CPS: Small: Scaling Cyber-Physical Systems to the Low-Power Internet of Things
CPS:小型:将网络物理系统扩展到低功耗物联网
基本信息
- 批准号:1739723
- 负责人:
- 金额:$ 33.86万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2020-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Battery-free sensors are annually attached to billions of items including pharmaceutical drugs, clothes, and manufacturing parts. The fundamental challenge with these sensors is that they are only reliable at short distances. As a result, today's systems for communicating with and localizing battery-free sensors are crippled by the limited range. This research proposes a cyber-physical system architecture that can overcome this challenge to enable sensing, communicating with, and localizing these sensors at an unprecedented scale. In doing so, the research promises to address multi-billion-dollar challenges facing multiple industries today in shrinkage, inventory control, and finding misplaced items. It can also drastically reduce energy consumption in the internet-of-things by demonstrating how to boost the communication range of battery-free sensors. The research results will be disseminated by publishing in academic venues, working closely with industry, public outreach initiatives, interdisciplinary classes, and releasing software libraries and hardware schematics to the research community. Realizing this vision requires addressing challenges along three fronts: power, accuracy, and interference. First, the low-power nature of battery-free sensors fundamentally limits their communication range to within tens of centimeters to few meters. Second, mapping these sensors to the physical world not only requires the ability to detect them but also to accurately localize them. Finally, cyber-physical systems at scale need to manage wireless interference from thousands or tens of thousands of sensors. The proposal pioneers a cyber-physical system that combines the agility of drones with the sensing capabilities of radio signals to address these challenges. Technically, it introduces a new breed of communication relays, designed particularly for cyber-physical systems, and describes the algorithms that enable localization, sensing, and navigation through drone-mounted relays. The resulting system will be evaluated empirically via software-hardware implementation and real-world deployment.
无电池传感器每年安装在数十亿件物品上,包括药品、衣服和制造零件。这些传感器面临的根本挑战是它们仅在短距离内可靠。因此,当今用于与无电池传感器通信和定位的系统因范围有限而瘫痪。这项研究提出了一种网络物理系统架构,可以克服这一挑战,以前所未有的规模实现对这些传感器的感知、通信和定位。通过这样做,该研究有望解决当今多个行业在损耗、库存控制和查找放错物品等方面面临的数十亿美元的挑战。它还可以通过演示如何提高无电池传感器的通信范围来大幅减少物联网的能耗。研究成果将通过在学术场所出版、与行业密切合作、公共宣传活动、跨学科课程以及向研究界发布软件库和硬件原理图来传播。 实现这一愿景需要解决三个方面的挑战:功率、准确性和干扰。首先,无电池传感器的低功耗特性从根本上将其通信范围限制在几十厘米到几米之内。其次,将这些传感器映射到物理世界不仅需要能够检测它们,还需要能够准确定位它们。最后,大规模的网络物理系统需要管理来自数千或数万个传感器的无线干扰。该提案开创了一种网络物理系统,将无人机的敏捷性与无线电信号的传感能力相结合,以应对这些挑战。从技术上讲,它介绍了专为网络物理系统设计的新型通信中继器,并描述了通过无人机安装的中继器实现定位、传感和导航的算法。由此产生的系统将通过软件硬件实施和实际部署进行经验评估。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Food and Liquid Sensing in Practical Environments using RFIDs
使用 RFID 进行实际环境中的食品和液体传感
- DOI:10.1109/jsen.2021.3077575
- 发表时间:2024-09-14
- 期刊:
- 影响因子:4.3
- 作者:U. Ha;Junshan Leng;Alaa Khaddaj;Fadel M. Adib
- 通讯作者:Fadel M. Adib
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- DOI:10.1145/3286062.3286078
- 发表时间:2018-11-15
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:U. Ha;Yunfei Ma;Zexuan Zhong;T. Hsu;Fadel M. Adib
- 通讯作者:Fadel M. Adib
3D Backscatter Localization for Fine-Grained Robotics
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- DOI:10.1109/twc.2019.2922264
- 发表时间:2024-09-14
- 期刊:
- 影响因子:10.4
- 作者:Zhihong Luo;Qiping Zhang;Yunfei Ma;Manish Singh;Fadel M. Adib
- 通讯作者:Fadel M. Adib
Minding the Billions: Ultra-wideband Localization for Deployed RFID Tags
关注数十亿人:已部署 RFID 标签的超宽带本地化
- DOI:10.1145/3117811.3117833
- 发表时间:2017-10-04
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yunfei Ma;N. Selby;Fadel M. Adib
- 通讯作者:Fadel M. Adib
Drone Relays for Battery-Free Networks
用于无电池网络的无人机继电器
- DOI:10.1145/3098822.3098847
- 发表时间:2017-08-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yunfei Ma;N. Selby;Fadel M. Adib
- 通讯作者:Fadel M. Adib
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