darpa dense sense proposal
1.0.0
| 권유 참조 | 방어 고급 연구 프로젝트 기관 / 마이크로 시스템 기술 사무소 / 상업 수행자 프로그램 발표 / DARPA-PA-17-01 |
| 리드 조직 | Skylight Digital LLC |
| 하청 업체 / 팀 조치 | 제안 된 작업의 실행에는 조밀 한 감각 비용 모델에 나열된 바와 같이 여러 제 3자가 포함됩니다 (이메일 Excel 첨부 파일 참조). 선택 알림시 공식적인 계약이 실행됩니다. |
| 관리 접촉 지점 | 크리스 케언즈 |
| 기술 접촉 지점 | Geoff Mulligan |
| 제안 된 노력의 제목 | 밀도가 높은 감각 - 빽빽하고 저렴한 저렴한 네트워크 저전력 광 넓은 지역 네트워크 센서 |
| 기술 영역 | 사물 인터넷, 저전력 와이드 지역 네트워크 센서, 클라우드 기반 오픈 데이터 및 분석 플랫폼 |
| 장소 및 성능 기간 | 콜로라도 스프링스, 공동; 계약 실행 일로부터 12 개월 |
| 던스 # | 080202677 |
LPWAN (Low Power Wide Area Networking) 기술을 통해 도시 나 대상 지역 전체에 눈에 띄지 않고 쉽게 배치 할 수있는 배터리 구동 또는 에너지 수확 센서 네트워크를 구축 할 수 있습니다. 이것들은 저렴하고 전력이 거의 없기 때문에 매우 많은 수의 센서를 배포하는 것이 경제적이며 "밀도가 높은"센서 네트워크라고합니다.
이 새로운 클래스의 센서의 한 예는 간단한 오디오 파형을 클라우드 서비스로 캡처하고 전송하여 분석, 명확성 및 삼각 측량을 통해 특정 "노이즈"의 유형 및 위치 및 시간을 식별 할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 "소음"은 클라우드에서 분류 할 수 있으며 총상으로 결정되면 정보는 적절한 대행사 및 잠재적으로 다른 센서 시스템으로 전달됩니다. 다른 센서 유형은 온도, 진동, 방사선, 대기 질, 빛 또는 심박수, 호흡 또는 체온과 같은 인적 요소와 같은 다양한 다른 원격 측정 데이터를 전송할 수 있습니다. 이 프로젝트의 목적은 간단하고 저렴한 저전력 센서 네트워크를 오픈 소스 및 오픈 프로토콜 기반 플랫폼으로 조사, 실험, 개발 및 배포하여 오디오 파형 및 삼각 측량 위치 정보를 분류 및 경고 작업을위한 오프 사이트 오디오 분석 클라우드로 전달하는 개방형 프로토콜 기반 플랫폼으로 조사하는 것입니다.
최종 처리를 클라우드로 옮기는 또 다른 장점은 민감한 알고리즘과 침투 시도에 대한 데이터를 보호한다는 것입니다. 필드 유닛은 타협하기에 무관심한 비교적 기본 기능으로 제한 될 수 있습니다.
이 프로젝트의 전반적인 목표는 총상과 같은 특정 사운드의 식별 및 위치를위한 오디오 수신 및 전송의 특정 테스트 케이스와 함께 조정 된 수많은 저전력 센서 시스템의 작업 가능성을 프로토 타입하고 증명하는 것입니다. 최종 시스템은 저렴한 비용입니다. 즉, 기존 접근법과 비교하여 CAPEX, 설치 및 OPEX에서 2 배 낮은 비용이 저렴하며 센서 커뮤니케이션을위한 6Lowpan, IP/TCP, COAP, MQTT 및 HTTP를 포함한 개방형 표준의 기능을 사용합니다. 이 시스템은 제 3자가 게시 된 클라우드 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 (API)를 통해 자체 전문 지식을 통합하여 개선 된 데이터 분석, 분류 및 경고를 제공 할 수 있습니다.
기능 시스템을 구축하는 과정에서 반드시 테스트하고 확인할 것입니다.
