A mobile sensing solution for indoor and outdoor state detection

Abstract

One important research challenge in ubiquitous computing is determining a device’s indoor/outdoor environmental state. Particularly with modern smartphones, environmental information is important for enabling of new types of services and optimizing already existing functionalities.

This thesis presents a tool for Android-powered smartphones called ContextIO for detecting the device’s indoor/outdoor state by combining different onboard sensors of the device itself. To develop ContextIO, we developed a plugin to AWARE mobile sensing framework. Together the plugin and its separate controller component collect rich environmental sensor data. The data analysis and ContextIO’s design considers collected data particularly about magnetometer, ambient light and GSM cellular signal strength. We manually derive thresholds in the data that can be used in combination to infer whether a device is indoor or outdoor. ContextIO uses the same thresholds to infer the state in real time.

This thesis contributes an Android tool for inferring the device’s indoor/outdoor status, an open dataset that other researchers can use in their work and an analysis of the collected sensor data for environmental indoor/outdoor state detection.

Yksi jokapaikan tietotekniikan tutkimuskysymyksistä keskittyy selvittämään onko laitteen sijainti sisä- vai ulkotilassa. Etenkin uudet älypuhelimet pystyvät hyödyntämään tätä tietoa uudenlaisten palveluiden ja sovellusten kehittämisessä sekä vanhojen toiminnallisuuksien optimoinnissa.

Tämä diplomityö esittelee Android-käyttöjärjestelmällä toimiville puhelimille suunnatun työkalun nimeltään ContextIO. Työkalu yhdistelee älypuhelimen sensorien tuottamaa tietoa ja havaitsee laitteen siirtymisen eri sijaintiin sisä- ja ulkotilojen suhteen. ContextIO:n suunnittelu ja kehitystyö perustuvat data-analyysiin, jonka data kerättiin AWARE-sensorialustan liitännäisellä sekä erillisellä nimeämistyökalulla. Data-analyysi keskittyy magnetometrin, valosensorin sekä GSM-kentän voimakkuuden hyödyntämiseen paikantamisessa. Kerätystä datasta määriteltiin raja-arvot, joita yhdistelemällä voidaan varsin luotettavasti todeta laitteen sijainti sisä- ja ulkotilojen suhteen. Nämä raja-arvot luovat perustan ContextIO:n reaaliaikaiselle laitteen sijainnin määrittämiselle.

Tämän diplomityön pääasialliset tulokset ovat työkalu Android-pohjaisten älypuhelinten sijainnin määrittämiseen sisä- ja ulkotilojen suhteen, avoin datasetti, jota muut tutkijat voivat käyttää sekä sijainnin määrittämiseen keskittyvä data-analyysi.