Etäisyyden huomioiva kaksiulotteinen viivakoodi mobiilikäyttötapauksiin

Global internet use is becoming increasingly mobile, and mobile data usage is growing exponentially. This puts increasing stress on the radio frequency spectrum that cellular and Wi-Fi networks use. As a consequence, research has also been conducted to develop wireless technologies for other parts of the electromagnetic spectrum – namely, visible light. One approach of using the visible light channel for wireless communication leverages barcodes. In this thesis, we propose a 2D barcode that can display different information based on the distance between the barcode and the scanner. Earlier research on distance-sensitive barcodes has focused on providing a closer viewer more information as a closer viewer can see more detail. In contrast, we target use cases where a clear physical separation between users of different roles can be made, such as presentation systems. We evaluate two methods of achieving distance-awareness: color-shifting of individual colors, where a color changes tone at longer distances, and color blending, where two colors blend into a third color at longer viewing distances. Our results show that a modern smartphone is capable of leveraging color-shifting in ideal conditions, but external changes such as ambient lighting render color-shifting unusable in practical scenarios. On the other hand, color blending is robust in varying indoor conditions and can be used to construct a reliable distance-aware barcode. Accordingly, we employ color blending to design a distance-aware barcode. We implement our solution in an off-the-shelf Android smartphone. Experimental results show that our scheme achieves a clear separation between close and far viewers. As a representative use case, we also implement a presentation system where a single barcode provides the presenter access to presentation tools and the audience access to auxiliary presentation material.Maailmanlaajuinen internetin käyttö muuttuu yhä liikkuvammaksi, ja mobiilidatan käyttö kasvaa eksponentiaalisesti. Tämä kohdistaa yhä suurempia vaatimuksia radiotaajuusspektriin, jota mobiili- ja Wi-Fi-verkot käyttävät. Näin ollen tutkijat ovat kehittäneet langattomia teknologioita hyödyntäen myös muita sähkömagneettisen spektrin osia – erityisesti näkyvää valoa. Yksi näkyvän valon sovellus langattomassa viestinnässä ovat viivakoodit. Tässä työssä kehitämme kaksiulotteisen viivakoodin, joka pystyy välittämään eri tietoa katselijoille eri etäisyyksillä. Aiempi etäisyyden huomioivien viivakoodien tutkimus on keskittynyt tarjoamaan lähellä olevalle katselijalle enemmän tietoa, koska läheinen katselija näkee viivakoodin tarkemmin. Sitä vastoin me keskitymme käyttötapauksiin, joissa eri käyttäjäroolien välillä on selkeä etäisyydellinen ero, kuten esimerkiksi esitelmissä puhujan ja yleisön välillä. Tarkastelemme kahta menetelmää: yksittäisten värien muutoksia etäisyyden muuttuessa ja kahden värin sekoittumista etäisyyden kasvaessa. Tulostemme perusteella nykyaikainen älypuhelin pystyy hyödyntämään yksittäisten värien muutoksia ihanteellisissa olosuhteissa, mutta ulkoiset tekijät, kuten ympäristön valaistus, aiheuttavat liian suuria värimuutoksia käytännön käyttötapauksissa. Toisaalta värien sekoittuminen on johdonmukaista muuttuvassa sisäympäristössä ja sitä voidaan käyttää luotettavan viivakoodin luomisessa. Näin ollen me suunnittelemme etäisyyden huomioivan viivakoodin hyödyntäen värien sekoittumista. Toteutamme ratkaisumme yleisesti saatavilla olevalle Android-älypuhelimelle. Kokeellisten tulostemme perusteella menetelmämme saavuttaa selkeän erottelun läheisten ja kaukaisten katselijoiden välillä. Esimerkkikäyttötapauksena toteutamme myös esitelmäjärjestelmän, jossa sama viivakoodi antaa lähellä olevalle puhujalle nopean pääsyn esitystyökaluihin ja kauempana olevalle yleisölle pääsyn esityksen apumateriaaliin

Optical autonomous sensor module communicating with a smartphone using its camera

Wireless optical communication is a viable alternative to conventional RF technology. Our novel design combines optical communication and energy harvesting in one device with a size of 30 x 10 x 5 mm using the latest innovations in lowpower electronics and solar cell technology. In our study, we implement visible light communication between a sensor module and a smartphone. The proposed system design and a communication protocol are specifically developed for environments with illumination levels of 100-500 lux, like industrial halls. The sensor integrated into the module can vary according to application requirements. As an example, in our work, we use a temperature and pressure sensor and an accelerometer. A bright flash from a smartphones build-in LED activates the module. The module takes measurements and sends the result in form of an optical data signal, which is then received by the smartphone camera. This technique is able to provide reliable communication despite low-power restrictions of energy harvesting. By using a smartphone this approach offers more convenience to a user and enables flexible deployment of the modules in industrial machinery. © 2019 SPIE