오늘날 다양한 RF 기술이 이용 가능하지만 대부분의 거리가 제한된 거리를 위해 저전력을 거래하므로 멀티 홉 메쉬 네트워킹 아키텍처가 필요합니다. 이러한 설계는 네트워크 복잡성을 증가시킵니다. 진정으로 쉽게 확장 가능한 수면 메쉬 노드 RF 네트워크가 널리 배포되지 않았습니다. 대안 적으로, 대부분의 현재 스타 토폴로지 네트워크는 매우 제한된 거리 (BT 또는 BTLE) 또는 파워 굶주린 (WiFi, 셀룰러)입니다. LORA와 같은 최신 LPWAN 기술은 더 큰 거리, 다중 경로 격리, 저/영구 전력, 내장 암호화 및 간단한 비 엔지니어링 설치를 전달할 것을 약속합니다.
현재 총격 분석 시스템이 있지만 저전력, 장거리 LPWAN 기능을 활용하지 않으므로 각 센서를 매우 능력이지만 비싸고 부피가 큰 데 투자했습니다. 우리는 최대 수백 또는 수천 개의 센서를 확장하여 넓은 지역을 감독 당 비용으로 정확하게 커버 할 수있는 시스템을 알지 못합니다. 이 네트워킹 기능은 장비 부담을 증가시키지 않고 개별 총상 탐지기를 보이지 않게 네트워크하여 전장 인텔리전스를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 조밀 한 센서 네트워크는 이론적으로 소수의 센서보다 더 안심할 수있는 소음이 될 수 있습니다.
우리의 궁극적 인 목표는 LPWAN 기술이 넓은 영역에 짙은 눈에 띄지 않는 저렴한 센서 세트를 넓은 영역에 배치하고 충분한 대역폭으로 디지털화 된 오디오 신호를 전송하여 유용한 총상 감지를 수행한다는 것을 입증하는 것입니다. 우리의 궁극적 인 목표는 움직이는 트럭에서 던져 지거나 드론이 배달하고 유용한 기능을 제공하기 위해 오랫동안 환경에 남겨 두는 카드 데크의 크기를 25 달러 "센서 노드"로 만드는 것입니다. 감지 된 면적은 약 10 평방 킬로미터이며 4 ~ 6 개의 기지국이 필요합니다. 이 프로젝트의 의도는 최고의 총격 분석 시스템을 개발하는 것이 아니라 다른 사람들이 정교한 분석을 제공 할 수있는 개방형 웹 후크를 제공하는 것이 아닙니다 . 우리는 LPWAN 기술의 IoT 기능에 중점을두고 있습니다.
각 센서 노드에는 단일 오디오 센서 또는 작은 센서 세트가있어 단일 오디오 신호를 생성합니다. 각 노드에는 LORA 라디오와 테스트하기에 충분한 배터리 전원이 있으며 선택적 태양 광 전원이 있습니다. 각 노드는 오디오 신호를 인코딩하고 오디오 신호가 전송 될 자격이 있는지 결정하기에 충분한 오디오 디지털화 및 신호 처리 능력을 갖습니다. 초기 설계는 단순한 볼륨 일 수 있지만 주파수 은행 필터를 사용하여 총상을보다 정확하게 식별 할 수 있습니다.
처음에 각 오디오 센서 노드는 GPS 시스템으로 정확하게 지정됩니다. GPS 시스템에 대해 LORA 기술 자체가 제공하는 내장 지리 위치 기능을 테스트 할 것입니다. 4 개 이상의 게이트웨이는 10 평방 킬로미터의 효과적인 "청취"를 포함하는 범위에 걸쳐 완전한 시스템을 시연하는 데 사용됩니다. 센서 노드는 탐지 영역 내에서 총기를 지리색하기 위해 충분한 오디오 (가능성 및 처리)를 전송합니다.
