[論文レビュー] Trends in smart lighting for the Internet of Things

Jorge Higuera, Aleix Llenas+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2018

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 15被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LEDを用いた固体状態照明、高度な制御、およびマルチインターフェース通信（有線、RF、光無線）を統合した、IoT中心のスマートライティングシステムを設計するフレームワークを提示する。これらのシステムが可視光通信やセンシングといった高度なサービスを可能にすると同時に、標準化されたウェブサービスおよびプロトコルを通じて相互運用性を確保し、将来的なIoTエコシステムにおけるスマートライティングの中枢的役割を果たすことを示している。

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.

研究の動機と目的

• インターネット・オブ・シングズ（IoT）の文脈においてスマートライティング・システムの進化を分析すること。
• LEDを用いた固体状態照明、動的スペクトル制御、高度なセンシング機能といった、主な技術的要因を特定すること。
• 有線、電波周波数（RF）、光無線通信（OWC）の複数の通信インターフェースを統合した、IoT互換性のあるライティング・システムにおける統合を検討すること。
• 商業的スマートライティング・プラットフォーム間の相互運用性を支援する規格およびウェブサービスを評価すること。
• スマートホームおよび産業環境における多様な応用を想定した、IoT中心のライティング・アーキテクチャの提案および実証すること。

提案手法

• 動的スペクトル光再現が可能な高度なドライバを備えたLED技術を用いた、IoTベースのスマートライティング・システムの設計。
• 有線（例：イーサーネット）、RF（例：Wi-Fi、Zigbee）、光無線通信（OWC）を含む、複数の通信インターフェースの統合によるデータ送信。
• 環境モニタリングおよびユーザーインタラクションを支援するため、ライティング・ノード内にセンシング機能を統合すること。
• 異種のスマートライティング・プラットフォーム間での相互運用性を確保するため、標準化されたウェブサービスおよびプロトコルの利用。
• 既存のWi-Fiインfra構造と共存できるシステムアーキテクチャの開発。同時に、新しい光通信サービスの提供を可能にする。
• 広範なIoTエコシステム内でのスケーラビリティおよび互換性を確保するため、グローバル通信規格の適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートホームおよび産業環境における多様なIoTアプリケーションをサポートするように、スマートライティング・システムをどのようにアーキテクチャ設計できるか？
• RQ2 有線、RF、OWCを含むマルチインターフェース通信技術が、スマートライティング・システム内での高度なサービスの実現に果たす役割は何か？
• RQ3 標準化されたウェブサービスおよびプロトコルを用いることで、商業的スマートライティング・プラットフォーム間の相互運用性はどのように達成できるか？
• RQ4 高度なスペクトル制御およびセンシング機能が、IoT対応ライティング・システムの機能をどのように向上させるか？
• RQ5 スマートライティングの将来を形作る主なトレンドおよび技術的駆動要因は何か？

主な発見

• LED技術に基づくスマートライティング・システムは、現在、動的スペクトル制御をサポートしており、人間中心のアプリケーション向けにパーソナライズされ、適応可能な照明を実現している。
• 光無線通信（OWC）の統合により、従来のWi-Fiネットワークと併存が可能となり、屋内環境において二重目的（照明とデータ送信）の通信が実現できる。
• 有線、RF、OWCを含む複数の通信インターフェースは、センシング、ロケーション、高速データ転送といった多様なIoTサービスをサポートするために不可欠である。
• 標準化されたウェブサービスおよびプロトコルは、商業的スマートライティング・プラットフォーム間の相互運用性を顕著に向上させ、シームレスなシステム統合を促進する。
• 市場トレンドは、高度な機能とスケーラビリティに支えられ、スマートホームおよび産業用IoTアプリケーションにおける接続型ライティング・システムの採用が急速に拡大していることを示している。
• 照明、通信、センシング機能の統合は、将来的なIoTエコシステムにおけるスマートライティングの中枢的ノードとしての位置付けを強化している。