[논문 리뷰] Indoor Location for Smart Environments with Wireless Sensor and Actuator Networks

Zhongliang Zhao, Stephane Kuendig외 4명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 26.

Indoor and Outdoor Localization Technologies참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

스마트 시드세이( Smart Syndesi )는 스마트 빌딩 내 실시간 점원 추적과 환경 제어를 가능하게 하는 통합 실내 위치 인식 시스템을 제안한다. 무선 센서 및 액추에이터 네트워크(WSANs)를 활용하여 스마트폰 기반 실내 위치 측정 기술을 적용함으로써, 사용자 위치와 센서 데이터를 기반으로 맥락 기반 자동 제어를 수행하며, 사무실 환경에서 정확하고 실시간으로 환경을 적응시키는 데 성공하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 스마트 빌딩 자동화를 위한 실시간 실내 위치 추적을 가능하게 하는 통합 시스템을 개발하는 것.
• 점원 위치와 실시간 센서 데이터를 기반으로 한 환경 제어 작동을 자동화하는 데 도전하는 것.
• 무선 센서 및 액추에이터 네트워크와 모바일 사용자 추적 시스템을 원활하게 연결하는 게이트웨이 시스템을 설계하는 것.
• 실제 사무실 환경에서 위치 기반 환경 제어의 가능성과 정확도를 입증하는 것.

제안 방법

• 시스템은 실내 환경 조건(조도, 온도 등)을 모니터링하기 위해 무선 센서 및 액추에이터 네트워크(WSAN)를 활용한다.
• 실내 추적 시스템은 스마트폰 기반 위치 측정을 통해 점원의 실시간 위치를 고정밀도로 파악한다.
• 중앙 집중형 게이트웨이가 WSAN, 추적 시스템, 모바일 사용자 간의 데이터 교환과 제어 신호를 가능하게 한다.
• 조명 또는 팬의 케이스/오프 제어와 같은 환경 제어 작동은 사용자의 추적된 위치와 관련된 센서 읽기 값을 기반으로 자동으로 유도된다.
• 사용자 위치를 특정 영역의 환경 제어 조치에 매핑하기 위해 근접도 기반 논리를 사용한다.
• 성능과 통합성을 평가하기 위해 프로토타입을 실제 실내 사무실 환경에 구축하고 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실내 위치 추적 기술을 스마트 빌딩 자동화를 위한 무선 센서 및 액추에이터 네트워크와 효과적으로 통합할 수 있는가?
• RQ2 사무실 환경에서 스마트폰 기반 시스템을 활용한 실시간 점원 위치 추적의 정확도는 어느 정도 달성될 수 있는가?
• RQ3 실시간 사용자 위치와 센서 데이터를 기반으로 환경 제어 작동을 자동화할 수 있는가?
• RQ4 게이트웨이 시스템이 WSAN, 추적 시스템, 모바일 사용자 데이터 흐름을 통합하는 데서 성능은 어떠한가?
• RQ5 동적인 실내 환경에서 시스템은 응답성과 신뢰성을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 스마트폰 기반 위치 측정을 활용하여 높은 정밀도로 실시간 실내 점원 추적을 달성함으로써 정확한 위치 기반 자동 제어를 실현하였다.
• 조명 및 팬 제어와 같은 환경 제어 작동이 사용자 위치와 센서 데이터를 기반으로 성공적으로 유도되었으며, 맥락 기반 반응성의 가능성을 입증하였다.
• 게이트웨이 시스템이 WSAN, 추적 시스템, 모바일 사용자 간의 통신을 효과적으로 통합하여 저지연 제어 신호를 보장하였다.
• 프로토타입은 실제 사무실 환경에서 신뢰성 있고 일관된 자동 제어를 보여주었으며, 통합 접근 방식의 타당성을 검증하였다.
• 점원의 존재와 위치에 기반한 환경 설정의 동적 적응을 가능하게 하여 에너지 효율성과 사용자 경험을 향상시켰다.