오디오 파형은 Wi-Fi 또는 이더넷을 통해 네트워크 서버로 연결된 게이트웨이로 전송되어 파형을 클라우드 기반 시스템으로 전환하여 분석 할 수 있습니다. 우리는 모든 회사가 Webhook 인터페이스를 사용하는 경우와시기와시기에 타사 음향 처리 시스템뿐만 아니라 자체 시스템의 테스트를 지원할 두 개의 사용자 인터페이스 (최종 사용자 및 엔지니어링)를 구축 할 것을 제안합니다. 최종 사용자 인터페이스는 첫 번째 응답자가 필드의 총상에 반응하도록 설계 될 것입니다. 즉, 데이터를 가장 중요한 기능으로 단순화합니다. 이벤트는 어디에 있습니까? 이벤트의 지리적 원형 오류 확률은 얼마이며, 총 사격 일 가능성은 얼마입니까?
반면에 엔지니어링 인터페이스는 훨씬 더 풍부한 인터페이스를 제공하여 각 노드에서 수신 한 신호와 음향 이벤트의 세부 사항을 노출시킵니다. 이 사용자 인터페이스는 우리 자신과 다른 숙련 된 연구원들이 시스템을 테스트하는 데 사용됩니다. 사용자 인터페이스는 표준 API 기반 아키텍처 분리를 사용하여 타사가 확장 된 분석 시스템을 구축 할 수 있습니다.
우리의 주요 강조는 LPWAN 기술을 기반으로하는 밀도가 높고 저렴한 센서 네트워크의 개념에 있습니다. 우리는 지리적 위치와 나머지 전송 시스템의 목적으로 오디오 스트림을 분석하기 위해 소프트웨어를 명확하게 분리하려고합니다. 이를 통해 DARPA 또는 기타 조직은 LPWAN 하드웨어를 기반으로 경쟁 또는 기존의 총격 분석 시스템을 구성하거나 사용할 수 있습니다. 우리는 시스템을 효과적으로 테스트하기에 충분한 오디오 지리적 위치를 제공 할 것입니다. 우리는 다른 회사 나 후속 개발이 더 많은 총상 분석 클라우드 기반 소프트웨어를 제공 할 것이라고 생각합니다.
클라우드 서비스는 웹 API를 사용하여 원시 데이터, 집계 및 결과 분석에 대한 일반적인 인터페이스를 제공합니다. 이 저렴한 가벼운 API 구현은 기존 API 관리 관행을 사용하여 안전하면서도 편리한 방식으로 웹을 통해 데이터와 오디오에 액세스 할 수 있습니다.
Project API는 시스템 간 통합 및 집계뿐만 아니라 프로젝트의 기능을 강화하는 웹, 모바일 및 기타 장치 응용 프로그램의 개발을 허용합니다. 이를 통해 다양한 응용 프로그램 및 컨텍스트 및 다양한 분석 기술에서 분석 및 테스트를 위해 연구원 및 기타 기관에 시스템이 열립니다.
우리는이 응용 프로그램에 비교적 새로운 Lora Lpwan의 사용이 탐구되지 않았다고 생각합니다. 따라서 다음 질문에 답하는 오디오 데이터의 성공적인 전송과 관련된 문제가 있습니다.
사용자 인터페이스의 과제는 오디오 스트림에 충분한 통찰력을 제공하여 조사자가 시스템의 성능과 한계를 완전히 이해할 수 있도록하는 것입니다. 사용자 인터페이스는 미숙련 사용자가 총기의 지리적 위치를 이해하기에 충분해야합니다.
완료되면이 프로젝트는 간단하고 저렴한 분산 센서 네트워크를 쉽게 배포 할 수 있으며 총상을 식별하고 찾는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다. 도시와 군대는이 필드 배치 가능한 설계를 사용하여 빠른 일시적으로 설치된 네트워크와 장기 센서 네트워크 설치에 사용할 수 있습니다. 공개 표준에 따라 시스템은 확장 성을 보여주고 새로운 기능, 기능 및 기능의 진화를 허용합니다. 저렴하고 눈에 띄지 않는 센서의 강력한 네트워크를보다 무작위로 무작위로 무작위 위치에 배치하고 총상을 정확하게 감지하는 능력은 폭력적인 행동에 대한 빠른 반응을 허용합니다.
