Localização em ambientes internos utilizando múltiplas tecnologias sem fio

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

14/07/2011

RESUMO

Localização é um problema fundamental em muitas áreas da computação como, por exemplo, robótica, computação móvel e computação sensível ao contexto. Em ambientes externos, o problema da localização é resolvido de forma razoável pela utilização do sistema de posicionamento global (GPS). Entretanto, o sinal de GPS não pode ser usado em ambientes internos. O grande número de aplicações que se beneficiariam de informação de localização em ambientes internos gera a necessidade de desenvolver soluções que funcionem nesses ambientes. Por causa disso, o problema de realizar localização em ambientes internos tem sido muito pesquisado nos últimos anos. Recentemente, a utilização do sinal sem fio de radiofrequência (RF) para fazer a localização em ambientes internos foi proposta como uma alternativa para solucionar esse problema. As principais vantagens desse tipo de localização são seu baixo custo e o grande número de dispositivos sem fio existentes em prédios industriais, comerciais e campi universitários atualmente. Geralmente, apenas uma das diversas tecnologias sem fio disponíveis (Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, etc.) é utilizada para realizar a localização. Pouco foi estudado a respeito da utilização de múltiplas tecnologias desse tipo para realizar a localização. Sendo assim, neste trabalho serão investigadas as vantagens e desafios da utilização de múltiplas tecnologias RF (especificamente, são utilizados dispositivos RF compatíveis com as tecnologiasWi-Fi, Bluetooth e Zigbee) para fazer localização em ambientes internos. Dois métodos de localização são utilizados para viabilizar a investigação. O primeiro método é baseado em mapa de assinaturas (fingerprinting map). É proposta a fusão ente as informações das três tecnologias por meio da concatenação dos mapas de cada tecnologia. O algoritmo dos K vizinhos mais próximos (K-Nearest Neighbours - K-NN) é utilizado para gerar as estimativas finais de localização. A avaliação experimental do método baseado em mapa de assinaturas mostra que a combinação das tecnologias pode reduzir o erro de localização. É investigado o desempenho de cada tecnologia separadamente e também o desempenho da comxiii binação das tecnologias. Também é analisado como o número de dispositivos utilizados afeta a qualidade da localização. O resultado da análise mostra que, para todas as tecnologias, a utilização de mais beacons gera erros de localização menores. Finalmente, é mostrado como a interferência entre as tecnologias pode levar a uma redução na qualidade da localização. O segundo método é baseado em modelos de propagação do sinal de RF. O modelo estima a distância entre um beacon e o objeto alvo da localização baseado na potência do sinal recebido (RSSI). Essa estimativa de distância é então fornecida para um algoritmo de localização. São utilizados dois algoritmos: o primeiro é a trilateração e o segundo é o filtro de Kalman Estendido (EKF). Para esse método é feito um estudo qualitativo, em simulação, para avaliar quais os principais fatores que afetam a qualidade da localização. Os dois fatores principais são a configuração geométrica dos beacons no ambiente e a qualidade das estimativas de distância geradas pelo modelo de propagação. Também são apresentados resultados de experimentos reais que corroboram os resultados obtidos em simulação e mostram que o método produz resultados melhores que aqueles obtidos utilizando-se apenas a hodometria do robô. Os resultados também mostram como a utilização de múltiplas tecnologias pode contribuir para aumentar a disponibilidade do serviço de localização. As duas principais vantagens da utilização de múltiplas tecnologias RF para realizar a localização são a possibilidade de aumentar a exatidão e a disponibilidade do serviço de localização. Os dois principais desafios são descobrir como integrar as múltiplas tecnologias (qual a melhor forma de fundir as informações provenientes de diferentes tecnologias RF) e como evitar que efeitos adversos dessa integração possam degradar a qualidade da localização obtida (por exemplo, como evitar que a interferência entre as tecnologias prejudiquem os resultados de localização). A exploração dessas vantagens e a superação desses desafios são fundamentais para que sistemas de localização baseados em múltiplas tecnologias RF sejam mais eficazes.

ASSUNTO(S)

computação teses. redes de computação teses. sistemas de comunicação sem fio teses radiofrequênciateses.

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