OCC Future and Obstacles under 5g Requirements

Telecommunications specifications of the fifth-generation (5 G) are being established to satisfy the rising demands of high-speed broadband networks (i.e., a few tens of Gigabits every second). The 5 G standard derives primarily from a rising number of subscribers and a multitude of various apps, commonly referred to as smart devices, communicating as part of Internet-of-Things (IoT) network For 5 G, a few possible developments such as millimeter waves, large multiple-input multiple-output, and small cell connectivity have appeared. While such technologies will meet 5 G specifications, attention is being given to a complementary potential wireless optical wireless communication (OWC) system. Clear light contact (VLC) as part of OWC. Among the most desirable solutions for 5 G networks and beyond are optical camera communications (OCCs). As part of future smart cities, VLC with huge frequency spectrum integrated with IoT that opens up a broad range of indoor and outdoor applications. This paper gives a description of the VLC-centric all-optical IoT and Potential implementations and issues centered on OCC under 5 G Requirement

Survey and Systematization of Secure Device Pairing

Secure Device Pairing (SDP) schemes have been developed to facilitate secure communications among smart devices, both personal mobile devices and Internet of Things (IoT) devices. Comparison and assessment of SDP schemes is troublesome, because each scheme makes different assumptions about out-of-band channels and adversary models, and are driven by their particular use-cases. A conceptual model that facilitates meaningful comparison among SDP schemes is missing. We provide such a model. In this article, we survey and analyze a wide range of SDP schemes that are described in the literature, including a number that have been adopted as standards. A system model and consistent terminology for SDP schemes are built on the foundation of this survey, which are then used to classify existing SDP schemes into a taxonomy that, for the first time, enables their meaningful comparison and analysis.The existing SDP schemes are analyzed using this model, revealing common systemic security weaknesses among the surveyed SDP schemes that should become priority areas for future SDP research, such as improving the integration of privacy requirements into the design of SDP schemes. Our results allow SDP scheme designers to create schemes that are more easily comparable with one another, and to assist the prevention of persisting the weaknesses common to the current generation of SDP schemes.Comment: 34 pages, 5 figures, 3 tables, accepted at IEEE Communications Surveys & Tutorials 2017 (Volume: PP, Issue: 99

Development and evaluation of smartphone-based ITS applications for vehicular networks

