darpa dense sense proposal
1.0.0
| Referensi Permohonan | Badan Proyek Penelitian Lanjutan Defense / Microsystems Technology Office / Komersial Pengumuman Program / DARPA-PA-17-01 |
| Organisasi utama | Skylight Digital LLC |
| Subkontraktor / Pengaturan Peaming | Eksekusi pekerjaan yang diusulkan akan melibatkan beberapa pihak ketiga, seperti yang tercantum dalam model biaya indra yang padat (lihat lampiran Excel Email). Pengaturan formal akan dieksekusi setelah pemberitahuan seleksi. |
| Titik Kontak Administratif | Chris Cairns |
| Titik Kontak Teknis | Geoff Mulligan |
| Judul upaya yang diusulkan | Sense padat - Jaringan padat dan murah dari sensor jaringan area rendah daya fana |
| Area Teknis | Internet of Things, Sensor Jaringan Area Luas Daya Rendah, Data Terbuka Berbasis Cloud dan Platform Analisis |
| Tempat dan periode kinerja | Colorado Springs, CO; 12 bulan sejak tanggal pelaksanaan kontrak |
| Duns # | 080202677 |
Dengan teknologi Low Power Wide Area Networking (LPWAN) yang lebih baru, sekarang dimungkinkan untuk membangun jaringan sensor pemanen energi yang bertenaga baterai atau pemanenan yang dapat ditempatkan secara tidak mencolok dan mudah di seluruh kota atau area target. Karena ini bisa murah dan menggunakan sedikit kekuatan, itu ekonomis untuk menggunakan sejumlah besar sensor, yang kami sebut jaringan sensor "padat".
Salah satu contoh dari kelas sensor baru ini dapat menangkap dan mengirimkan bentuk gelombang audio sederhana ke layanan cloud di mana mereka dianalisis, disamban, dan triangulasi untuk mengidentifikasi jenis dan lokasi dan waktu "kebisingan" tertentu. "Suara" ini kemudian dapat dikategorikan, di cloud, dan jika ditentukan sebagai tembakan, informasi akan disampaikan ke lembaga yang sesuai dan berpotensi sistem sensor lainnya. Jenis sensor lain dapat mengirimkan berbagai data telemetri lainnya seperti suhu, getaran, radiasi, kualitas udara, cahaya, atau bahkan faktor manusia seperti detak jantung, respirasi, atau suhu tubuh. Tujuan dari proyek ini adalah untuk menyelidiki, bereksperimen dengan, mengembangkan, dan menggunakan jaringan sensor daya rendah, berbiaya rendah, rendah sebagai open source dan platform berbasis protokol terbuka untuk menyampaikan bentuk gelombang audio dan informasi lokasi triangulasi ke cloud analisis audio offsite untuk klasifikasi dan tindakan peringatan.
Keuntungan tambahan dari memindahkan pemrosesan akhir ke cloud adalah bahwa ia menawarkan perlindungan algoritma sensitif dan data terhadap upaya penetrasi. Unit lapangan dapat dibatasi pada fungsionalitas yang relatif elementer yang acuh tak acuh terhadap kompromi.
Tujuan keseluruhan dari proyek ini adalah untuk membuat prototipe dan membuktikan kemampuan kerja dari sistem sensor daya rendah yang terkoordinasi dengan kasus uji tertentu dari penerimaan audio dan transmisi untuk identifikasi dan lokasi suara -suara tertentu seperti tembakan. Sistem terakhir akan berbiaya rendah; Artinya, dua urutan besarnya lebih murah di CAPEX, Instalasi, dan Opex dibandingkan dengan pendekatan yang ada dan akan menggunakan kemampuan standar terbuka termasuk 6LowPan, IP/TCP, CoAP, MQTT, dan HTTP untuk komunikasi sensor. Sistem ini akan memungkinkan pihak ketiga untuk mengintegrasikan keahlian mereka sendiri melalui antarmuka pemrograman aplikasi cloud (API) yang dipublikasikan untuk menyediakan analisis data, klasifikasi, dan peringatan yang lebih baik.
