System Architecture for Mobile-phone-centric Ambient Intelligence Applications

Abstract

The aim of this study is to develop an open architecture platform for mobile-phone-centric ambient intelligence applications. The two main application fields are 1) local wireless sensor networks for health-related applications and 2) ubimedia, meaning digital content embedded in the environment. In the proposed architecture, a mobile phone acts as a central node hosting applications and connecting a local, e.g. sensor, network to back-end servers in the Internet. The technologies used in the architecture include Simple Sensor Interface (SSI) protocol, nanoIP, and lowpower short-range radios, e.g. Bluetooth Low Energy (formerly BTLEE), Radio-frequency Identification (RFID), 5 kHz inductive links, and impulse ultra-wideband (UWB). The sensor network architecture has been implemented and successfully demonstrated using several applications with commercially available mobile phones with add-on electronics. A system architecture, including both the hardware and software architecture, enabling mobile phones to read Ubimedia with sufficiently high data rates for multimedia applications is also presented. This architecture could also be used as a new type of high-speed wireless internet access.

Tutkimuksen tavoitteena on avoimen arkkitehtuurialustan kehittäminen älypuhelinkeskeisiin läsnä-älysovellutuksiin. Kaksi merkittävintä sovellutusaluetta ovat 1) lyhyen kantaman langattomat anturiverkot terveyssovellutuksiin sekä 2) ubimedia, tarkoittaen ympäristöön sulautettua digitaalista sisältöä. Esitellyssä arkkitehtuurissa älypuhelin toimii keskusyksikkönä, jossa sovellutusohjelmat voivat toimia, ja joka tarjoaa yhteyden lyhyen kantaman, esimerkiksi anturi-, verkon ja Internetissä sijaitsevien palvelimien välillä. Arkkitehtuurissa käytettyihin teknologioihin kuuluvat, muun muassa, Simple Sensor Interface (yksinkertainen anturirajapinta, SSI) protokolla, nanoIP ja matalatehoisia lyhyen kantaman radioita, kuten Bluetooth Low Energy (aiemmin BTLEE), RFID (radiotaajuinen tunnistus), 5 kHz induktiiviset linkit, ja impulssi-UWB. Esitelty anturiverkkoarkkitehtuuri on toteutettu ja onnistuneesti demonstroitu käyttäen kaupallisesti saatavilla olevaa älypuhelinta ja siihen liitettyä elektroniikkaa. Tutkimuksen toisena kohteena oli järjestelmäarkkitehtuuri, sisältäen sekä laitteisto- että ohjelmistoarkkitehtuurin, joka mahdollistaa älypuhelimen käytön ubimedian lukemiseksi riittävän suurella tiedonsiirtonopeudella multimediasovellutuksiin. Kyseinen arkkitehtuuri voisi mahdollistaa myös uuden tyyppisen suurnopeuksisen langattoman internetyhteyden.