스마트폰용 수중 메시지 앱

[아름이]

스마트폰용 수중 메시지 앱
날짜:2022년 8월 29일
원천:워싱턴 대학교
요약:
연구원들은 스마트폰, 스마트워치 등 기존 기기와 함께 사용할 수 있는 수중 음향 기반 통신 및 네트워킹 모바일 앱인 AquaApp을 개발했습니다.

매년 스노클링 및 스쿠버 다이빙과 같은 활동에 참여하는 수백만 명의 사람들에게 수중 신호는 안전 및 방향 정보를 전달하는 유일한 옵션입니다. 레크리에이션 다이버는 약 20개의 신호를 사용할 수 있지만 전문 다이버의 어휘는 산소 수준, 수생 생물의 근접성, 협력 작업 수행에 이르기까지 다양한 주제에 대해 200개를 초과할 수 있습니다.

이러한 손 신호의 시각적 특성은 원거리 및 낮은 가시성에서 효과를 제한합니다. 양방향 문자 메시지는 잠재적인 대안이지만 널리 사용되지 않는 값비싼 맞춤형 하드웨어가 필요한 것입니다.

워싱턴 대학(University of Washington)의 연구원들은 소프트웨어만 사용하여 수십억 개의 기존 스마트폰과 스마트워치에서 수중 메시징을 구현하는 방법을 보여줍니다. 연구팀은 스마트폰, 스마트워치와 같은 기존 기기와 함께 사용할 수 있는 수중 음향 기반 통신 및 네트워킹을 위한 최초의 모바일 앱인 AquaApp을 개발했습니다.

연구원들은 SIGCOMM 2022에서 8월 25일 AquaApp을 설명하는 논문을 발표했습니다.

"스마트폰은 무선 통신을 위해 WiFi 및 Bluetooth와 같은 무선 신호에 의존합니다. 이러한 무선 신호는 수중에서 잘 전파되지 않지만 음향 신호는 전파합니다."라고 Paul G. Allen 컴퓨터 과학 학교의 UW 박사 과정 학생인 Tuochao Chen이 말했습니다. & 엔지니어링. "AquaApp을 통해 우리는 스마트폰과 시계에서 널리 사용되는 스피커와 마이크를 사용하여 수중 메시징을 시연합니다. 휴대전화에 앱을 다운로드하는 것 외에 사람들이 필요로 하는 유일한 것은 잠수 깊이에 맞는 방수 전화 케이스입니다."

AquaApp 인터페이스를 통해 사용자는 전문 다이버가 사용하는 수신호에 해당하는 240개의 사전 설정 메시지 목록에서 선택할 수 있으며, 가장 일반적인 20개의 신호는 쉽게 액세스할 수 있도록 눈에 띄게 표시됩니다. 사용자는 방향 표시기, 환경 요인 및 장비 상태를 포함한 8가지 범주에 따라 메시지를 필터링할 수도 있습니다.

앱을 구축할 때 팀은 이전에 육지에서 경험하지 못한 다양한 기술적 문제를 극복해야 했습니다.

"수중 시나리오는 무선 응용 프로그램에 비해 새로운 문제를 나타냅니다."라고 공동 저자인 Allen School의 박사 과정 학생인 Justin Chan이 말했습니다. "예를 들어, 신호 강도의 변동은 표면, 바닥 및 해안선의 반사로 인해 악화됩니다. 근처에 있는 사람, 파도 및 물체로 인한 움직임은 데이터 전송을 방해할 수 있습니다. 또한 마이크와 스피커는 스마트폰 모델마다 다른 특성을 가지고 있습니다. AquaApp이 실제 조건에서 작동할 수 있도록 이러한 요소와 기타 요소에 실시간으로 적응합니다."

다른 문제에는 장치가 조류에서 위치와 근접성을 빠르게 이동하는 경향과 선박, 동물 및 저공 비행 항공기의 존재로 인해 앱이 직면할 수 있는 다양한 소음 프로필을 해결하는 것이 포함되었습니다.

팀은 AquaApp이 거리, 소음 및 장치 간 주파수 응답의 변화를 포함한 특정 매개변수를 기반으로 각 전송의 비트 전송률 및 음향 주파수를 실시간으로 최적화할 수 있는 알고리즘을 만들었습니다.

작동 방식은 다음과 같습니다. 한 사용자가 다른 장치에 메시지를 보내려고 할 때 해당 앱은 먼저 서문이라고 하는 빠른 메모를 다른 장치에 보냅니다. 두 번째 장치의 AquaApp은 프리앰블을 수신하기 위한 최상의 조건을 결정하는 알고리즘을 실행합니다. 그런 다음 첫 번째 장치에 동일한 조건을 사용하여 실제 메시지를 보내도록 지시합니다.

연구원들은 여러 장치 간의 메시징을 지원하기 위해 WiFi 네트워크가 인터넷 트래픽을 참조하는 방식과 유사하게 수중 네트워크에 대한 액세스를 공유하는 네트워킹 프로토콜을 개발했습니다. AquaApp은 한 번에 로컬 네트워크에서 최대 60명의 고유 사용자를 수용할 수 있습니다.

팀은 6개 위치에서 다양한 수질 조건과 활동 수준을 제공하는 AquaApp 시스템의 실제 유용성을 테스트했습니다. 여기에는 잔잔한 물의 다리 아래, 조류가 강한 인기 있는 해안 공원, 분주한 낚시 부두 옆이 포함됩니다. 호수와 강한 파도가 있는 만에 있습니다. 연구원들은 최대 113미터의 거리와 최대 12미터의 깊이에서 앱의 성능을 평가했습니다.

Chen은 "우리의 실험에 따르면 최대 30미터는 수중에서 메시지를 주고받는 데 이상적인 범위이고 100미터는 SoS 비콘을 전송하는 데 이상적입니다."라고 말했습니다. "이러한 기능은 대부분의 레크리에이션 및 전문 시나리오에 충분해야 합니다."

연구원들은 또한 두 대의 Samsung Galaxy S9 스마트폰에서 최대 볼륨과 화면이 활성화된 상태에서 시스템을 지속적으로 실행하여 AquaApp이 배터리 수명에 미치는 영향을 측정했습니다. 이 앱은 4시간 동안 장치의 배터리 전력을 단 32% 줄였으며 이는 레크리에이션 스쿠버 다이빙을 위한 최대 권장 다이빙 시간 이내입니다.

"AquaApp은 대중에게 수중 통신을 제공합니다."라고 선임 저자인 UW Allen School 교수인 Shyam Gollakota가 말했습니다. "오늘날 수중 네트워킹의 상태는 1970년대 인터넷의 선구자인 ARPANET과 유사합니다. 그 당시에는 소수의 일부만이 인터넷에 액세스할 수 있었습니다. AquaApp은 수중 기술을 민주화하고 이를 스마트폰에서 소프트웨어를 다운로드하는 것처럼 쉽습니다."

팀의 데이터 및 오픈 소스 Android 코드는 AquaApp 웹 사이트에서 사용할 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/