Dalam proses membangun sistem yang berfungsi, kami akan menguji dan memverifikasi:
Ada sejumlah teknologi RF berbeda yang tersedia saat ini, tetapi sebagian besar menukar daya rendah untuk jarak terbatas dan karenanya membutuhkan arsitektur jaringan jala multi-hop. Desain ini meningkatkan kompleksitas jaringan; Jaringan RF Node Sleeping Node RF yang benar -benar mudah diukur telah dikerahkan secara luas. Atau, sebagian besar jaringan topologi bintang saat ini adalah jarak yang sangat terbatas (BT atau BTLE) atau power hungry (wifi, seluler). Teknologi LPWAN yang lebih baru seperti Lora menunjukkan janji untuk memberikan jarak yang lebih jauh, isolasi multipath, daya rendah/permanen, enkripsi bawaan, dan instalasi yang tidak direkayasa sederhana.
Saat ini ada sistem analisis tembakan tetapi mereka tidak memanfaatkan daya rendah, kemampuan LPWAN jangka panjang, dan karenanya telah berinvestasi dalam membuat setiap sensor sangat mampu, tetapi mahal dan tebal. Kami tidak mengetahui sistem apa pun yang dapat meningkatkan hingga ratusan atau bahkan ribuan sensor untuk secara akurat menutupi area yang luas dengan biaya per sensor yang rendah. Kemampuan jaringan ini dapat secara tidak terlihat jaringan bersama detektor tembakan individu tanpa meningkatkan beban peralatan, meningkatkan intelijen medan perang. Jaringan sensor yang padat seperti itu dapat secara teori geolocate noises lebih andal daripada sejumlah kecil sensor.
Tujuan utama kami adalah untuk menunjukkan bahwa teknologi LPWAN memungkinkan serangkaian sensor yang tidak mencolok dan murah untuk ditempatkan di area yang luas dan mengirimkan sinyal audio digital dengan bandwidth yang cukup untuk melakukan deteksi tembakan yang berguna. Tujuan utama kami adalah membuat "simpul sensor" $ 25 seukuran dek kartu yang dapat dilemparkan ("throwie") dari truk yang bergerak atau dikirim dengan drone dan dibiarkan di lingkungan untuk waktu yang lama untuk memberikan kemampuan yang bermanfaat. Area penginderaan akan menjadi sekitar 10 kilometer persegi, dan membutuhkan 4 hingga 6 stasiun pangkalan. Bukan maksud dari proyek ini untuk mengembangkan sistem analisis tembakan terbaik, tetapi untuk menyediakan webhook terbuka bagi orang lain untuk memberikan analisis yang canggih. Kami fokus pada kemampuan IoT dari teknologi LPWAN.
Setiap node sensor akan memiliki sensor audio tunggal atau set kecil sensor untuk menghasilkan sinyal audio tunggal. Setiap node akan memiliki radio LORA, dan daya baterai yang cukup untuk pengujian, dengan sumber daya fotovoltaik opsional. Setiap node akan memiliki digitalisasi audio yang cukup dan daya pemrosesan sinyal untuk menyandikan sinyal audio dan mungkin memutuskan apakah sinyal audio layak ditransmisikan. Desain awal mungkin volume sederhana, tetapi filter bank frekuensi kemudian dapat digunakan untuk mengidentifikasi tembakan lebih akurat.
Awalnya setiap node sensor audio akan secara akurat di geolocated dengan sistem GPS. Kami akan menguji kemampuan geolokasi bawaan yang ditawarkan oleh teknologi Lora itu sendiri terhadap sistem GPS. Gateway empat-plus akan digunakan untuk menunjukkan sistem lengkap pada kisaran yang akan mencakup 10 kilometer persegi "mendengarkan" yang efektif. Node sensor akan mengirimkan audio yang cukup (menghemat daya dan pemrosesan jika memungkinkan) ke geolocate tembakan di dalam area deteksi.
