CRII: NeTS: Power Efficient Millimeter Wave Data Delivery for Remote Invasive Species Monitoring

CRII:NeTS:用于远程入侵物种监测的高能效毫米波数据传输

基本信息

  • 批准号:
    1948568
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-05-01 至 2023-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The growing data resolution in remote sensing spurs the adoption of millimeter-wave (mmWave) communication modules on energy-harvesting devices to increase the data delivery bandwidth. The energy conditions on these devices are not always satisfiable to initiate or maintain the mmWave links and require systems to be capable of anticipating communication failures and take preemptive actions to minimize energy expenditures. Fortunately, the environmental information provided by remote sensors contains sufficient knowledge to enable the design of such systems. The goal of this project is to develop algorithms and tools to exploit this information and augment the solar-harvesting remote invasive species monitoring system in the State of Hawaii with mmWave data delivery capability. The work in this project will enable researchers, industry, and students to realize high bandwidth real-time remote sensing with power-constrained devices in real-world applications. The results of this research will impact fields across scientific, industrial, and military interests, including agriculture, ecology, meteorology, infrastructure, and public utility monitoring, etc., where timely communication of high-resolution sensory data is essential.The fundamental intuition of the proposed approach is that environmental factors, such as weather conditions, signal blockages, can be recognized via the inherent capability or interactions between the remote sensors. Knowledge of these factors can be utilized to optimize device awakening, beam scanning, and signal amplification, etc., at the physical layer. Three complimentary research thrusts are pursued: 1) extracting the correlation between solar harvesting conditions and mmWave signal attenuations; developing models and circuits to estimate the mmWave signal attenuations at specific solar conditions; 2) designing a distributed sensing architecture to detect mmWave beam blockage and accelerate beam alignment, by exploiting the low-power decimeter band communication implemented by the existing system; 3) formulating and solving a constrained route placement problem for an autonomous aerial data collector to optimize its mmWave signal reception as it maneuvers between sensor clusters and flight restricted regions. All products of this work will be made freely available to the research community, along with documentation and tutorials. The in-lab testbed to be established during the project will be made available online for remote testing. The hardware schematic of the sensor platform, deployment profiles, data traces, and important meta-data will be posted online to spur further use, test, and research to advance the field.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
遥感数据分辨率的不断提高促使在能量采集设备上采用毫米波通信模块,以增加数据传输带宽。这些设备上的能源条件并不总是能够满足启动或维护毫米波链路的要求,并要求系统能够预见通信故障并采取先发制人的措施,以最大限度地减少能源消耗。幸运的是,远程传感器提供的环境信息包含了足够的知识来设计这样的系统。该项目的目标是开发利用这些信息的算法和工具,并利用毫米波数据传输能力来增强夏威夷州的太阳采集远程入侵物种监测系统。该项目的工作将使研究人员、产业界和学生能够在实际应用中使用功率受限的设备实现高带宽实时遥感。这项研究的结果将影响到科学、工业和军事领域,包括农业、生态、气象、基础设施和公用事业监测等领域,其中高分辨率传感数据的及时通信是必不可少的。该方法的基本直觉是,可以通过远程传感器之间的固有能力或相互作用来识别环境因素,如天气条件、信号阻塞。对这些因素的了解可用于在物理层优化设备唤醒、波束扫描和信号放大等。完成了三项免费的研究工作:1)提取太阳采集条件与毫米波信号衰减之间的相关性;开发模型和电路来估计特定太阳条件下毫米波信号的衰减;2)设计分布式传感体系结构,通过利用现有系统实现的低功率分米波通信来检测毫米波波束阻塞并加速波束对准;3)建立和解决自主航空数据采集器的约束路径布置问题,以优化其在传感器群和飞行限制区域之间机动时的毫米波信号接收。这项工作的所有产品将免费提供给研究界,以及文件和教程。将在项目期间建立的实验室内试验台将在线提供,以进行远程测试。传感器平台的硬件原理图、部署配置文件、数据踪迹和重要的元数据将发布在网上,以促进进一步的使用、测试和研究,以推动该领域的发展。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Cross-Modality Continuous User Authentication and Device Pairing With Respiratory Patterns
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Islam, Shekh M. M.;Zheng, Yao;Pan, Yanjun;Millan, Marionne;Chang, Willy;Li, Ming;Borić-Lubecke, Olga;Lubecke, Victor;Sun, Wenhai
  • 通讯作者:
    Sun, Wenhai
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    Samantha Reisz

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知道了