, tijdstip en dag van de week, de dichtheid van de mensen en nog heel veel andere factoren bepalen samen de stroming van een mensenmassa, met schijnbaar chaotische resultaten. Binnen het nationale ict-programma Commit doen universiteiten en bedrijven gespecialiseerd in draadloze sensornetwerken gezamenlijk onderzoek naar de dynamiek van menigtes.

Een van de projecten is Ewids (Extreme Wireless Distributed Systems), met als partners de Vrije Universiteit Amsterdam, de TU Delft, Devlab en Thales Nederland. Doel is beter inzicht te krijgen in hoe we draadloze, gebruikerscentrische sensortechnologie kunnen inzetten om het gedrag van mensen te monitoren en te beïnvloeden. Als toepassingsgebied hebben we gekozen voor crowdmanagement.

Op 21, 22 en 23 december was de afsluitende ‘golden demonstrator’ van Ewids. Bezoekers aan Science Center Nemo in Amsterdam kregen deze dagen een polsbandje om dat met regelmatige tussenpozen ‘praatte’ met andere bandjes en draadloze apparatuur binnen het gebouw. Met een speciale infrastructuur van zogeheten sniffers hebben we realtime de mobiliteitspatronen vastgelegd. Belangrijk was om dat geheel anoniem te doen, zonder iemands privacy te schenden.

Ewids impressie Nemo 01

Door de bezoekersstromen door Nemo te meten, is het in principe mogelijk om inzicht te krijgen in de populariteit van en de relatie tussen attracties. Daarnaast is af te leiden of de inrichting van het museum voldoet aan de verwachtingen. Uit de gedragsmetingen valt bovendien te achterhalen bij welke drukte bezoekers besluiten uit te wijken naar andere attracties.

Nauwkeuriger lokaliseren

Binnen Ewids hebben onderzoekers van de VU, de TU Delft en Thales samen met engineers van de Devlab-bedrijven Salland Electronics en Van Mierlo Ingenieursbureau de afgelopen drie jaar gewerkt aan nieuwe draadloze technieken en lokalisatiemethodes. Dit heeft onder meer geresulteerd in het Delftse Sofa-protocol (Stop on First Ack) voor robuuste asynchrone draadloze communicatie. Het is speciaal ontworpen voor experimenten met dichte mensenmassa’s en heeft als extra mogelijkheid om de dichtheid van het netwerk te meten. Voor de Nemo-demo betekent dit dat we eenvoudig kunnen bepalen hoe dicht mensen bij elkaar staan.

Nog tijdens het project heeft Salland Electronics eigenschappen van Sofa gecombineerd met features van Myrianed, een protocol voor synchrone draadloze gegevensuitwisseling dat we hebben ontwikkeld binnen het gelijknamige Devlab-project. Het resultaat hebben we Wavened gedoopt. Dit protocol biedt een unieke mix van asynchrone en synchrone mechanismen.

Deze mix blijkt de sleutel tot extreem energiezuinige communicatie. De klokken van de nodes vertonen namelijk een maximale afwijking van plus of min 0,002 procent; asynchrone protocollen hebben daar per definitie geen last van, maar synchrone wel, zeker als we energiezuinig willen zijn en we een interval van meerdere seconden willen gebruiken. Bij Wavened wordt een asynchroon systeem grof gesynchroniseerd zodat het maar een klein percentage van de tijd actief is. Zo combineren we het beste van twee werelden: zelfs intervallen van minuten worden mogelijk zonder dat we synchronisatie verliezen.

Voor de demo in Nemo heeft Salland Electronics duizend sensorpolsbandjes gemaakt. Dankzij het energiezuinige Wavened-protocol hoeven er geen batterijen in; in plaats daarvan bevatten ze een condensator die in negentig seconden volledig is opgeladen. Op zo’n lading kan een bandje een hele dag functioneren.

Ewids polsbandje
Dankzij het gebruikte energiezuinige Wavened-communicatieprotocol hoeven er geen batterijen in de polsbandjes; in plaats daarvan bevatten ze een condensator die in negentig seconden volledig is opgeladen. Op zo’n lading kan een bandje een hele dag functioneren.

