With the rapid development of Internet of Things sensor devices and big data processing techniques, Internet of Things sensor-based information systems have been applied in various industries. Depending on the industry in which the information systems are applied, the accuracy of the information derived can affect the industry's efficiency and safety. Therefore, security techniques that protect sensing data from security attacks and enable information systems to derive accurate information are essential. In this paper, we examine security threats targeting each processing step of an Internet of Things sensor-based information system and propose security mechanisms for each security threat. Furthermore, we present an Internet of Things sensor-based information system structure that is robust to security attacks by integrating the proposed security mechanisms. In the proposed system, by applying lightweight security techniques such as a lightweight encryption algorithm and obfuscation-based data validation, security can be secured with minimal processing delay even in low-power and low-performance IoT sensor devices. Finally, we demonstrate the feasibility of the proposed system by implementing and performance evaluating each security mechanism.
The atmospheric infrared sounder (AIRS) sensor loaded on the Aqua satellite observes the global vertical structure of atmosphere and enables verification of the water vapor distribution over the entire area of South Korea. In this study, we performed a comparative analysis of the accuracy of the total precipitable water (TPW) provided as the AIRS level 2 standard retrieval product by Jet Propulsion Laboratory (JPL) over the South Korean area using the global positioning system (GPS) TPW data. The analysis TPW for the period of one year in 2008 showed that the accuracy of the data produced by the combination of the Advanced Microwave Sounding Unit sensor with the AIRS sensor to correct the effect of clouds (AIRS-X) was higher than that of the AIRS IR-only data (AIRS-I). The annual means of the root mean square error with reference to the GPS data were 5.2 kg/$m^2$ and 4.3 kg/$m^2$ for AIRS-I and AIRS-X, respectively. The accuracy of AIRS-X was higher in summer than in winter while measurement values of AIRS-I and AIRS-X were lower than those of GPS TPW to some extent.
The development of a digital signal processor based prototype is described in relation to continuing efforts for realizing a fully self-contained active sensor system utilizing impedance-based structural health monitoring. The impedance method utilizes a piezoelectric material bonded to the structure under observation to act as both an actuator and sensor. By monitoring the electrical impedance of the piezoelectric material, insights into the health of the structured can be inferred. The active sensing system detailed in this paper interrogates a structure utilizing a self-sensing actuator and a low cost impedance method. Here, all the data processing, storage, and analysis is performed at the sensor location. A wireless transmitter is used to communicate the current status of the structure. With this new low cost, field deployable impedance analyzer, reliance on traditional expensive, bulky, and power consuming impedance analyzers is no longer necessary. A complete power analysis of the prototype is performed to determine the validity of power harvesting being utilized for self-containment of the hardware. Experimental validation of the prototype on a representative structure is also performed and compared to traditional methods of damage detection.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.1
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pp.89-98
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2009
CMG cluster which consists of four CMGs can be used to produce 3-axis torque. There are many issues that we have to investigate and validate when CMG cluster itself is developed. Thus, its ground validation and verification processes are essential. Therefore, CMG simulator which uses a torque sensor to calculate satellite attitude is proposed in this paper. Update and kalman filter are also proposed for gimbal angle problem occurred in development. The first way uses a calculated gimbal angle as a primary and a sensor angle as a scondary to reduce error. Also, the test results of specific CMG steering law as well as attitude control logic are presented as an example.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.2
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pp.103-110
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2016
Fine wires made from platinum have been used as sensors to evaluate the convection performance of nanofluids. However, the wire sensor is difficult to handle due to its fragility. Additionally, an unrealistic convective heat transfer coefficient (h) is obtained if a rigorous calibration process combined with precision equipment is not used for measurement. This paper proposes a new evaluation apparatus for h of nanofluids that uses a thermistor sensor instead of the platinum wire. The working principles are also explained in detail. Validation experiments for pure engine oil comparing h from the two sensors confirmed numerous practical benefits of the thermistor. The proposed system can be used as a useful tool to justify the adoption of developed nanofluids.
