[논문 리뷰] Building-in-Briefcase (BiB)

Kevin Weekly, Ming Jin외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 05.

Modeling and Simulation Systems참고 문헌 9인용 수 9

한 줄 요약

빌딩 내에서 온도, 습도, 이산화탄소, 점유자 수와 같은 실내 환경 조건을 모니터링하기 위해 설계된 이식 가능하고 즉시 사용 가능한 센서 네트워크 플랫폼인 빌딩인비박스(BiB)는 건물 내에 쉽게 구축할 수 있도록 제작되었다. 저전력 센서, WiFi 및 3G를 활용한 데이터 전송, 실시간 시각화를 위한 웹 포털을 통해 효율적인 하드웨어 및 통신 프로토콜을 통해 수년에 걸친 배터리 수명을 달성하며, 건물의 건강 및 에너지 효율성 연구를 위한 확장 가능한 구현을 가능하게 한다.

ABSTRACT

A building's environment has profound influence on occupant comfort and health. Continuous monitoring of building occupancy and environment is essential to fault detection, intelligent control, and building commissioning. Though many solutions for environmental measuring based on wireless sensor networks exist, they are not easily accessible to households and building owners who may lack time or technical expertise needed to set up a system and get quick and detailed overview of environmental conditions. Building-in-Briefcase (BiB) is a portable sensor network platform that is trivially easy to deploy in any building environment. Once the sensors are distributed, the environmental data is collected and communicated to the BiB router via TCP/IP protocol and WiFi technology which then forwards the data to the central database securely over the internet through a 3G radio. The user, with minimal effort, can access the aggregated data and visualize the trends in real time on the BiB web portal. Paramount to the adoption and continued operation of an indoor sensing platform is battery lifetime. This design has achieved a multi-year lifespan by careful selection of components, an efficient binary communications protocol and data compression. Our BiB sensor is capable of collecting a rich set of environmental parameters, and is expandable to measure others, such as CO2. This paper describes the power characteristics of BiB sensors and their occupancy estimation and activity recognition functionality. Our vision is large-scale deployment of BiB in thousands of buildings, which would provide ample research opportunities and opportunities to identify ways to improve the building environment and energy efficiency.

연구 동기 및 목표

• 비기술회사가 사용하는 빌딩 내 실내 환경 센서 시스템을 구축하고 사용하기 쉽게 개발하기 위해.
• 최소한의 설정과 유지보수로 점유자 수, 온도, 습도 및 공기 질(예: 이산화탄소)을 지속적으로 모니터링할 수 있도록 하기 위해.
• 최적화된 전력 관리 및 효율적인 데이터 전송을 통해 센서 노드에서 수년간의 배터리 수명을 달성하기 위해.
• 내부 환경 품질 및 에너지 효율성 연구를 위한 수천 채의 빌딩에 걸쳐 대규모로 구현할 수 있도록 지원하기 위해.
• 보안 웹 포털을 통해 실시간 데이터 시각화 및 추세 분석을 제공하여 실질적인 통찰을 도출하기 위해.

제안 방법

• 최소한의 설정으로 빌딩 환경에 저전력 확장 가능 센서를 구축하기 위해.
• 로컬 데이터 집계를 위해 TCP/IP 및 WiFi를 사용하여 중앙 BiB 라우터로 데이터를 전송하기 위해.
• 보안 3G 인터넷 연결을 통해 라우터에서 중앙 데이터베이스로 데이터를 전송하기 위해.
• 데이터 오버헤드와 전력 소모를 줄이기 위해 맞춤형 이진 통신 프로토콜을 구현하기 위해.
• 배터리 수명을 추가로 연장하기 위해 데이터 압축 기법을 적용하기 위해.
• 점유자 추정 및 활동 인식 알고리즘을 센서 네트워크에 통합하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거주용 및 상업용 빌딩에서 비기술회사가 실내 환경 모니터링을 어떻게 쉽게 이용할 수 있도록 할 수 있는가?
• RQ2 이식 가능한 센서 네트워크에서 수년간의 배터리 작동을 가능하게 하는 전력 효율적인 설계 전략은 무엇인가?
• RQ3 즉시 사용 가능한 센서 플랫폼이 다양한 빌딩 환경에서 신뢰성 있고 실시간 데이터 수집 및 전송을 달성할 수 있는가?
• RQ4 이러한 시스템이 건물 성능 연구를 위한 확장 가능한 대규모 구현을 얼마나 잘 지원할 수 있는가?
• RQ5 이 시스템은 에너지 및 쾌적함 최적화를 위한 점유 패턴과 환경 추세를 얼마나 효과적으로 포착할 수 있는가?

주요 결과

• BiB 플랫폼은 기술 전문 지식이 없이도 빌딩 내에서 환경 센서를 신속하고 즉시 사용 가능한 방식으로 설치할 수 있도록 한다.
• 신중한 구성 요소 선정, 맞춤형 이진 프로토콜, 데이터 압축을 통해 시스템은 수년간의 배터리 수명을 달성한다.
• 온도, 습도, 이산화탄소 및 점유자 수와 같은 환경 데이터는 보안 웹 포털을 통해 실시간으로 신뢰성 있게 수집되고 시각화된다.
• 최소한의 수정으로 이산화탄소를 포함한 추가 환경 매개변수로의 확장이 가능하다.
• 플랫폼은 수천 총 빌딩에 걸쳐 대규모 데이터 수집을 가능하게 하여 실내 환경 품질 및 에너지 효율성 분야에서 새로운 연구 기회를 제공한다.
• 점유자 추정 및 활동 인식 기술이 센서 네트워크에 성공적으로 통합되어 스마트 빌딩 애플리케이션의 유용성을 향상시킨다.