[논문 리뷰] Trends in smart lighting for the Internet of Things

Jorge Higuera, Aleix Llenas외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 29.

Optical Wireless Communication Technologies참고 문헌 15인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LED 기반의 고체 상태 조명, 고급 제어 기술 및 다중 인터페이스 통신(유선, RF, 광무선)을 활용하여 IoT 중심의 스마트 조명 시스템을 설계하기 위한 통합 프레임워크를 제시한다. 이 시스템은 가시광선 통신 및 센싱과 같은 고급 서비스를 가능하게 하며, 표준화된 웹 서비스 및 프로토콜을 통해 상호운용성을 확보함으로써 향후 IoT 생태계에서 스마트 조명을 핵심 기반으로 위치시킨다.

ABSTRACT

Smart lighting is an underlying concept that links three main aspects: solid-state lighting (SSL) technologies, advanced control and universal communication interfaces following global standards. However, this conceptualization is constantly evolving to comply with the guidelines of the next generation of devices that work in the Internet of Things (IoT) ecosystem. Modern smart lighting systems are based on light emitting diode (LED) technology and involve advanced drivers that have features such as dynamic spectral light reproduction and advanced sensing capabilities. The ultimate feature is of additional advanced services serving as the hub for optical communications that allows coexistence with traditional Wi-Fi gateways in indoor environments. In this context, lighting systems are evolving to support different wireless communications interfaces compatible with the IoT ecosystem. Market tendencies of SSL systems predict the accelerated expansion of connected IoT lighting control systems in different markets from smart homes and industrial environments. These systems offer advanced features never seen before such as advanced spectral control of the light source and also, the inclusion of several communication interfaces. These are mainly wired, radiofrequencies (RF) and optical wireless communications (OWC) interfaces for advanced services such as sensing and visible light communications (VLC). In this paper we present how to design and realize IoT-based smart lighting systems for different applications using different IoT-centric lighting architectures. Finally, different standards and aspects related to interoperability and web services are explained taking into account commercial smart lighting platforms.

연구 동기 및 목표

• 인터넷의 사물(IoT) 맥락 내에서 스마트 조명 시스템의 발전 과정을 분석하기 위해.
• LED 기반 고체 상태 조명, 동적 스펙트럼 제어 및 고급 센싱 기능과 같은 핵심 기술적 요소를 특정하기 위해.
• 유선, 무선 주파수(RF), 광무선 통신(OWC)을 포함한 다중 통신 인터페이스의 통합이 IoT 호환 조명 시스템에서 어떻게 작용하는지 검토하기 위해.
• 상용 스마트 조명 플랫폼 간의 상호운용성을 지원하는 표준화된 프로토콜과 웹 서비스를 평가하기 위해.
• 스마트 홈 및 산업 환경에서 다양한 응용 분야를 위한 IoT 중심의 조명 아키텍처를 제안하고 구현하기 위해.

제안 방법

• 동적 스펙트럼 조명 재현 기능을 갖춘 고급 드라이버를 탑재한 LED 기술을 활용한 IoT 기반 스마트 조명 시스템 설계.
• 유선(예: 이더넷), RF(예: Wi-Fi, Zigbee), 광무선 통신(OWC)을 포함한 다중 통신 인터페이스 통합을 통한 데이터 전송.
• 환경 모니터링 및 사용자 상호작용을 지원하기 위해 조명 노드 내에 센싱 기능 통합.
• 이질적인 스마트 조명 플랫폼 간의 상호운용성을 보장하기 위해 표준화된 웹 서비스 및 프로토콜 활용.
• 기존 Wi-Fi 인프라와의 공존을 지원하면서도 새로운 광통신 서비스를 가능하게 하는 시스템 아키텍처 개발.
• 더 넓은 IoT 생태계 내에서의 확장성과 호환성을 확보하기 위해 글로벌 통신 표준 적용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마트 홈 및 산업 환경에서 다양한 IoT 응용 분야를 지원하기 위해 스마트 조명 시스템은 어떻게 아키텍처화될 수 있는가?
• RQ2 유선, RF 및 OWC를 포함한 다중 인터페이스 통신 기술이 스마트 조명 시스템 내 고급 서비스를 어떻게 실현하는가?
• RQ3 표준화된 웹 서비스 및 프로토콜을 통해 상용 스마트 조명 플랫폼 간의 상호운용성은 어떻게 달성될 수 있는가?
• RQ4 고급 스펙트럼 제어 및 센싱 기능은 IoT 기반 조명 시스템의 기능을 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 스마트 조명의 미래를 이끄는 주요 트렌드와 기술적 추진력은 무엇인가?

주요 결과

• LED 기반 기술을 활용한 스마트 조명 시스템은 이제 동적 스펙트럼 제어를 지원하여 인간 중심의 개인화 및 적응형 조명을 가능하게 한다.
• 광무선 통신(OWC)의 통합은 기존 Wi-Fi 네트워크와의 공존을 가능하게 하여 실내 환경에서 조명과 데이터 전송의 이중 기능을 실현한다.
• 유선, RF 및 OWC를 포함한 다중 통신 인터페이스는 센싱, 위치 기반 서비스 및 고속 데이터 전송과 같은 다양한 IoT 서비스를 지원하는 데 필수적이다.
• 표준화된 웹 서비스 및 프로토콜은 상용 스마트 조명 플랫폼 간의 상호운용성을 크게 향상시켜 원활한 시스템 통합을 가능하게 한다.
• 시장 트렌드에 따르면 스마트 홈 및 산업용 IoT 응용 분야에서 연결형 조명 시스템의 도입이 가속화되고 있으며, 이는 고급 기능과 확장성 덕분이다.
• 조명, 통신 및 센싱 기능의 융합은 향후 IoT 생태계에서 스마트 조명를 핵심 노드로 위치시키는 데 기여한다.