Bentuk gelombang audio akan ditransmisikan ke gateway yang terhubung melalui WiFi atau Ethernet ke server jaringan yang secara bergantian ke depan Bentuk gelombang ke sistem berbasis cloud untuk analisis. Kami mengusulkan untuk membangun dua antarmuka pengguna (pengguna akhir dan teknik), yang akan mendukung pengujian sistem kami sendiri serta sistem pemrosesan akustik pihak ketiga, jika dan ketika perusahaan mana pun menggunakan antarmuka webhook. Antarmuka pengguna akhir akan dirancang untuk responden pertama untuk bereaksi terhadap tembakan di lapangan. Yaitu, itu akan menyederhanakan data menjadi fitur yang paling penting: di mana peristiwa, apa probabilitas kesalahan sirkular geografis dari peristiwa tersebut, dan seberapa besar kemungkinannya?
Antarmuka teknik, di sisi lain, akan memberikan antarmuka yang jauh lebih kaya, memaparkan sinyal yang diterima oleh setiap node, dan detail dari peristiwa akustik. Antarmuka pengguna ini akan digunakan oleh diri kita sendiri dan peneliti terampil lainnya untuk menguji sistem. Antarmuka pengguna akan menggunakan pemisahan arsitektur berbasis API standar, yang akan memungkinkan pihak ketiga untuk membangun sistem analisis yang diperluas.
Penekanan utama kami adalah pada konsep jaringan sensor yang padat dan berbiaya rendah berdasarkan teknologi LPWAN. Kami bermaksud untuk menjaga pemisahan yang jelas antara perangkat lunak untuk menganalisis aliran audio untuk tujuan geolokasi dan sisa sistem transmisi. Ini akan memungkinkan DARPA atau organisasi lain untuk membangun atau menggunakan sistem analisis tembakan yang kompetitif atau sudah ada berdasarkan perangkat keras LPWAN kami. Kami akan menyediakan geolokasi audio yang cukup untuk menguji sistem secara efektif; Kami menduga bahwa perusahaan lain atau pengembangan hibah berikutnya akan memberikan lebih banyak perangkat lunak berbasis cloud analisis tembakan.
Layanan cloud akan menggunakan API Web, menyediakan antarmuka umum untuk mengakses data mentah, agregat, dan analisis yang dihasilkan. Implementasi API yang murah dan ringan ini akan memungkinkan data, dan audio diakses melalui web dengan cara yang aman, namun nyaman, menggunakan praktik manajemen API yang ada meliputi:
API proyek akan memungkinkan integrasi dan agregasi sistem-ke-sistem, serta pengembangan aplikasi web, seluler, dan perangkat lain yang menambah fungsionalitas proyek. Ini akan membuka sistem bagi para peneliti dan lembaga lain untuk analisis dan pengujian dalam aplikasi dan konteks yang berbeda dan dengan teknologi analisis yang berbeda.
Kami percaya penggunaan LPWAN Lora yang relatif baru untuk aplikasi ini belum dijelajahi. Dengan demikian, akan ada tantangan yang terkait dengan keberhasilan transmisi data audio yang menjawab pertanyaan -pertanyaan berikut:
Tantangan bagi antarmuka pengguna adalah memberikan wawasan yang cukup untuk aliran audio untuk memungkinkan para peneliti untuk sepenuhnya memahami kinerja dan keterbatasan sistem. Antarmuka pengguna harus cukup baik bagi pengguna yang tidak terampil untuk memahami geolokasi tembakan.
Setelah selesai, proyek ini akan menunjukkan bahwa jaringan sensor yang sederhana, berbiaya rendah, terdistribusi dapat dengan mudah digunakan dan dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan menemukan tembakan. Baik kota maupun militer dapat menggunakan desain yang dapat ditelusuri lapangan ini untuk jaringan yang cepat dan dipasang sementara serta instalasi jaringan sensor jangka panjang. Berdasarkan standar terbuka, sistem ini akan menunjukkan ekstensibilitas dan memungkinkan evolusi fitur, fungsi, dan kemampuan baru. Kemampuan untuk menempatkan jaringan yang kuat dari sensor yang tidak mahal dan tidak mencolok di lokasi acak yang lebih atau kurang dan secara akurat mendeteksi tembakan memungkinkan respons cepat terhadap tindakan kekerasan.
