Programmable intelligent spaces for Industry 4.0: Indoor visual localization driving attocell networks

Abstract

Real‐time and mission‐critical applications for Industry 4.0 demand fast and reliable communication. Therefore, knowing devices' location is essential, but GPS is of little use indoors, whereas electromagnetic impairments and interferences demand new approaches to ensure reliability. The challenges include real‐time feedback with end‐to‐end (E2E) low latency; high data density due to large number of IoT devices per area; and smaller communication cells, which increases the handover frequency and complexity. To tackle these issues, we introduce a programmable intelligent space (PIS) to deploy attocells, enable E2E programmability, and provide a precise computer vision localization system and networking programmability based on software‐defined networking. To validate our approach, experiments were conducted, controlling a mobile robot through a trajectory. We demonstrate the need for higher camera frame rate to achieve tighter precision, evaluating different trade‐offs on localization, bandwidth, and latency. Results have shown that PIS wireless attocell handover achieves seamlessly mobile communication, delivering packets within the deadline window, with similar performance to a no handover baseline.

Uso de um Espaço Inteligente Baseado em Visão Computacional para o Controle de Formação de Robôs Móveis

“…Como mencionado, nosso espaço inteligenteé baseado em visão computacional [Almonfrey et al 2018, Carmo et al 2019. Portanto, eleé instrumentado com uma rede de câmeras IP capazes de capturar imagens e vídeos digitais.…”

MobiLysa - Sistema de localização e controle do cão-guia robô Lysa para ambientes internos baseado em visão computacional

“…Em [5], pode-se observar como um Espaço Inteligente Programável baseado em visão computacional permite que os requisitos de latência e controle em tempo real desse tipo de aplicaçã sejam atendidos.…”

“…A arquitetura utilizada em [6] e [5] permite que todos os serviços sejam executados de forma distribuída, em um ambiente de nuvem computacional com alta capacidade de processamento. Além disso, a orquestração dos recursos é realizada de forma a atender aos requisitos elásticos dos serviços implementados que necessitem de alto poder computacional .…”

“…A vantagem de se usar esse tipo de marcador está no fato de que seu formato e codificação permitem sua detecção e localização de forma robusta e precisa. Os pesquisadores envolvidos neste projeto já empregaram abordagem semelhante, onde robôs móveis puderam ser localizados e controlados satisfatoriamente [5]. Feito isso, os serviços de localização e controle do robô Lysa serão implementados e adicionados aos serviços já existentes do Espaço Inteligente.…”

Proposta de um Ambiente Interacional baseado em um Espaço Inteligente Programável

“…Esses dispositivos físicos podem ser controlados por serviços computacionais implementados no espaço, e são responsáveis por coletar e analisar dados, tomar decisões e atuar no ambiente quando necessário. [Carmo et al 2019].…”