[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种基于LED固态照明、先进控制和多接口通信（有线、射频和可见光无线通信）的物联网导向智能照明系统综合框架。该框架展示了这些系统如何通过标准化的网络服务和协议实现互操作性，从而支持可见光通信和传感等高级服务，使智能照明在未来的物联网生态系统中成为核心枢纽。

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.

研究动机与目标

• 分析智能照明系统在物联网（IoT）背景下的演进过程。
• 识别关键使能技术，如基于LED的固态照明、动态光谱控制和先进传感能力。
• 研究有线、射频（RF）和可见光无线通信（OWC）等多种通信接口在物联网兼容照明系统中的集成。
• 评估支持商业智能照明平台之间互操作性的标准和网络服务。
• 提出并演示面向智能家居和工业环境等多种应用场景的物联网导向照明架构。

提出的方法

• 采用具备动态光谱光再现能力的先进驱动器，设计基于LED技术的物联网智能照明系统。
• 集成多种通信接口：有线（如以太网）、射频（如Wi-Fi、Zigbee）和可见光无线通信（OWC），用于数据传输。
• 在照明节点中实现传感功能，以支持环境监测和用户交互。
• 利用标准化网络服务和协议，确保异构智能照明平台之间的互操作性。
• 开发支持与现有Wi-Fi基础设施共存的系统架构，同时支持新型光通信服务。
• 应用全球通信标准，确保在更广泛的物联网生态系统中具备可扩展性和兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计智能照明系统，以支持智能家居和工业环境中的多样化物联网应用？
• RQ2 多接口通信技术（有线、射频和OWC）在智能照明系统中如何支持高级服务？
• RQ3 如何通过标准化网络服务和协议实现商业智能照明平台之间的互操作性？
• RQ4 先进的光谱控制和传感能力在多大程度上提升了物联网智能照明系统的功能？
• RQ5 塑造物联网生态系统中智能照明未来的关键趋势和技术驱动力是什么？

主要发现

• 基于LED技术的智能照明系统现已支持动态光谱控制，可实现面向人类中心应用的个性化与自适应照明。
• 集成可见光无线通信（OWC）可实现与传统Wi-Fi网络的共存，使室内环境中照明与数据传输实现双重功能。
• 多种通信接口——有线、射频和OWC——对于支持传感、定位和高速数据传输等多样化物联网服务至关重要。
• 标准化网络服务和协议显著提升了商业智能照明平台之间的互操作性，促进了系统的无缝集成。
• 市场趋势表明，智能照明系统在智能家居和工业物联网应用中的采用正在加速，主要得益于先进功能和可扩展性。
• 照明、通信和传感功能的融合，使智能照明成为未来物联网生态系统中的核心节点。