martes, 16 de abril de 2013

[CÓMPUTO UBICUO] Lab 7: Técnicas de localización en interiores y/o exteriores. Resumen de paper.

Scout: Outdoor Localization Using Active RFID Technology


Xin Huang, Ramakrishna Janaswamy, Aura Ganz
Department of Electrical and Computer Engineering
University of Massachusetts Amherst, MA 01003
{xhuang; janaswamy; ganz}@ecs.umass.edu



La localización hoy en día es esencial, sin embargo, utilizar los métodos clasicos como el uso de GPS o derivados, son metodos no muy buenos a la hora de buscar objetos pequeños de poder limitado. En el paper se presenta una tecnología llamada "Scout", un sistema de localización sencillo y facil de usar. Utiliza sistemas RFID activos y algoritmos probabilisticos de localización. Se investiga el rendimiento de dependencia en un numero de sistemas y parametros ambientales.

1. Introducción:
Las comunicaciones inalámbricas, computadoras portátiles y sensores inteligentes, son cada vez más populares en la vida diaria y suponen un plus a la computación ubicua y espacios inteligentes donde los objetos fisicos se comunican con los usuarios.

Se busca desarrollar sistemas que puedan ser utilisados en distintos escenarios como seguimiento vehicular, manejo de desastres, educación, espacios de información, etc. El paper se enfoca en la localización fuera donde se propone la tecnología Scout, que provee una solución efectiva y de bajo costo para hacer seguimiento de un gran número de objetos pequeños.

En estos días se utiliza tecnologías como GPS o posicionamiento celular con técnicas como triangulación, o usando otras tecnologías como "angulo de llegada" (AOA), "tiempo de llegada" (TOA), etc. Sin embargo, debido a su gran tamaño y sus costos no tan accesibles, ademas de el gasto de energía que tienen, no son buenos sistemas para el uso que se desea dar.

La tecnología RFID es barata y utiliza poca energía, además de que son de tamaño pequeño. Debido a su potencial, son un candidato perfecto para convertirse en candidato para la localización en masas.

2. Systema Scout:
El sistema Scout utiliza sistemas RFID de largo alcance, similar al sistema Mantis, que opera a 433MHz dando un rango de 500 metros.

2.1 Layout de red:

El sistema consiste en 3 niveles:

  • Servidores
  • Lectores RFID
  • Tags RFID


Los Tags RFID son de 2 tipos, de objeto y de referencia, los tags de objeto son ID's unicos para cada cosa que se está siguiendo. LOa tags de referencia sirven para calibrar parametros ambientales, tambien poseen un ID único. Una vez activadas, los tags emitirán una señal periodicamente con sus ID's.

Los lectores RFID son parte escencial del uncionamiento; Toda el área está cubierta por lectores RFID conectados en red. Los lectores reciben información del ID de los tags, así como su RSSI, por lo que pueden medir la intensidad de señal. Al estar conectados en red se puede triangular la posición de un objeto con su tag.

Los servidores están conectados de tal forma que al menos un tag puede alcanzar un servidor.

El sistema Scout funciona de la siguiente manera:

Una vez iniciado, los lectores empezarán a detectar señal RSSI de los RFID tags. Si están localizados en un rango de lectura, el lector recolecará su información y la enviará a los servidores. Los servidores estimarán la posición utilizando algoritmos de localización provabilística.

2.2 Esquema de localización probabilistica:

El algoritmo propuesto estima la localización de los objetos basado en la información dada por el RSSI de los tags de los objetos y tambien por los tags de referencia de los provistas por los lectores. Sin embargo, ocurren ciertos errores asociados con la propagación RF. Esto hace a que ciertos factores causen variaciones aleatorias en la señal recibida. Esto hace imposible crear una relacion determinista entre la señal RSSI y la distancia de propagación.

EL algoritmo de Scout es robusto a este tipo de errores causados por variaciones en la propagación. Se adapta a las condiciones ambientales para funcionar con los siguientes pasos:
  • Se calibra los parametros de propagación usando los tags de referencia.
  • Se estima la distancia entre el objeto y los lectores basado en el modelo probabilistico anteriormente descrito.
  • Se aplica una interface Bayesiana para determinar la localización.
EL algoritmo se basa en las siguientes suposiciones:
  1. Cualquier objeto localizado en el area puede ser detectado por al menos tres lectores RFID.
  2. Los lectores tienen posición conocida y constantemente se calibran.
  3. Hay un tag de referencia por cada lector, y su localización es conocida.
  4. EL poder de transmisión de todos los tags es idéntica.
3. Simulación:

En esta sección se evalua el rendimiento del esquema propuesto, primero se desarrolla una medida de desempeño para añadir presición. Despues se ilustra los resultados visuales que representan las areas resultantes estimadas para multiples objetos. Finalmente se investiga el desempeño de dependencia del esquema sobre el número de parametros ambientales, algoritmos, sistemas, etc.

Se denotó la medida como Error de Distancia Media (AED). La entrada del algoritmo es un estimado del área que está compuesta por varias celdas en grid.

AED es el error entre el objeto y los puntos grid dentro del área estimada. Refleja la presición del algoritmo, entre mas pequeño sea el número, mejor presición.

Para visuaizar, se utilizó MATLAB, se simuló una detección básica. Se consideraron factores ambientales representados por variables aleatorias Gaussianas.

4. Conclusión:

En el paper se presenta una solución para sistemas de localización abiertos basados en tags RFID activos. Así como una aproximación del algoritmo probabilístico para localización usando solo señal RSSI.

Se presentan varias simulaciones donde se toman en cuenta las variables que da el entorno. Así como otras variables agregadas como ruido aleatorio, recursividad, etc.

Se llega a la conclusión de que el sistema es viable para ser un candidato de bajo costo y efectivo para ser candidato para la localización de objetos abierta.

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