Architecting Internet of aerospace things: A system for tracking passengers inside an airport terminal

Abstract

Experts predict the number of devices connected to Internet of Things networks in 2020 will reach 50 billion, being used in numerous industries. This Thesis focuses on the aerospace scenario and investigates how and where this technology might be applied to airport mobility and security. The discussion is initiated by presenting the concept of Internet of Aerospace Things, IoAT, its main premises and the importance of connectivity in the aerospace domain, which form the basis of the objective of the system. An airport terminal is an environment where different individuals and companies with diverse interests coincide, and the weak connectivity present between these parties leads to a lack of communication that often creates inefficiencies such as unnecessary waits or poor distribution of resources. The study is focused on the passengers, discussing possible solutions for reducing their traverse time. To accomplish that, this work proposes providing them with information regarding the people density at different points of the terminal based on tracking technologies. Next, RFID is selected as the concept for the system and the applicability of this technology for tracking passengers inside an airport terminal is studied. That is followed by the identification of a set of key decisions, such as the physical limits of the system or the specific technology to be deployed, in order to study the different possible architectures. To that end, a simulation model is developed and it incorporates the most important parts of the system, including: An airport model based on Chicago O'Hare International Airport, a passenger trajectory model, a link budget model, a coverage model, a reader placement algorithm, a communication protocol and the limitations of the available RFID technology. Based on the developed model, the architecture tradespace for the system is presented and the best architectures are analyzed based on the metrics space. Next, the influence and impact each decision has on the tradespace is evaluated, providing further insights on the system performance and cost. Then, the best architectures are chosen and extended simulation results are presented, showing that the system helps to increase the information on the airport passenger density, thus allowing passengers to take efficient decisions as well as helping the airport authority with security control.

Los expertos predicen que el número de dispositivos conectados a redes de Internet of Things en el 2020 llegará a los cincuenta mil millones, estando presentes en numerosas industrias. Este Trabajo se centra en el contexto aeroespacial e investiga cómo i dónde esta tecnología puede ser aplicada en la movilidad y seguridad en un aeropuerto. Se empieza la discusión presentando el concepto de Internet of Aerospace Things, IoAT, sus premisas más características y la importancia de la conectividad en el ámbito aeroespacial, el cual forma la base del objetivo del sistema. Una terminal de aeropuerto es un medio donde diferentes individuales y empresas con intereses diversos coinciden, y la conectividad débil que se presenta entre estas partes conduce a una falta de comunicación que crea ineficiencias, como esperas innecesarias o una distribución pobre de los recursos. El estudio se centra en los pasajeros, argumentando las soluciones posibles para reducir su tiempo de travesía. Para conseguirlo, se propone proporcionarlos información respecto a la densidad de personas en diferentes puntos de la terminal en base a tecnologías de seguimiento. Luego, RFID es elegido como concepto del sistema y se estudia la aplicabilidad de esta tecnología para el seguimiento de pasajeros dentro de una terminal de aeropuerto. Después, se identifica un conjunto de decisiones clave, como los límites físicos del sistema o la tecnología específica a ser instalada, con tal de estudiar las diferentes arquitecturas posibles. Con este fin, se desarrolla un modelo de simulación incorporando las partes más importantes del sistema, incluyendo: un modelo de aeropuerto basado en el aeropuerto de Chicago O'Hare International, un modelo para las trayectorias de los pasajeros, un modelos de balance de enlace, un modelo de cobertura, un algoritmo de colocación de lectores, un protocolo de comunicación y las limitaciones de la tecnología RFID disponible. En base al modelo desarrollado, se presenta el tradespace de las arquitecturas del sistema y se analiza cuáles son las mejores arquitecturas a partir del espacio de métricas. Después, se evalúa la influencia e impacto que cada decisión tiene en el tradespace, proporcionando más ideas sobre el rendimiento y el coste del sistema. Luego, se eligen las mejores arquitecturas y se presentan resultados ampliados de la simulación, demostrando que el sistema ayuda a incrementar la información sobre la densidad de pasajeros en el aeropuerto, permitiendo que los pasajeros puedan tomar decisiones eficientes a la vez que ayuda en la gestión de la seguridad a la autoridad aeroportuaria.

Els experts prediuen que el nombre de dispositius connectats a xarxes d’Internet of Things al 2020 arribarà als cinquanta mil milions, estant presents a nombroses industries. En aquest Treball ens centrem en el context aeroespacial i investiguem com i on aquesta tecnologia pot ser aplicada en la mobilitat i seguretat a un aeroport. Comencem la discussió presentant el concepte d’Internet of Aerospace Things, IoAT, les seves premisses més característiques i la importància de la connectivitat en l’àmbit aeroespacial, el qual forma la base de l’objectiu del nostre sistema. Una terminal d’aeroport és un medi on diferents individuals i companyies amb interessos diversos coincideixen, i la connectivitat dèbil que es presenta entre aquestes parts condueix a una falta de comunicació que crea ineficiències, com esperes innecessàries o una distribució pobra dels recursos. Centrem el nostre estudi en els passatgers, argumentant les solucions possibles per a reduir el seu temps de travessia. Per aconseguir-ho, proposem proporcionar-los informació respecte la densitat de persones a diferents punts de la terminal basant-nos en tecnologies de seguiment. Llavors, escollim RFID com el concepte del nostre sistema i estudiem l’aplicabilitat d’aquesta tecnologia per al seguiment de passatgers dintre una terminal d’aeroport. Després, identifiquem un conjunt de decisions clau, com els límits físics del nostre sistema o la tecnologia específica a ser instal·lada, per tal d’estudiar les diferents arquitectures possibles. Amb aquest fi, desenvolupem un model de simulació incorporant les parts més importants del sistema, incloent: un model d’aeroport basat en l’aeroport de Chicago O’Hare International, un model per a les trajectòries dels passatgers, un model de balanç d’enllaç, un model de cobertura, un algorisme de col·locació de lectors, un protocol de comunicació i les limitacions de la tecnologia RFID disponible. Basant-nos en el model desenvolupat, presentem el tradespace de les arquitectures del nostre sistema i analitzem quines són les millors arquitectures a partir de l’espai de mètriques. Avaluem la influència i impacte que cada decisió té al tradespace, proporcionant més idees sobre el rendiment i el cost del sistema. Llavors, escollim les millors arquitectures i presentem resultats ampliats de la simulació, demostrant que el nostre sistema ajuda a incrementar la informació sobre la densitat de passatgers a l’aeroport, permetent que els passatgers prenguin decisions eficients alhora que ajuda en la gestió de la seguretat a l’autoritat aeroportuària.