На пути к интеллектуальным городам: адаптивные сети с несколькими лидарными датчиками для использования в помещении

Многие из услуг, ожидаемых от умных городов, зависят от точного трехмерного зондирования городских пространств, как в помещении, так и на открытом воздухе.В этом исследовании исследователи занялись основным ограничением существующих внутренних многоаправляющих сенсорных сетей путем реализации адаптивной передачи данных.Предлагаемый метод позволит большему количеству датчиков LIDAR работать должным образом в внутренних пространствах, даже среди колебаний в доступных сетевых BandWitdh.Кредит: Jurvetson at openverse opencevers.org/image/4d73f306-476c-4237-87a1-04fff836e7e2

Однако возможности и услуги, предоставляемые умным городом, тесно связаны с двумя основными прикладными областями: зондирование и телекоммуникации.Недавние усилия были сосредоточены на использовании нескольких лидарных устройств в сенсорных сетях, которые могут собирать 3D-данные в реальном времени о положении твердых тел, таких как люди, транспортные средства и роботы.Несмотря на существенный прогресс в многоотрадительных сенсорных сетях для использования на открытом воздухе, их внутренние коллеги по-прежнему сталкиваются с критическими проблемами, которые необходимо решить.

В исследовании, опубликованном в журнале Sensors IEEE 22 июня 2023 года, исследователи из Японии искали инновационное решение одного из основных препятствий для помещений для многоотлачных сетей: управление большим количеством датчиков, ограниченных ограниченной и колеблющейся полосой.Это исследование было проведено доктором философии.Студент Куон Акияма, Кента Азума и Риоичи Шинкума из Института технологии Шибаура, а также Джун Шиоми из Университета Осаки.

Чтобы уточнить эту проблему, это помогает узнать, что в помещении мульти-спиртных сетей обычно требуется большее количество датчиков, чем наружные.В то время как четырех или пяти датчиков в открытом воздухе можно достаточно, чтобы покрыть слепые пятна, в внутренних сетях требуется десять или более датчиков, поскольку их размещение ограничено потолками и другими препятствиями.Поскольку в помещении в помещении сети также полагаются на беспроводную связь между каждым датчиком и центральным краем компьютера, могут возникнуть проблемы с пропускной способностью общей полосы пропускания, если есть всплески трафика.

Исследовательская группа решила эту проблему, внедрив систему, способную адаптивно контролировать объем данных, отправляемый каждым датчиком.В своей конструкции каждый лидарный блок подключен к устройству управления датчиком, которое захватывает, буферизирует и передает данные на краевой компьютер.Компьютер постоянно контролирует и агрегирует потоки данных от каждого датчика, тщательно осматривая их задержку и джиттер.

Самое главное, что если компьютер обнаруживает большие задержки от данного датчика (который может произойти из -за проблем с сетью или пропускной способностью), датчику инструментируется регулировать объем данных, который он передает.Для этой цели каждый датчик несет фильтр, который может увеличить или уменьшить размер точечного облака, передаваемого на основе «важности» каждой области в трехмерном пространстве, что предопределено администратором для каждого конкретного случая использования.Отбросив наименее важные моменты от датчиков, испытывающих ограничения полосы пропускания, качество агрегированного облака точек может быть сохранено как можно больше.

Исследователи протестировали свою систему в двух экспериментальных внутренних средах в различных условиях.«Предложенная конструкция была оценена с помощью различных схем нагрузки от 100 до 200 МБ/с, включая динамические нагрузки, которые различались по размеру минуты до минуты», - объясняет Акияма.

«Мы обнаружили, что наша система смогла удовлетворить требования о задержке и получить очень важные точки, даже если сеть находилась под динамической нагрузкой. Это говорит о том, что наш подход эффективен, когда объект перемещается в области мониторинга и когда доступная полоса сети варьируется, независимо отфизической скорости беспроводной связи. ”

Одним из основных вариантов использования для мульти-спиртных сенсорных сетей, как в помещении, так и на открытом воздухе, является создание виртуальных копий реального мира, называемых цифровыми близнецами.

“Сенсорная сеть с большим количеством лидарных датчиков может быть использована для построения цифрового близнеца, который охватывает обширную область. Такие обширные цифровые близнецы могут постоянно обновляться в режиме реального времени, чтобы захватить движения людей, транспортных средств и мобильных роботов, чтобы оптимизироватьАвтономные системы вождения », выделяет Акияму.

«Эти оптимизации могут повысить безопасность и эффективность автономной мобильности при сохранении снижения затрат».

Дальнейшие усилия в этой области помогут ускорить появление умных городов и всех их преимуществ, сделав городские места лучше, где можно жить.

More information: Kuon Akiyama et al, Real-Time Adaptive Data Transmission Against Various Traffic Load in Multi-LIDAR Sensor Network for Indoor Monitoring, IEEE Sensors Journal (2023). DOI: 10.1109/JSEN.2023.3287183