De VU werkt aan nieuwe technieken voor indoor lokalisatie waarmee de polsbandjes elkaar kunnen helpen om hun positie nauwkeuriger te bepalen. Stel dat twee tentoongestelde objecten slechts een meter van elkaar af staan en een bezoeker kijkt vanaf drie meter naar een van beide, tussen andere mensen door. Met de nieuwe technieken van de VU willen we dermate nauwkeurig kunnen lokaliseren dat we kunnen achterhalen welk object deze bezoeker bekijkt. Om te kunnen nagaan hoe goed dit functioneert, hebben we met het door de TU Delft en Van Mierlo opgezette sniffernetwerk zo veel mogelijk data verzameld van de polsbandjes, zodat we achteraf het optimale algoritme kunnen bepalen.

Thales heeft het experiment gebruikt om erachter te komen of mensen informatie over drukte zouden willen hebben om een optimale route door Nemo te kunnen plannen. Daartoe hebben onderzoekers van het bedrijf op basis van de verzamelde snifferinformatie live overzichten van de drukte laten zien op een tablet en bezoekers gevraagd of ze dit interessant vinden en of ze hiermee andere keuzes zouden maken binnen Nemo. De meesten gaven aan er zeker gebruik van te maken.

Vijftig miljoen metingen

Nemo trekt een heleboel jonge bezoekers, onder wie veel kinderen tussen de drie en de zeven. Het laat zich niet moeilijk raden wat er gebeurt als die een grappig polsbandje met knipperende lichtjes in handen gedrukt krijgen. Tijdens de extra metingen die we in het museum deden, zagen we jongetjes er zwaardgevechten mee houden en ze werkelijk overal omheen slaan. Nemo nodigt natuurlijk ook wel erg uit tot experimenteren.

Ewids rijtje polsbandjes
Voor de demo in Nemo op 21, 22 en 23 december heeft Salland Electronics duizend sensorpolsbandjes gemaakt.

We hebben polsbandjes teruggekregen met onwaarschijnlijke schade. Usb-poorten waren compleet verdwenen en condensatoren afgescheurd, terwijl beide toch echt vast gesoldeerd op het pcb’tje en goed beschermd in de behuizing zaten. Bij eentje was de metalen strip in het bandje gebroken en eentje had zelfs een ongelukje gehad in het urinoir – die hebben we uiteraard gelijk weggegooid.

De installatie van het sniffernetwerk voor de dataverzameling bleek ook iets uitdagender dan gedacht. Op sommige plaatsen in het museum zijn de plafonds extreem hoog: een ethernetpoortje vijf meter boven onze hoofden deed ons wel even achter onze oren krabben. We hebben aardig wat maandagen (waarop Nemo gesloten is voor reguliere bezoekers) nodig gehad om alles in te richten.

De praktijk had nog meer verrassingen in petto. De gebruikte Myriamodem-nodes hadden we getest op veertienhonderd radioberichten per seconde, maar tijdens de demo was het Python-script dat draaide op de snifferinfrastructuur in eerste instantie niet bestand tegen de enorme hoeveelheid data die de polsbandjes genereerden. De live weergave had hier even wat last van, maar de TU Delft wist het probleem snel te verhelpen.

De privacybezwaren waar we ons van tevoren zo druk om hadden gemaakt, bleken helemaal geen issue. Omdat we geen namen hebben geregistreerd, kunnen we ook geen koppeling leggen. Om toch zo veel mogelijk polsbandjes terug te krijgen, konden bezoekers ze inwisselen voor mooie glow-in-the-dark-bandjes die we speciaal hebben laten maken. Bijna alle kinderen accepteerden de ruil; we hebben maar één echt verdrietig bezoekertje gehad.

In totaal hebben meer dan 2400 mensen deelgenomen – meer dan een kwart van de bezoekers op de drie dagen van de demo. Per uur kwamen zo’n drie miljoen metingen de database binnen en uiteindelijk hebben we er ongeveer vijftig miljoen verzameld. De komende maanden gaan we hard aan de slag met de data. Hoewel we dus nog geen definitief resultaat hebben van het experiment, kunnen we al wel zien aan de metingen dat zowel het Sofa- als het Wavened-protocol perfect hebben gewerkt.

Edited by Nieke Roos