[論文レビュー] Building-in-Briefcase (BiB)

Kevin Weekly, Ming Jin+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2014

Modeling and Simulation Systems参考文献 9被引用数 9

ひとこと要約

Building-in-Briefcase (BiB) は、建物内環境状態（温度、湿度、二酸化炭素、占拠状況など）を監視するために、建物に簡単に設置可能なポータブルで即挿し即用のセンサーネットワークプラットフォームです。低消費電力センサ、WiFi および 3G を用いたデータ送信、リアルタイム可視化のためのウェブポータルを備えており、効率的なハードウェアおよび通信プロトコルにより、数年間のバッテリーライフを実現し、建物の健康状態やエネルギー効率に関する研究のスケーラブルな展開を可能にします。

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.

研究の動機と目的

• 非技術者向けの、建物内での展開が可能な使いやすい室内環境センシングシステムの開発。
• 最小限の設定とメンテナンスで、占拠状況、温度、湿度、および空気質（例：CO2）の継続的モニタリングを可能にすること。
• 最適化された電力管理と効率的なデータ送信により、センサーノードで数年間のバッテリーライフを達成すること。
• 数千軒の建物にわたる大規模展開を可能にし、室内環境品質およびエネルギー効率に関する研究を支援すること。
• セキュアなウェブポータルを通じたリアルタイムのデータ可視化およびトレンド分析を提供し、実行可能なインサイトを提供すること。

提案手法

• 最小限の設定で、建物環境に低消費電力で拡張可能なセンサの展開。
• ローカルなデータ集約のための TCP/IP および WiFi を用いた中央 BiB ルーターへの接続。
• セキュアな 3G インターネット接続を介して、ルーターから中央データベースへのデータ送信。
• データのオーバーヘッドと消費電力を削減するためのカスタムバイナリ通信プロトコルの実装。
• さらにバッテリーライフを延長するためのデータ圧縮技術の適用。
• 占拠状況推定およびアクティビティ認識アルゴリズムをセンサーネットワークに統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 住宅および商業施設の非技術者にとって、室内環境モニタリングをどのようにして簡単に利用可能にすることができるか？
• RQ2 ポータブルセンサーネットワークで数年間のバッテリーサービスを実現するための、どのような電力効率設計戦略が有効か？
• RQ3 即挿し即用のセンサープラットフォームは、多様な建物環境において信頼性がありリアルタイムのデータ収集と送信を達成できるか？
• RQ4 このようなシステムは、建物性能に関する研究を対象としたスケーラブルな大規模展開をどの程度可能にするか？
• RQ5 このシステムは、エネルギー最適化および快適性向上のための占拠パターンと環境トレンドの把握において、どの程度効果的か？

主な発見

• BiB プラットフォームは、技術的専門知識が不要な状態で、建物内に環境センサを迅速かつ即挿し即用で設置可能である。
• 適切な部品選定、カスタムバイナリプロトコル、およびデータ圧縮の組み合わせにより、システムは数年間のバッテリーライフを達成している。
• 温度、湿度、CO2、占拠状況を含む環境データが、セキュアなウェブポータルを通じて信頼性高くリアルタイムで収集・可視化されている。
• CO2 を含む追加の環境パラメータへの拡張が、最小限の変更で可能であり、拡張性を備えている。
• プラットフォームは、数千軒の建物にわたる大規模なデータ収集を可能にし、室内環境品質およびエネルギー効率に関する研究の新たな機会を創出している。
• 占拠状況推定およびアクティビティ認識が、センサーネットワークに成功裏に統合されており、スマートビルディングアプリケーションにおける有用性が向上している。