Kemampuan untuk memberikan biaya yang sangat rendah dan sederhana untuk menggunakan bidang sensor audio yang memungkinkan identifikasi mudah dan tembakan lokasi akan mengubah dinamika untuk responden pertama dan untuk personel militer di teater operasi.
Selain itu, pondasi jaringan terbuka dasar juga dapat disesuaikan dengan fungsi sensor lain untuk memasukkan kebisingan atau tingkat lalu lintas, aliran air atau penginderaan kontaminasi air, penginderaan getaran, penginderaan bahan kimia atau radioaktivitas berbahaya.
Ini adalah maksud dari proyek ini untuk memajukan pemahaman fungsionalitas jaringan sensor LPWAN, kemampuan, kinerja, dan biaya sebagaimana diterapkan pada spektrum luas area aplikasi IoT. Ini bukan tujuan dari proyek ini untuk merancang, membangun, dan mengkomersilkan aplikasi tembakan khusus ini, tetapi sebaliknya untuk memberikan kepada industri platform yang dapat diterapkan bagi orang lain untuk dibangun dan untuk mengembangkan pemahaman yang lebih dalam tentang pengorbanan yang terkait dengan konsumsi daya pemrosesan sensor vs. konsumsi daya transmisi data sensor dan untuk menyediakan antarmuka open soursor dan API di industri.
Jaringan sensor yang lengkap akan mencakup area melingkar sekitar 10 kilometer persegi dan termasuk gateway 4-6 dan minimal 30 sensor yang dikerahkan untuk memungkinkan geolokasi tembakan pada skala 10 meter di lingkungan pedesaan. Layanan cloud yang dikembangkan selama proyek menyediakan analisis data untuk pencocokan bentuk gelombang dan pemetaan triangulasi.
Karena proyek ini akan menantang, kami berencana untuk mengembangkan fungsionalitas ini secara bertahap, yang masing -masing akan menunjukkan peningkatan kemampuan. Sistem perangkat keras yang digunakan dalam simpul sensor di masing -masing tahapan ini digambarkan di atas.
Tahap #1: Simulasi subsistem audio, tetapi uji kemampuan radio. Kami akan menempatkan 10 "stasiun mendengarkan" yang diprogram untuk mengirim sinyal audio yang disimulasikan. Ini akan diubah secara manual dengan sistem GPS genggam. Dengan menggunakan 4+ stasiun pangkalan, kami akan dapat menguji fungsi geolokasi lora "waktu kedatangan" non-GPS dan membandingkannya dengan geolokasi GPS. MCU dari stasiun mendengarkan akan diprogram untuk melaporkan "ledakan" setiap 5 detik. Ini akan memungkinkan kami untuk menguji sistem ujung ke ujung:
Perwujudan perangkat keras yang mungkin dari tahap ini adalah ST Nucleo-LRWAN1 atau bulu yang bertenaga nol Arduino.
Tahap #2: Kami akan menambahkan subsistem audio digital nyata menggunakan digitizer audio terkomputerisasi $ 250 yang sudah kami miliki. Ini akan mengkonsumsi lebih banyak kekuatan daripada sistem tujuan akhir kita, tetapi akan memungkinkan kita:
Tahap #3: Akan fokus pada:
Jika proyek ini berhasil, ekstensi (di luar ruang lingkup hibah ini) akan berusaha untuk skala jaringan dari prototipe sederhana ke 100+ node dan 10+ gateway untuk memastikan kinerja komunikasi, gangguan, dan perlindungan multipath. Tes penting lebih lanjut adalah untuk menguji di lingkungan perkotaan, jenis pertengahan, yang berada di luar ruang lingkup proposalnya.
Tujuan desain dari proyek ini adalah jaringan sensor yang sangat murah dan rendah dengan stasiun pangkalan stasioner dan sensor stasioner. Dalam investigasi jaringan sensor lain (bukan bagian dari proyek ini), teknologi dasar yang sama akan digunakan, tetapi alih -alih audio, sensor dan jaringan akan menyampaikan telemetri kondisi (kesehatan manusia atau perangkat) dari sensor bergerak. Proyek ini akan menyelidiki geolokasi dan lokalisasi sensor bergerak.