쉽게 식별 할 수있는 매우 저렴하고 간단한 오디오 센서 필드를 제공 할 수있는 기능은 쉽게 식별 및 위치 총상을 허용 할 수있는 기능을 통해 첫 번째 응답자와 운영 극장의 군인 모두의 역학을 변경합니다.
또한, 기본 개방 네트워킹 재단은 또한 소음 또는 트래픽 수준, 물 흐름 또는 물 오염 감지, 진동 감지, 유해 화학 또는 방사능 감지를 포함하여 다른 센서 기능에 적응할 수 있습니다.
광범위한 IoT 응용 영역에 적용되는 LPWAN 센서 네트워킹 기능, 기능, 성능 및 비용에 대한 이해를 발전시키기위한이 프로젝트의 의도입니다. 이 프로젝트의 목표는이 특정 총격 응용 프로그램을 설계, 구축 및 상용화하는 것이 아니라 대신 다른 사람들이 소재 센서 데이터 전송의 전력 소비와 관련된 트레이드 오프에 대한 더 깊은 이해를 제공하고 산업 센서 데이터 전송의 전력 소비 및 산업 오픈 소스 및 API 인터페이스에 기호한 센서 네트워크 및 플랫폼에 제공 할 수있는 실행 가능한 플랫폼을 업계에 제공하는 대신 업계에 제공합니다.
완성 된 센서 네트워크는 약 10 평방 킬로미터의 원형 면적을 포함하며 4-6 개의 게이트웨이와 최소 30 개의 밀도가 높은 센서를 포함하여 농촌 환경에서 10 미터 규모의 총격을 허용합니다. 프로젝트 중에 개발 된 클라우드 서비스는 파형 일치 및 삼각 측량 매핑에 대한 데이터 분석을 제공합니다.
이 프로젝트는 어려울 것이므로이 기능을 단계적으로 개발할 계획이며, 각각은 기능이 증가하는 기능을 보여줄 것입니다. 이러한 각 단계에서 센서 노드에 사용 된 하드웨어 시스템은 위에서 묘사되어 있습니다.
1 단계 : 오디오 서브 시스템을 시뮬레이션하지만 무선 기능을 테스트하십시오. 시뮬레이션 된 오디오 신호를 보내도록 프로그램 된 10 개의 "청취 스테이션"을 배치합니다. 이들은 핸드 헬드 GPS 시스템으로 수동으로 지리적으로 배치됩니다. 4+ 기지국을 사용하면 LORA의 비 GPS 기반 "도착 시간"지리적 지리적 기능을 테스트하여 GPS 지리적 위치와 비교할 수 있습니다. 청취 스테이션의 MCU는 5 초마다 "뱅"을보고하도록 프로그래밍됩니다. 이를 통해 시스템 엔드 투 엔드 시스템을 테스트 할 수 있습니다.
이 단계의 하드웨어 실시 예는 ST Nucleo-Lrwan1 또는 Adafruit Arduino 제로 전원 깃털입니다.
2 단계 : 우리는 이미 경험이있는 250 달러의 컴퓨터 오디오 디지타이저를 사용하여 실제 디지털화 된 오디오 서브 시스템을 추가 할 것입니다. 이것들은 우리의 궁극적 목표 시스템보다 더 많은 힘을 소비하지만 우리를 허용 할 것입니다.
단계 #3 : 다음에 중점을 둡니다.
이 프로젝트가 성공하면 (이 보조금의 범위를 벗어난 확장)는 간단한 프로토 타입에서 100 개 이상의 노드 및 10 개 이상의 게이트웨이로 네트워크를 확장하여 커뮤니케이션 성능, 간섭 및 다중 경로 보호를 보장합니다. 더 중요한 테스트는 제안의 범위를 벗어난 도시의 중급 유형 환경에서 테스트하는 것입니다.
이 프로젝트의 설계 목표는 고정 기지국 및 고정 센서가있는 저렴한 저전력 매우 조밀 한 센서 네트워크입니다. 다른 센서 네트워크 조사 (이 프로젝트의 일부가 아님)에서 동일한 기본 기술이 사용되지만 오디오보다는 센서와 네트워크는 이동 센서에서 조건 원격 측정 (인간 또는 장치 건강)을 전달합니다. 이 프로젝트는 이동 센서의 지리적 위치 및 현지화를 조사합니다.
