[论文解读] Using Wireless Sensor Networks to Narrow the Gap between Low-Level Information and Context-Awareness

Ioan Raicu, Owen Richter+2 more|ArXiv.org|Nov 12, 2004

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文提出了一种可扩展的架构，将无线传感器网络（WSNs）与无线以太网集成，以弥合底层传感器数据与高层上下文感知应用之间的差距。通过使用TinyOS RF Motes进行传感（检测距离、光照、温度），并通过802.11网络进行通信，该系统使可穿戴设备（如PDA）能够动态推断上下文——通过一个实际运行的距离检测器得到验证，实现实时情境感知。

ABSTRACT

Wireless sensor networks are finally becoming a reality. In this paper, we present a scalable architecture for using wireless sensor networks in combination with wireless Ethernet networks to provide a complete end-to-end solution to narrow the gap between the low-level information and context awareness. We developed and implemented a complete proximity detector in order to give a wearable computer, such as a PDA, location context. Since location is only one element of contextawareness, we pursued utilizing photo sensors and temperature sensors in learning as much as possible about the environment. We used the TinyOS RF Motes as our test bed WSN (Wireless Sensor Network), 802.11 compatible hardware as our wireless Ethernet network, and conventional PCs and wired 802.3 networks to build the upper levels of the architecture.

研究动机与目标

• 弥合原始传感器数据与普适计算环境中可操作上下文之间的语义与功能鸿沟。
• 使可穿戴设备（如PDA）能够通过分布式传感器网络动态获取位置和环境上下文。
• 设计一种可扩展的端到端系统架构，集成异构网络（WSN与以太网），支持上下文感知计算。
• 通过在真实世界测试平台上实际部署距离、光照和温度传感器，验证上下文推断的可行性。
• 证明通过低层次数据的多传感器融合，可在动态环境中支持稳健的上下文感知应用。

提出的方法

• 在测试平台上部署系统，使用TinyOS RF Motes作为无线传感器节点，采集距离、环境光照和温度数据。
• 将WSN与兼容802.11的无线以太网集成，实现向高层系统可靠、长距离的通信。
• 使用通过有线802.3网络连接的传统PC，托管上下文感知应用逻辑和数据融合模块。
• 在传感器节点上实现距离检测算法，以确定用户与设备之间的空间关系。
• 融合来自多种传感器类型（距离、光照、温度）的数据，以推断环境上下文和用户状态。
• 设计分层架构，将低层次传感器读数抽象为语义上下文，供应用系统消费。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效将无线传感器网络与现有无线以太网基础设施集成，以支持上下文感知应用？
• RQ2 低层次传感器数据（如距离、光照、温度）在多大程度上可被融合，以推断有意义的环境与用户上下文？
• RQ3 能否设计一种可扩展的端到端架构，实现在PDA等可穿戴设备上实时推断上下文？
• RQ4 在包含异构网络技术的真实环境中部署此类系统时，面临哪些实际挑战？
• RQ5 与单传感器方法相比，多传感器数据融合如何提升上下文感知系统的准确性和鲁棒性？

主要发现

• 所提出的架构成功使可穿戴PDA通过部署在RF Motes上的距离检测机制，实现了实时位置上下文的获取。
• 光照传感器与温度传感器的数据融合使系统能够推断出照明水平和热状态等环境条件。
• WSN与802.11及有线以太网的集成，实现了从传感器到应用层的可靠、可扩展的数据传输。
• 该系统证明，低层次传感器数据可被有效抽象为语义上下文，从而支持上下文感知应用。
• 原型验证了使用现成组件（TinyOS、802.11、PC）构建功能完整、端到端的上下文感知系统的可行性。
• 距离检测器在用户接近事件中表现出一致的检测性能，证明了使用WSN实现动态上下文获取的可行性。