The respiratory and heart beat signals are the fundamental physiological signals for sleep monitoring in the home. Using the air mattress sensor system, the respiration and heart beat movements can be measured without any harness or sensor on the subject's body which makes long term measurement difficult and troublesome. The differential measurement technique between two air cells is adopted to enhance the sensitivity. The concept of the balancing tube between two air cells is suggested to increase the robustness against postural changes during the measurement period. With this balancing tube, the meaningful frequency range could be selected by the pneumatic filter method. The mathematical model for the air mattress and balancing tube was suggested and the validation experiments were performed for step and sinusoidal input. The results show that the balancing tube can eliminate the low frequency component between two cells effectively. This technique was applied to measure the respiration and heart beat on the bed, which shows the potential applications for sleep monitoring device in home. With the analysis of the waveform, respiration intervals and heart beat intervals were calculated and compared with the signal from conventional methods. The results show that the measurement from air mattress with balancing tube can be used for monitoring respiration and heart beat in various situations.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.4
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pp.408-415
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2016
The vehicle attitude and sideslip is critical information to control the vehicle to prevent from unintended motion. Many of estimation strategy use bicycle model or IMU integration, but both of them have limits on application. The main purpose of this paper is development of vehicle orientation estimator which is robust to various vehicle state and road shape. The suggested estimator use 3-axis magnetometer, yaw rate sensor and lateral acceleration sensor to estimate three Euler angles of vehicle. The estimator is composed of two individual observers: First, comparing the known magnetic field and gravity with measured value, the TRIAD algorithm calculates optimal rotational matrix when vehicle is in static or quasi-static condition. Next, merging 3-axis magnetometer with inertial sensors, the extended Kalman filter is used to estimate vehicle orientation under dynamic condition. A validation through simulation tools, Carsim and Simulink, is performed and the results show the feasibility of the suggested estimation method.
The methods of the geometric reconstruction and sensor calibration of satellite linear pushbroom images are investigated. The model of the sensor used is based on the SPOT model that is developed by Kraiky. The satellite trajectory is a Keplerian trajectory in the approximation. Four orbit parameters, longitude of the ascending node(${\omega}$), inclination of the orbit plan(I), latitude argument of the satellite(W) and distance between earth center and satellite, are used for the camera modeling. Time-dependent orbit parameters are expressed by quadratic polynomials. SPOT-5 images have been used for validation tests. The results are that the RMSE acquired from 20 GCPs is 1.763m and the RMSE of 5 checking points 2.470m. Because the ground resolution of SPOT-5 is 2.5m, the result obtained in this study has a good accuracy. It demonstrates that the sensor model developed by this study can be used to reconstruct the geometry of satellite image using pushbroom camera.
Bennett, V.;Abdoun, T.;Shantz, T.;Jang, D.;Thevanayagam, S.
Smart Structures and Systems
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v.5
no.6
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pp.663-679
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2009
The use of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) accelerometers in geotechnical instrumentation is relatively new but on the rise. This paper describes a new MEMS-based system for in situ deformation and vibration monitoring. The system has been developed in an effort to combine recent advances in the miniaturization of sensors and electronics with an established wireless infrastructure for on-line geotechnical monitoring. The concept is based on triaxial MEMS accelerometer measurements of static acceleration (angles relative to gravity) and dynamic accelerations. The dynamic acceleration sensitivity range provides signals proportional to vibration during earthquakes or construction activities. This MEMS-based in-place inclinometer system utilizes the measurements to obtain three-dimensional (3D) ground acceleration and permanent deformation profiles up to a depth of one hundred meters. Each sensor array or group of arrays can be connected to a wireless earth station to enable real-time monitoring as well as remote sensor configuration. This paper provides a technical assessment of MEMS-based in-place inclinometer systems for geotechnical instrumentation applications by reviewing the sensor characteristics and providing small- and full-scale laboratory calibration tests. A description and validation of recorded field data from an instrumented unstable slope in California is also presented.
This paper presents a vision-based relative pose estimation algorithm and its validation through both numerical and hardware experiments. The algorithm and the hardware system were simultaneously designed considering actual experimental conditions. Two estimation techniques were utilized to estimate relative pose; one was a nonlinear least square method for initial estimation, and the other was an extended Kalman Filter for subsequent on-line estimation. A measurement model of the vision sensor and equations of motion including nonlinear perturbations were utilized in the estimation process. Numerical simulations were performed and analyzed for both the autonomous docking and formation flying scenarios. A configuration of LED-based beacons was designed to avoid measurement singularity, and its structural information was implemented in the estimation algorithm. The proposed algorithm was verified again in the experimental environment by using the Autonomous Spacecraft Test Environment for Rendezvous In proXimity (ASTERIX) facility. Additionally, a laser distance meter was added to the estimation algorithm to improve the relative position estimation accuracy. Throughout this study, the performance required for autonomous docking could be presented by confirming the change in estimation accuracy with respect to the level of measurement error. In addition, hardware experiments confirmed the effectiveness of the suggested algorithm and its applicability to actual tasks in the real world.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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