[論文レビュー] Integration of Wireless Sensor Networks with Virtual Instrumentation in a Residential Environment

Grigore Stâmâtescu, Valentin Sgârciu|arXiv (Cornell University)|May 27, 2013

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、スマートホーム環境におけるリアルタイム監視を実現するため、無線センサネットワーク（WSN）とLabVIEWベースのバーチャルインスツルメンテーションを統合したシステムを提示する。カスタムソフトウェアドライバの開発により、温度、湿度、光量のデータ取得がシームレスに可能となり、ログ記録、可視化、Webおよびモバイルプラットフォームを介したリモートアクセスが実現された。本システムは、住宅向けIoTアプリケーションに向けたスケーラブルで使いやすいソリューションを示している。

ABSTRACT

This paper presents an approach to integrate wireless sensor networks (WSN) with the LabVIEW graphical development environment through a dedicated software driver. As personal constribution, a system architecture and concept implementation are described, in the context of a smart house monitoring scenario. Data acquisition is performed via the deployed wireless sensor network with focus on three main parameters: temperature, humidity and light. The data logging, monitoring and control functions are realized through a virtual instrumentation project. This also enables an easy-to-use user interface and the accesibility of data through standards-based web server technologies. The potential of remote monitoring and control through mobile terminals is opened up.

研究の動機と目的

• 無線センサネットワークとバーチャルインスツルメンテーションを用いた住宅用環境パラメータの監視統合アーキテクチャの開発。
• LabVIEWベースのバーチャル計器を用いたリアルタイムデータ取得および可視化の実現。
• Webおよびモバイル端末を介したリモート監視および制御機能の提供。
• 標準ベースのWebサーバー技術を活用したアクセシビリティおよび使いやすさの確保。
• 低コストでスケーラブルなスマートホーム監視システムの実現可能性の検証。

提案手法

• LabVIEWと無線センサネットワーク（WSN）を接続するカスタムソフトウェアドライバを開発し、データ取得を実現。
• システムは、温度、湿度、環境光レベルのリアルタイムデータ収集のためのWSNを導入した。
• LabVIEWを用いて、データログ記録、監視、制御機能を実装したバーチャルインスツルメンテーションを構築した。
• リモートでのセンサデータおよびシステム制御へのアクセスを可能にするために、Webサーバーをシステムに統合した。
• 標準Webプロトコルを活用することで、モバイル端末との互換性を達成し、リモート監視および制御を可能にした。
• 複数のセンサノードを備えた住宅用スマートホーム環境で、システムアーキテクチャの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無線センサネットワークを、LabVIEWのようなバーチャルインスツルメンテーションプラットフォームと効果的に統合する方法は何か？
• RQ2 スマートホーム環境でリアルタイムデータ取得および可視化を実現するための主要な構成要素は何か？
• RQ3 Webおよびモバイル技術は、住宅用WSN環境におけるセンサデータのリモート監視および制御をどの程度サポートできるか？
• RQ4 ホームオートメーションの文脈で、センサデータのアクセシビリティおよび使いやすさを向上させるために、ユーザーフレンドリーなインターフェースをどのように設計できるか？
• RQ5 市販部品およびオープンソースツールを用いた低コストでスケーラブルな環境監視システムを展開する可能性は何か？

主な発見

• カスタムソフトウェアドライバを介したWSNとLabVIEWの統合により、温度、湿度、光量の信頼性の高いリアルタイムデータ取得が可能になった。
• バーチャルインスツルメンテーションシステムは、環境パラメータの監視および制御のための使いやすいインターフェースを効果的に提供した。
• 標準ベースのWebサーバーを介したセンサデータへのリモートアクセスが実現され、デスクトップおよびモバイルデバイスからのアクセスが可能になった。
• システムは、最小限の設定で住宅環境への展開に適したスケーラビリティおよび適応性を示した。
• LabVIEWおよびWeb技術の使用により、開発時間が著しく短縮され、システムの保守性が向上した。
• 実世界のスマートホーム環境における継続的監視および制御に、本実装が有効であることが実証された。