[論文レビュー] Indoor Location for Smart Environments with Wireless Sensor and Actuator Networks

Zhongliang Zhao, Stephane Kuendig+4 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2017

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

Smart Syndesiは、無線センサ・アクチュエータネットワーク（WSAN）を活用して、スマートビルにおけるリアルタイムの居住者追跡と環境制御を可能にする統合型屋内位置認識システムを提案する。スマートフォンベースの屋内位置決定技術を活用することで、ユーザーの位置とセンサデータに基づき、文脈に応じた照明および換気制御を自動化し、オフィス環境において正確でリアルタイムな環境適応を実現する。

ABSTRACT

Smart environments interconnect indoor building environments, indoor wireless sensor and actuator networks, smartphones, and human together to provide smart infrastructure management and intelligent user experiences. To enable the "smart" operations, a complete set of hardware and software components are required. In this work, we present Smart Syndesi, a system for creating indoor location-aware smart building environments using wireless sensor and actuator networks (WSANs). Smart Syndesi includes an indoor tracking system, a WSAN for indoor environmental monitoring and activation automation, and a gateway interconnecting WSAN, tracking system with mobile users.The indoor positioning system tracks the real-time location of occupants with high accuracy, which works as a basis for indoor location-based sensor actuation automation.To show how the multiple software/hardware components are integrated, we implemented the system prototype and performed intensive experiments in indoor office environments to automate the indoor location-driven environmental sensor monitoring and activation process. The tracked indoor location of a user's smartphone triggers the retrieval of environmental measurements and activates the actuators automatically (i.e. turn on/off lights, switch on/off fans) based on the location and correlated environmental sensor information.

研究の動機と目的

• スマートビル自動化のためのリアルタイム屋内位置追跡を可能にする統合システムの開発。
• 居住者の位置とリアルタイムのセンサデータに基づく環境アクチュエータ制御の自動化という課題への対処。
• 無線センサ・アクチュエータネットワークとモバイルユーザー追跡システムをシームレスに接続するゲートウェイシステムの設計。
• 実際のオフィス環境における位置駆動型環境制御の実現可能性と正確性の実証。

提案手法

• システムは、光量や温度などの屋内環境状態をモニタリングするための無線センサ・アクチュエータネットワーク（WSAN）を採用する。
• 屋内追跡システムは、スマートフォンベースの位置決定を用いて、居住者のリアルタイム位置を高精度に特定する。
• 集中型ゲートウェイがWSAN、追跡システム、モバイルユーザーを統合し、データ交換と制御信号の送信を可能にする。
• 照明やファンのオン/オフといった環境アクチュエータ制御は、ユーザーの追跡位置と関連付けられたセンサ読み取り値に基づき自動的に発火する。
• ユーザーの位置を特定ゾーン内の特定の環境制御行動にマッピングするための近接性に基づく論理を用いる。
• パフォーマンスと統合性の評価を目的として、実際の屋内オフィス環境にプロトタイプを展開・テストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして屋内位置追跡を、スマートビル自動化のための無線センサ・アクチュエータネットワーク（WSAN）と効果的に統合できるか？
• RQ2 オフィス環境において、スマートフォンベースのシステムを用いたリアルタイム居住者局所化で達成可能な正確性の水準はどの程度か？
• RQ3 リアルタイムのユーザー位置とセンサデータに基づいて、環境アクチュエータ制御をどのように自動化できるか？
• RQ4 ゲートウェイシステムがWSAN、追跡システム、モバイルユーザーのデータフローを統合する際のパフォーマンスはいかがなものか？
• RQ5 動的な屋内環境において、システムはどのようにして応答性と信頼性を維持するか？

主な発見

• スマートフォンベースの位置決定を活用した高精度なリアルタイム屋内追跡により、正確な位置認識に基づく自動化が実現された。
• 照明やファン制御といった環境アクチュエータ制御が、ユーザーの位置とセンサデータに基づき成功裏に発火し、文脈に応じた応答性が実証された。
• ゲートウェイシステムがWSAN、追跡システム、モバイルユーザー間の通信を効果的に統合し、低遅延の制御信号を確保した。
• プロトタイプは、実際のオフィス環境において信頼性があり一貫した自動化を示し、統合手法の実現可能性が検証された。
• 居住者の存在と位置に基づき、環境設定を動的に適応可能にしたことで、エネルギー効率とユーザ体験の向上が達成された。