PUMA
Istituto di Scienza e Tecnologie dell'Informazione     
Profido M. B. Localizzazione device-free in ambiente indoor con reti di sensori ZigBee.
 
 
Abstract
(English)
Lo scopo di questo elaborato è di presentare i risultati ottenuti dalla misura sperimentale e dall'implementazione di un sistema per la localizzazione in reti di sensori ZigBee. In particolare l'attenzione è rivolta a sistemi di tipo DfP (Device- free Passive) [1], caratterizzati dal fatto che per la localizzazione non richiedono l'ausilio di dispositivi sul target che viene così a identificarsi come elemento passivo del sistema. Tra tutte le grandezze utilizzabili per la localizzazione nelle WSN (Wireless Sensor Network) [2] si è scelto di considerare i sistemi che utilizzano il RSS (Received Signal Strength); potenza del senale ricevuto che è rilevata da ogni singolo sensore in modo autonomo ogni volta che questo riceve un pacchetto. I sistemi che sfruttano il RSS presentano maggiori errori sulla stima e quindi prestazioni inferiori rispetto ad altri sistemi, ma sono comunque preferiti poiché hanno il pregio di non richiedere alcun hardware aggiuntivo. Gli errori sulla stima della posizione sono dovuti alla complessità nell'interpretazione dei valori misurati introdotta dal multipath; letteralmente percorsi multipli è un fenomeno elettromagnetico che fa degradare le prestazioni del sistema introducendo incertezza sulla misura della potenza ricevuta. Infatti, mentre nel caso ideale la potenza ricevuta dipende solo dalla potenza associata all'onda elettromagnetica trasmessa, nel caso reale questa dipende da tutte le repliche dell'onda formatesi in seguito a fenomeni di rifrazione e riflessione (multipath). Nel caso di studio il sistema di localizzazione è installato in ambienti indoor dove il multipath ha un'incidenza notevole rispetto ai casi outdoor; poiché il numero di potenziali ostacoli unito alla limitatezza dello spazio, determinano un aumento delle sorgenti di rumore e un conseguente aumento della probabilità che al ricevitore giungano delle repliche dell'onda elettromagnetica trasmessa, con ritardi e attenuazioni non costanti, che dipendono dai diversi percorsi seguiti [3].Il sistema di localizzazione device-free da utilizzare in ambienti interni basato sull'indice di potenza ricevuta in reti di sensori ZigBee su cui verte il lavoro di tesi, è stato realizzato utilizzando sensori IRIS dell'azienda Crossbow Technology e le funzionalità implementate per la raccolta dei dati sono state ricavate da un codice di esempio open source noto come Spin code. Tra gli 7 algoritmi per la localizzazione presenti in letteratura sono state individuate due macro categorie, algoritmi di tipo fingerprinting o tomografici e algoritmi che si basano su tecniche di classificazione. Il termine fingerprinting si riferisce a tecniche di localizzazione il cui presupposto è quello di associare una qualunque caratteristica del segnale, l'impronta, a delle posizioni determinate a priori. Mentre la classificazione avviene grazie a tecniche che prevedono di generalizzare conoscenze apprese nel passato a dati nuovi. Il numero esiguo degli algoritmi ha permesso di ottenere una panoramica dettagliata e completa che ha costituito lo strumento di partenza dello studio che ha avuto come nucleo centrale la messa in opera del sistema. Infatti, partendo da questa panoramica si è deciso di implementare uno o più algoritmi, verificarne le prestazioni, ed eseguire un eventuale confronto per identificare le basi di un possibile nuovo algoritmo. L'algoritmo utilizzato è l'algoritmo di Patwari VRTI (Variance-based Radio Tomographic Imaging), è di tipo fingerprinting ed è l'algoritmo con costo computazionale minore in quanto non presenta alcuna fase di calibrazione. I risultati preliminari dell'impianto sperimentale a prima vista poco incoraggianti sono risultati validi in seguito a opportune valutazioni, tanto che l'evoluzione del software descritto ora produce risultati secondo le attese e coerenti con la letteratura descritta. Attualmente l'implementazione dell'algoritmo di Patwari VRTI è interamente funzionante e in maniera affidabile, mentre gli altri algoritmi sono in via di completamento.
Subject Indoor localization
AAL
ZigBee
802.15.4
Wireless Satellite Network
C.2 COMPUTER-COMMUNICATION NETWORKS


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