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IoT software framework for mobile devices

IoT software framework for mobile devices

Material type
학위논문
Personal Author
박용태 朴龍泰
Title Statement
IoT software framework for mobile devices / Yongtae Park
Publication, Distribution, etc
Seoul :   Graduate School, Korea University,   2017  
Physical Medium
x, 116장 : 삽화, 도표 ; 26 cm
기타형태 저록
IoT Software Framework for Mobile Devices   (DCOLL211009)000000071976  
학위논문주기
학위논문(박사)-- 고려대학교 대학원: 컴퓨터·전파통신공학과, 2017. 2
학과코드
0510   6YD36   325  
General Note
지도교수: 金孝坤  
Bibliography, Etc. Note
참고문헌: 장 107-114
이용가능한 다른형태자료
PDF 파일로도 이용가능;   Requires PDF file reader(application/pdf)  
비통제주제어
Internet of Things , Software framework , Mobilde device,,
000 00000nam c2200205 c 4500
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945 ▼a KLPA

Electronic Information

No. Title Service
1
IoT software framework for mobile devices (135회 열람)
View PDF Abstract Table of Contents

Holdings Information

No. Location Call Number Accession No. Availability Due Date Make a Reservation Service
No. 1 Location Science & Engineering Library/Stacks(Thesis)/ Call Number 0510 6YD36 325 Accession No. 123055727 Availability Available Due Date Make a Reservation Service B M

Contents information

Abstract

Internet of Things (IoT) 시대가 찾아옴에 따라 모바일 기기는 중요한 역할을 맡게 될 것이다.
그러나 모바일 기기가 그 역할을 하는 데 방해 되는 요인을 IoT의 관점에서 두 가지 발견하였다. 하나는 IoT 기기가 사용하는 무선 통신 프로토콜을 현재의 모바일 기기가 거의 지원하지 못한다는 것이고 다른 하나는 모바일 기기 상의 IoT 응용프로그램 개발을 돕는 소프트웨어 프레임워크가 부족하다는 것이다.
첫째, 오늘 날의 모바일 기기가 다수의 IoT 무선 통신 프로토콜을 제공할 수 있는 구조를 가지고 있지 않다. 정해진 목적이나 제한된 성능으로 인해 IoT 기기는 ZigBee, Z-Wave, RFID와 같은 이러한 기기에 적합한 IoT 프로토콜을 사용한다. 반면 모바일 기기는 Wi-Fi, 이동통신만, Bluetooth 등 널리 사용되는 프로토콜만을 지원한다. 이러한 상황에서, 모바일 기기와 IoT 기기 간에 "언어 장벽"이 존재한다고 볼 수 있다. 그러나 모바일 기기 상에 많은 IoT 통신 칩을 탑재함으로써 이 문제를 해결하는 것은 모바일 기기가 가지는 공간, 복잡도, 비용의 제한으로 인해 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위해 모바일 기기에 IoT 통신 프로토콜 칩을 넣는 대신 소프트웨어 라디오 기반의 "software modem"을 넣을 것을 제안한다.
둘쨰, IoT 응용프로그램 개발을 위한 소프트웨어 프레임워크가 부족하여 IoT 기능을 개발하는 데 어려움이 크다. 모바일 기기의 운영 체제는 다양한 센서나 통신 기능을 API의 형태로 제공하고 있지만 이를 이용하여 IoT 기기가 요구하는 기능을 구현하기 위해서는 개발자의 관련 API에 대한 이해와 노력을 추가로 요구한다. 이러한 점은 응용프로그램 개발자가 IoT 기능을 제공하는 응용프로그램을 개발하는 것을 어렵게 함으로써 IoT 관점의 다양한 기능을 가지는 응용프로그램을 모바일 기기가 제공하는 것을 어렵게 한다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 모바일 운영 체제가 제공하는 기능보다 더 높은 수준의 IoT 관련 기능을 제공한다면 개발자가 보다 쉽게 응용프로그램을 개발할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 이러한 접근법을 소프트웨어 프레임워크로 일반화 하는 것을 제안한다. 이 소프트웨어 프레임워크는 IoT 관련 기능을 제공하는 고수준의 API와 저수준 기능을 관리하는 관리자, 이를 통합하여 관리하는 모듈로 구성되며 오픈 프레임워크로 개발하였다.
향후 본 논문의 연구결과가 IoT를 이용해 보다 편리한 세상을 만드는 것을 앞당기는 역할을 할 것이다. IoT 기술과 응용의 도래는 불가피하다. 그러나 우리가 전망하는 IoT 세상의 도래를 막는 문제가 아직 산재해 있다. 본 논문에서 제안하는 방법이 모바일 기기가 IoT 세상에서 중요한 역할을 하게 하기 위해 해결해야하는 두 가지 치명적인 문제를 해결함으로써 IoT를 통한 보다 편리한 세상이 도래하길 바란다.