[ES] Una de las áreas de investigación que está recibiendo más atención recientemente es la de vehículos autónomos. Los investigadores están en este momento centrados en el tercer de los cinco niveles de autonomía, los cuales son: asistencia en la conducción, automatización parcial, automatización condicional, alta automatización y automatización completa. A pesar de los rápidos progresos que están habiendo en este campo, la adopción de estas soluciones llevará tiempo no sólo debido a cuestiones legales, sino también por el hecho de que los avances tecnológicos se enfrentan a un lento respaldo por parte de los fabricantes. Además, la baja tasa de renovación de vehículos de carretera, dificulta el despliegue de tecnologías innovadoras, como es el caso de la red vehicular. Ocho años después de la introducción de la norma 802.11p para la comunicación vehicular del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IIEE), los vehículos que se usan a diario todavía carecen de la capacidad de comunicarse entre sí. Este hecho impide el uso de las muchas aplicaciones de seguridad del Sistema de Inteligencia de Transporte (SIT) que aprovecha la red vehicular para el intercambio de datos. La forma obvia de manejar este problema es poner las tecnologías disponibles a la disposición de los usuarios comunes para desarrollar soluciones que se puedan implementar fácilmente y, además, económicas. Por esta razón, trasladamos nuestra atención a los dispositivos inteligentes, especialmente a los teléfonos inteligentes, los cuales han recorrido un largo camino desde la primera introducción de teléfonos móviles a finales del siglo XX. Hoy en día casi todos llevan uno en su bolsillo a donde sea que vayan, permitiéndoles no sólo hacer llamadas, sino también medir y controlar diferentes parámetros con la ayuda de los muchos sensores integrados que están disponibles para estos dispositivos compactos pero potentes. Nuestro objetivo es estudiar los efectos de la integración de los teléfonos inteligentes a la red vehicular para desarrollar aplicaciones de seguridad del SIT. La elección de los teléfonos inteligentes aquí no solo está justificada por su amplia disponibilidad y uso, sino también porque están evolucionando hacia terminales de alto rendimiento con microprocesadores de múltiples núcleos cargados dotados de un grupo suficientemente diverso de sensores. En esta tesis proponemos tres diferentes aplicaciones de seguridad SIT para teléfonos inteligentes, diseñados para aprovechar el entorno de red vehicular: una aplicación de generación de advertencia llamada Messiah que alerta a los conductores de la presencia de vehículos de emergencia en las cercanías; una aplicación de Advertencia de Colisión Frontal (ACF) que advierte a los conductores si no se mantiene la distancia de seguridad mínima entre el vehículo que va delante y el que lo sigue; y, por último, una aplicación que tiene como objetivo ayudar a los conductores con asistencia visual durante el adelantamiento, llamada EYES. Todas estas aplicaciones han sido desarrolladas para la plataforma Android, y dependen de la transmisión de datos entre vehículos. Dado que los vehículos que utilizamos día a día no admiten la posibilidad de comunicarse entre sí, también diseñamos GRCBox, que es una unidad integrada de bajo coste que permite la comunicación del Vehículo a Todo (V2X). A partir de nuestro estudio de aplicaciones para dispositivos móviles diseñados para redes vehiculares, descubrimos que el uso de teléfonos inteligentes proporciona una nueva dirección para la investigación relacionada con SIT y redes vehiculares al permitir la adopción rápida de las soluciones existentes, donde los usuarios pueden descargar y usar las aplicaciones con sólo un clic a un botón. Al mismo tiempo, la portabilidad y compacidad de los dispositivos los hace limitados en términos de velocidad, potencia de procesamiento y precisi[CA] Una de les àrees d'investigació que està rebent més atenció recentment és la de vehicles autònoms. Els investigadores estan en este moment centrats en el tercer dels cinc nivells d'autonomia, els quals són: assistència en la conducció, automatització parcial, automatització condicional, alta automatització i automatització completa. Malgrat els ràpids progressos que s'estan donant en este camp, l'adopció d'estes solucions portarà temps no sols degut a qüestions legals, sinó també pel fet que els avanços tecnològics s'enfronten a un lent recolzament per part dels fabricants. A més a més, la baixa taxa de renovació de vehicles de carretera, dificulta el desplegament de tecnologies innovadores com és el cas de la xarxa vehicular. Huit anys després de la introducció de la norma 802.11p per a la comunicació vehicular de l'Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE), els vehicles que s'utilitzen a diari encara manquen de la capacitat de comunicar-se entre sí. Este fet impedeix l'ús de les moltes aplicacions de seguretat del Sistema d'Intel·ligència de Transport (SIT) que aprofita la xarxa vehicular per a l'intercanvi de dades. La forma òbvia de tractar aquest problema és posar les tecnologies disponibles a la disposició dels usuaris comuns per a desenvolupar solucions que es puguen implementar fàcilment, còmodes d'adoptar i, a més a més, econòmiques. Per aquesta raó, traslladem la nostra atenció als dispositius intel·ligents, especialment als telèfons intel·ligents, els quals han recorregut un llarg camí des de la primera introducció de telèfons mòbils a finals del segle XX. Hui en dia quasi tots porten un en la butxaca on siga que vagen, permetent-los no sols fer cridades, sinó també mesurar i controlar diferents paràmetres amb l'ajuda dels molts sensors integrats que estan disponibles per a estos dispositius compactes però potents. El nostre objectiu és estudiar els efectes de la integració dels telèfons intel·ligents a la xarxa vehicular per a desenvolupar aplicacions de seguretat del SIT. L'elecció dels telèfons intel·ligents ací no està sols justificada per la seua àmplia disponibilitat i ús, sinó també perquè estan evolucionant cap a terminals d'alt rendiment amb microprocessadors de múltiples nuclis dotats amb un grup suficientment divers de sensors. En esta tesi proposem tres diferents aplicacions de seguretat SIT per a telèfons intel·ligents, dissenyats per a aprofitar l'entorn de xarxa vehicular: una