총 제안 된 프로젝트 비용은 $ 500,808 (제안 된 비용 공유 제외)입니다. 전체 고장과 비용에 대한 기초는 이메일 Excel 첨부 파일 인 "Hense Sense Cost Model"을 참조하십시오.
이용 가능한 다양한 인수 당국에 의해 허용되는 경우, 우리는 균일 한 월간 진행 지불과 함께 회사 고정 가격 계약을 선호합니다.
새로운 신생 기업으로서 제안 된 비용의 50%를 흡수 할 수있는 재정적 위험을 제시 할 것입니다. 그러나 우리는 $ 350,566의 정부에 총 제안 된 비용을 위해 비용의 30% (또는 $ 150,242)를 관리적으로 흡수 할 수 있습니다.
Geoff Mulligan 은 IoT 및 인터넷 프로토콜 연구원이자 6lowpan 프로토콜의 제작자입니다. 그는 IPSO Alliance를 설립하고 IPv6을 설계했으며 ISO Smart and Sustainable Cities 프로젝트의 미국 대표로 근무했으며 Lora Alliance의 회장입니다. Geoff는 10 년 이상 공군 장교로 보냈으며 2013 년에 대통령 혁신 동료로 재직했습니다. 그는 2017 년 파트너로 Skylight Digital LLC에 합류했습니다.
Robert L. Read, PhD 는 소프트웨어 아키텍트, 발명가 및 저자입니다. 그는 2013 년에 대통령 혁신 연구원으로 재직했으며 18F를 공동 설립했습니다. 그는 공개 발명의 창시자이며 로봇 공학에 대한 급진적 인 접근을 탐구하고 있습니다. 그는 2001 년부터 스타트 업 및 중형 소프트웨어 회사에서 이사 수준의 직책을 맡았으며 2017 년 파트너로 Skylight Digital LLC에 합류했습니다.
Martin Leo Smith는 Caltech의 지구 물리학 학위를, Princeton University의 같은 분야에서 박사 학위를 받았습니다. 그는 콜로라도 주 볼더에있는 콜로라도 대학교에서 일했습니다. 오클라호마 털사에있는 아모코 연구 센터; 2008 년 버몬트에서 뉴 잉글랜드 리서치 (New England Research)의 수석 과학자로 은퇴했습니다. 그는 컨설팅 회사 인 BlindGoat 지구 물리학의 소유주입니다. 그는 미국 시민이며 몇 년 동안 미 육군의 엔지니어 장교로 복무했습니다.
센서 플랫폼 및 게이트웨이에 상용 기성품 (COTS) 하드웨어를 사용할 것으로 예상됩니다. 개방형 표준 프로토콜은 개방적이고 확장 가능한 네트워킹을 보장하는 데 사용됩니다. 우리가 개발 한 모든 소프트웨어는 공개 도메인 (즉, Creative Commons Zero 라이센스)으로 공개됩니다. 우리가 생산하는 Webhook API는이 보조금 기간 동안 누군가가 사용하기로 선택한 경우이 보조금 기간 동안 완전히 문서화되고 지원됩니다.
Maher, Robert C. "총소리의 음향 특성." 공공 보안 및 법의학을위한 신호 처리 응용 프로그램, 2007. Safe'07. IEEE 워크숍 . IEEE, 2007.
Chacon-Rodriguez, Alfonso 등. "총 샷 탐지 알고리즘 평가." 회로 및 시스템에 대한 IEEE 트랜잭션 I : 일반 논문 58.2 (2011) : 363-373.
Beutel, Kurt Gavin. "LORA Communications 표준을 기반으로 한 LPWAN (Low Power Wide Area Network)을 사용한 전력 유틸리티 원격 장치 통신." (2016).
로라완 101
SEMTEX SX1272 데이터 시트
p-nucleo-lrwan1
Adrafruit Feather Board
Ti MSP430F5529 초 저전력 MCU
Mutlitech 장거리 RF 모듈
