The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection
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The Design of a Portable Kit of Wireless Sensors for Naturalistic Data Collection. Emmanuel Munguia Tapia, Stephen S. Intille, Louis Lopez, and Kent Larson Massachusetts Institute of Technology @ Pervasive2006. 概要. MITes (MIT environmental sensors) 無線センサデバイスシリーズ 日常の活動に関するデータ収集が目的 目標

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The Design of a Portable Kit of Wireless Sensors for Naturalistic Data Collection

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Presentation Transcript


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

The Design of a Portable Kit of Wireless Sensors for Naturalistic Data Collection

Emmanuel Munguia Tapia, Stephen S. Intille,

Louis Lopez, and Kent Larson

Massachusetts Institute of Technology

@ Pervasive2006


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

概要

  • MITes (MIT environmental sensors)

    • 無線センサデバイスシリーズ

    • 日常の活動に関するデータ収集が目的

    • 目標

      • 使いやすい

      • 設置しやすい

      • 低コスト

      • 家などnon-laboratoryな環境でも使える

    • 紹介・現段階の評価(placelabで利用)


Mites

mites

ダニ・・・


Mites1

MITes


Mites2

環境側に設置するセンサ

動作(Ball, Mercury, Reed Switches)

使用状況取得を目的とした動作センサ(加速度)

照度

温度

隣接・距離

電力消費量

ウェアラブルセンサ

カラダの動作(加速度)

心拍数

紫外線量

RFIDリーダ・リストバンド

位置情報

MITesセンサ群


Introduction

Introduction

  • 現代pervasive computingの課題

    • コストの壁

    • non-laboratoryな環境で使えるような柔軟性の欠如

    • しかし、ムーア氏いわく・・・小さくてコストが低くて使いやすいモノの時代がくる

  • 日常生活の活動を取得するためのセンサ

    • 目標を満たしたセンサ群はまだ現れていない

    • 分かりやすく、設置しやすく、低コストで、家などで使えるMITes を提案し、実際に作ってみた


Design goals

家に設置するためのDesign Goals

  • Ease of Installation

  • Ease of Use

  • Adequate performance in natural settings

  • Affordability


Ease of installation

1.Ease of Installation(設置しやすく)

  • Minimization of Installation time

    • 家にだいたいセンサノードを200個置くとする

    • これまで (5-10min./node) x 200 = 16-32 man-hours

    • センサの設置方法を簡易化する

    • 4点固定→1点固定(動いているかどうか知りたいだけ)

    • これからは(5-60sec./node) x 200 = 1-2.5 man-hours

  • 既存のモノは・・・

    • サイズがでかい(snap-on boards, AA battery, antenna)

    • 電波が弱い(low freq)


Ease of use

2.Ease of Use(使いやすく)

  • Robust communication protocols

  • Good communication range

    • 余計な中継ノードを必要としない

  • Infrequent (& easy) battery replace

  • Add & removing sensors with little or no configuration.

  • 既存のモノは・・・

    • ネットワークの構造・設定が複雑

    • low-rate for event detecting, high-rate for wearable sensors

    • 簡単に複数の種類のセンサのデータをまとめて見る手段がない


Adequate performance in natural settings

3.Adequate performance in natural settings(自然環境への適応)

  • 温室育ちのセンサではダメ

  • 頑強なケース

  • 電波や騒音などのノイズに対する抵抗力

  • 既存のモノは・・・

    • あまり論文にのっていない

    • 研究室向けのモノが多い


Affordability

Affordability

  • 安くないといけない

  • 既存のモノは

    • $15,600(Motes x 200)

    • $26,000(+2軸加速度)

    • ECO System は合格ライン

    • u-partはライバルだけど

    • 自然環境での実験が行われていない


Mites3

MITesノードの概要

  • 3.2 x 2.5 x 0.6cm

  • 8.1g (battery incl.)

  • 低コスト防水ケース

  • 長いアンテナ無(2.4GHz帯)

  • 超寿命(mobileMITes>24hr,others>week)

  • $6 per Unit

  • Receiver→USB or RS232→NotePC

  • C#and JAVA available


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

Table 2: Sensor design goals (motivated by usability design goals from Table 1) with more detail on how these goals were achieved and the benefit to the researcher and the subject. Some information refers to the mobile and object motion version of MITes only. Some other versions require larger form factors due to external sensor attachments (e.g., a current flow MITes requires a current transformer that wraps around a cable).


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

通信 1/2

  • Low Rate<10Hz , High Rate>10Hz

  • Combining FDMA & TDMA

    • FDMA→HighRate TDMA→LowRate

  • Data format

    • Head 2B, channel1B, Payload 4B 計7bytes

  • Star network topology with feather weight MAC


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

通信 2/2

  • 500個のノードで実験

  • 各ノードの発信レートとパケットロスの関係

  • 発信回数とパケット伝達確率の関係

  • レートを5sec.にすると97%のパケットが伝達

  • レートを0.5sec.にすると60%のパケットが伝達

  • 6回の再送信で100%のパケットを伝達


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

(a) Plot of

(b) Plot of

vs. number of retransmissions

vs. number of sensors in the system.


Multi modal sensor types

Multi-modal Sensor Types

  • RS232, I2C, SPI outputのセンサなら拡張OK

  • Mobile, Current sensing, Ultraviolet exposure, Temperature, Light, Heart rate, Location beacons, Proximity, RFID wrist-band


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

Table 3. Summary of MITes types available and performance parameters.


Evaluation1

Evaluation1 屋外無線実験

  • Line of sight range (LOS)

  • 屋外で実験

  • 180 packets per sec. 発信してパケ落ちを計測

  • 無線channel0(2.4GHz)


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

Figure X. MITes Antennas installation and antenna types


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

Table 1. Presents the different antenna properties or parameters that are important to consider while selecting an antenna.

Table 1. Presents the different antenna properties or parameters that are important to consider while selecting an antenna.


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

  • LOS range outdoors with antennas parallel.

(b)LOS range with the Tx antenna in a random disposition.


Evaluation2

Evaluation2 無線ノイズ実験

  • 自然界のノイズを入れてみる

  • 無線LAN + αの時のパケ落ち率

  • +掃除機 3.7%落ち

  • +電子レンジ 4.3%落ち

  • +電話(子機) 1.2%落ち


Evaluation3

Evaluation3 電池・インスタレーション実験

  • 平均発信回数寿命

    • 新品CR2032を使って 20.85million回発信

  • 平均インスタレーション所要時間

    • 75個/45分 100個/60分

    • 36sec. per node


The design of a portable kit of wireless sensors for naturalistic data collection

まとめ

  • placelabを始めとして、様々なプロジェクトで活用中

  • 医療関係への展開

    • 日常生活の中での状態を同時に複数の視点から見れる

    • TVと心拍数の変化

    • UV MITes で 皮膚ガンの研究

  • ミーティングのコンテキストをリアルタイムで取得

  • non-laboratory environment

  • たくさん設置して使える

  • 買いたい場合は著者に連絡

  • 現段階での最も難しいのは、購入・センサの取り付け・プログラムの焼きこみ のプロセスである。


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