Total biaya proyek yang diusulkan adalah $ 500.808 (tidak termasuk pembagian biaya yang diusulkan). Silakan lihat lampiran Excel Email, "Model Biaya Sense yang padat," untuk rincian penuh dan dasar untuk biaya.
Jika diizinkan di bawah berbagai otoritas akuisisi yang tersedia, kami lebih suka kontrak harga yang ditentukan perusahaan dengan pembayaran kemajuan bulanan yang seragam.
Sebagai perusahaan startup baru, itu akan menghadirkan risiko keuangan untuk menyerap 50% dari biaya yang diusulkan; Namun, kami dapat secara dikelola menyerap 30% dari biaya (atau $ 150.242), dengan total biaya yang diusulkan kepada pemerintah sebesar $ 350.566 .
Geoff Mulligan adalah peneliti protokol IoT dan internet dan pencipta protokol 6lowpan. Dia mendirikan IPSO Alliance, membantu merancang IPv6, berfungsi sebagai perwakilan AS untuk Proyek Kota ISO Smart dan Berkelanjutan dan merupakan Ketua Lora Alliance. Geoff menghabiskan lebih dari 10 tahun sebagai perwira Angkatan Udara, dan menjabat sebagai Fellow Inovasi Presiden pada tahun 2013. Dia bergabung dengan Skylight Digital LLC sebagai mitra pada tahun 2017.
Robert L. Read, PhD , adalah arsitek perangkat lunak, penemu, dan penulis. Dia menjabat sebagai Fellow Inovasi Presiden pada tahun 2013 dan ikut mendirikan 18F. Dia adalah pendiri Public Invention, yang sedang mengeksplorasi pendekatan radikal terhadap robotika. Dia telah memegang posisi tingkat direktur di startup dan perusahaan perangkat lunak berukuran sedang sejak tahun 2001. Dia bergabung dengan Skylight Digital LLC sebagai mitra pada tahun 2017.
Martin Leo Smith memiliki gelar dalam geofisika dari Caltech dan PhD di bidang yang sama dari Universitas Princeton. Dia telah bekerja di University of Colorado di Boulder, Colorado; Pusat Penelitian Amoco di Tulsa, Oklahoma; dan pensiun sebagai Kepala Ilmuwan dari New England Research di Vermont pada 2008. Dia adalah pemilik Blindgoat Geophysics, perusahaan konsultannya. Dia adalah warga negara Amerika dan melayani selama beberapa tahun sebagai perwira insinyur di Angkatan Darat Amerika Serikat.
Diharapkan bahwa kami akan menggunakan perangkat keras komersial-off-the-shelf (COTS) untuk platform sensor dan gateway. Protokol standar terbuka akan digunakan untuk memastikan jaringan yang terbuka dan dapat diperluas. Semua perangkat lunak yang kami kembangkan akan dirilis ke dalam domain publik (yaitu, lisensi Creative Commons Zero). API Webhook yang kami hasilkan akan didokumentasikan sepenuhnya dan didukung selama durasi hibah ini jika ada yang memilih untuk menggunakannya selama hibah ini.
Maher, Robert C. "Karakterisasi akustik tembakan." Aplikasi Pemrosesan Sinyal untuk Keamanan Publik dan Forensik, 2007. Safe'07. Lokakarya IEEE di . IEEE, 2007.
Chacon-Rodriguez, Alfonso, dkk. "Evaluasi Algoritma Deteksi tembakan." Transaksi IEEE pada Sirkuit dan Sistem I: Makalah Reguler 58.2 (2011): 363-373.
Beutel, Kurt Gavin. "Komunikasi Perangkat Jarak Jauh Utilitas Daya Menggunakan Low Power Wide Area Network (LPWAN) berdasarkan standar LORA Communications." (2016).
Lorawan 101
SEMTEX SX1272 DATEREET
P-nucleo-lrwan1
Papan Bulu Adrafruit
Ti msp430f5529 ultra rendah mcu
Modul RF jarak jauh MUTLITECH