aplicació de generació d'advertència anomenada Messiah que alerta els conductors de la presència de vehicles d'emergència en les proximitats; una aplicació Advertència de Col·lisió Frontal (ACF) que adverteix els conductors si no mantenen la distància de seguretat mínima entre el vehicle que va davant i el que el segueix; i, per últim, una aplicació que té com objectiu ajudar els conductors amb assistència visual durant l'avançament, anomenat EYES. Totes aquestes aplicacions han sigut desenvolupades per a la plataforma Android, i depenen de la transmissió de dades entre vehicles. Donat que els vehicles que utilitzem a diari no admeten la possibilitat de comunicar-se entre sí, també dissenyem GRCBox, que és una unitat integrada de baix cost que permet la comunicació de Vechicle a Tot (V2X). A partir del nostre estudi d'aplicacions per a dispositius mòbils dissenyats per a xarxes vehiculars, descobrim que l'ús de telèfons intel·ligents proporciona una nova direcció per a la investigació relacionada amb SIT i xarxes vehiculars al permetre l'adopció ràpida de les solucions existents, on els usuaris poden descarregar i utilitzar les aplicacions amb un sol clic a un botó. Però al mateix temps, la portabilitat i la compacitat dels dispositius els fa limitats en termes de velocitat, potència de processament i precisió del sensor integrat, cosa que afecta al rendiment de les aplicacions.[EN] One of the research areas that is receiving a lot of attention recently is autonomous vehicles. Researchers are currently focused on the third level of autonomy out of the five levels, which are: drive assistance, partial automation, conditional automation, high automation, and full automation. Even though rapid progress is being made in this field, the adoption of these solutions will take time not only due to legal issues, but also due to the fact that technological improvements face slow endorsement by manufacturers. Also, the slow renewal rate of vehicles on road hinders the deployment of novel technologies, as is the case of Vehicular Networks (VNs). Eight years after the introduction of the IEEE 802.11p standard for vehicular communication, vehicles used on a daily basis still lack the capability of communicating with one other. This fact impedes the use of the many ITS safety applications that take advantage of VNs for data exchange. The obvious way to handle this problem is to use the available technologies at the disposal of common users to develop solutions that are easily deployable, effortless to adopt, and moreover, cost effective. For this reason we shift our attention to smart devices, specially smartphones, which have come a long way since the first introduction of mobile phones in the late 20th century. Nowadays, nearly everyone carries one in their pocket anywhere they go, allowing them to not only make calls, but also to measure and monitor different parameters with the help of the many on-board sensors that are available to these compact yet powerful devices. Our objective is to study the effects of integrating smartphones to vehicular networks, to develop ITS safety applications. The choice of smartphones here is not only justified by their wide availability and use, but also because they are evolving towards high performance terminals with multi-core microprocessors packed with a sufficiently diverse group of sensors. In this thesis we propose three different ITS safety applications for smartphones, designed to take advantage of the vehicular network environment: a warning generation application called Messiah that alerts drivers of the presence of emergency vehicles in close proximity; a FCW application which warns drivers if a minimum safe distance is not maintained between the vehicle ahead and the one following it; and lastly an application that aims to aid drivers with visual assistance while overtaking, named EYES. All these applications have been developed for the Android platform, and are dependent on the data transmission among vehicles. Since vehicles we use on a day to day basis still do not accommodate the possibility to communicate with one another, we also designed the GRCBox, which is a low cost on-board unit that supports V2X communication. From our study of applications for mobile devices designed for VNs, we found that the use of smartphones provides a new direction to research related to ITS and VNs by allowing a quick adoption of the existing solutions, where users are able to download and use applications just by one click of a button. But at the same time, the portability and compactness of the devices makes them limited in terms of speed, processing power, and accuracy of the on-board sensor, thus affecting the performance of the applications. In our case, the simpler Messiah application performed very well, while the EYES application that is dependent on GPS data, and the FCW application which required heavy processing and use of the camera due to its dependence on plate recognition, were affected by the hardware limitations of the smartphones.Patra, S. (2019). Development and evaluation of smartphone-based ITS applications for vehicular networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124058TESI

Optical Camera Communications: Principles, Modulations, Potential and Challenges

Optical wireless communications (OWC) are emerging as cost-effective and practical solutions to the congested radio frequency-based wireless technologies. As part of OWC, optical camera communications (OCC) have become very attractive, considering recent developments in cameras and the use of fitted cameras in smart devices. OCC together with visible light communications (VLC) is considered within the framework of the IEEE 802.15.7m standardization. OCCs based on both organic and inorganic light sources as well as cameras are being considered for low-rate transmissions and localization in indoor as well as outdoor short-range applications and within the framework of the IEEE 802.15.7m standardization together with VLC. This paper introduces the underlying principles of OCC and gives a comprehensive overview of this emerging technology with recent standardization activities in OCC. It also outlines the key technical issues such as mobility, coverage, interference, performance enhancement, etc. Future research directions and open issues are also presented