As Internet of Things (IoT) era looms, mobile devices will play a key role. But we observe two inhibiting factors for the mobile devices to become the key player, because they have two de ciencies from the IoT perspective: limited number of supported IoT wireless protocols and lack of IoT-oriented software framework. First, today's mobile devices do not have an architecture that can support an arbitrary number of IoT wireless protocols. Due to limited modus operandi, energy constraints, and various other reasons, many IoT devices may use mission-tailored or proprietary wireless protocols. The variety of these protocols contrasts with a small number of well-known protocols that mobile devices speak today: Wi-Fi, cellular, and Bluetooth. We can notice that there is a "language barrier" here. Obviously, a straightforward solution to make mobile devices speak the IoT protocols by planting as many chips in mobile devices as there are IoT wireless protocols is impractical, as mobile device manufacturers have their own constraints in space, complexity and cost for their devices. In this dissertation, therefore, we propose to put \software modems" instead of IoT wireless protocol chips in the mobile devices to make them natively speak IoT wireless protocols. Second, there is lack of IoT-oriented software framework, which makes the development of IoT functionalities on mobile devices dicult. Today, application developers implement IoT functionalities directly using low-level capabilities such as sensing and networking that are accessed through application programming interfaces (APIs) of mobile operating systems (OSs). The programming e ort and the level of understanding on how to utilize these low-level capabilities for various IoT applications that are required of the application programmer can easily become overwhelming. But if we can provide high-level functions that are speci c to these IoT application categories, it will save application programmers much e ort. Therefore, we propose to generalize this approach towards a framework. In our de nition, the framework has the following components: APIs, modules, and managers. In this dissertation, we develop an open framework that is built with these components. It seems that the advent of IoT technologies and application is inevitable. But there are many issues to fasten the coming of pervasive IoT world we envision. Among them, the two issues we address in this dissertation are crucial barriers to overcome if we want mobile devices play a key role and even facilitate the advent of IoT world. We hope that our proposals contribute to realizing the vision and fastening the arrival of the convenient world that IoT will mediate.

Table of Contents

Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi
List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Problem Denition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Organization of the Dissertation . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Overcoming IoT Language Barriers for Mobile Devices 7
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Background and Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 Providing a Radio Frontend to Smartphone SDRs . . . . . . . . 16
2.4 Implementing SDRs as Smartphone Apps . . . . . . . . . . . . 21
2.4.1 Design Philosophy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.2 Implementation Issues and Solutions . . . . . . . . . . . 22
2.4.3 Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
iii
2.5 Coordinating Access to Shared RF . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.1 Interface with User Apps . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.2 Scheduler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.3 Coordinator Overhead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6 Performance of SDRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.6.1 Smartphone Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.6.2 Execution Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.6.3 Power Consumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3 Providing IoT Software Architecture for Mobile Platforms 56
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.1.1 Background of Vehicular Networking . . . . . . . . . . . 57
3.1.2 Overview and Empirical Evaluation of Vehicular Net-
working Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.3 Realizing Vehicular Networking Applications with On-
Board Units (OBUs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Feasibility Study of Smartphone-based Vehicular Networking Sys-
tems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.1 Cellular Network-based Vehicular Networks . . . . . . . 71
3.2.2 Supportable Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
iv
3.3 The VoCell Application Development Framework . . . . . . . . 82
3.3.1 Smartphone-side Development Components . . . . . . . 84
3.3.2 Server-side Development Components . . . . . . . . . . 88
3.4 Sample Application Implementations . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.4.1 Real-time Trac Status Monitoring . . . . . . . . . . . 89
3.4.2 Emergency Braking Warning Application . . . . . . . . 95
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4 Conclusion 104
Bibliography 107
Summary (in Korean) 115

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