DSPLabs Technical Reportdsplabs.cs.upt.ro/grants/melissevs/pdfs/DSPL-TR.2009.2.pdf · formata...

Digital Signal Processing Laboratories in Timisoara

Department of Computer and Software Engineering POLITEHNICA University of Timisoara 2, Vasile Parvan Blvd., 300223 – Timisoara, Romania Tel: + 40 256 403271, Fax: + 40 256 403214 Http://dsplabs.cs.upt.ro/

DSPLabs

Technical Report

DSPL-TR.2009.2 Title Modelarea solutiilor de localizare in retele de senzori

bazate pe evaluarea conectivitatii in vederea utilizarii in sisteme colaborative de explorare

Authors Bogdan Stratulat, Mihai V. Micea, Andrei Stancovici

Language Romanian

Project ID MELISSEVS

Project Title Model for rEpresentation of coLlaborative robotic and Intelligent Sensor Systems in EnVironment exploration and Supervision applications

Project Type Grant PNCDI II - "IDEAS" Program, Code "ID-22"

Activity ID 1.2

Year 2009



2 DSPLabs Technical Report, DSPL-TR.2009.2

Cuprins

1 Introducere 3

2 Tehnici de orientare si localizare bazate pe evaluarea conectivitatii 4

3 Modelarea solutiei de localizare in sistemul MELISSEVS 9 3.1 Notiuni teoretice privind solutia de localizare propusa ................................. 9 3.2 Descrierea localizarii prin metoda triunghiului in retele de senzori

bazate pe evaluarea conectivitatii ................................................................ 14

4 Concluzii 18

Referinte bibliografice 19



DSPLabs Technical Report, DSPL-TR.2009.2 3

1 Introducere

Problema localizarii reprezinta una dintre cele mai dificile probleme ce trebuie rezolvate in cadrul retelelor de senzori inteligenti ce implica mobilitatea acestora. Plaja aplicatilor in care este utilizata localizarea este diversificata, mentionand doar monitorizarea mediului, monitorizarea incendiilor, calitatea apei, monitorizarea traficului rutier, rutarea celui mai scurt traseu ca si durata de timp in trafic, ghid turistic, etc. Sistemul MELISSEVS este gandit ca o platforma ce interactioneaza cu mediul inconjurator prin intermediul microsistemelor autonome cu inteligenta incorporata formata dintr-o colectie de sisteme denumite WIT (Wireless Intelligent Terminal), cu posibilitate de comunicare wireless, multi-hop, intr-o maniera specifica retelelor de senzori. Elementele WIT pot avea functii de perceptie (senzori inteligenti), de operare/actionare (mini-roboti autonomi), sau combinate. La nivelul superior de abstractizare, entitatea BRAIN, este situata pe un calculator PC performant. Nivelul BRAIN supravegheaza toate entitatile WIT, este responsabil pentru interfata cu utilizatorul si este punctul de intrare pentru orice informatie a utilizatorului. Entitatea BRAIN este conectata la reteaua de WIT-uri printr-un dispozitiv de tip gateway/punct de acces, care este de fapt un simplu dispozitiv WIT cu capacitati de conectare la un PC (Ethernet incorporate, embedded Ethernet). Comunicarea dintre elementele sistemului este de tip wireless, ceea ce confera o importanta majora modelarii unei soluti de localizare, astfel incat intreg sistemul sa functioneze ca un tot unitar. Datorita faptului ca elementele WIT ale sistemului sunt mobile, solutia optima de localizare trebuie gasita fara a ne referi la un reper fix.




2 Tehnici de orientare si localizare bazate pe evaluarea conectivitatii

In cele ce urmeaza vor fi prezentate pe scurt tehnicile de orientare si localizare ce au fost analizate si testate partial, pentru modelarea solutiei de localizare propusa. Cea mai populara tehnologie in domeniul localizarii este sistemul GPS (Global Positioning System), un sistem de pozitionare globala prin satelit. Acest sistem a fost initiat de departamentul de aparare a Statelor Unite si permite aflarea pozitiei unui obiect aflat pe suprafata pamantului, cu conditia ca acesta sa fie echipat cu un dispozitiv de receptie specializat. In anul 1995 sistemul GPS a devenit complet operational atat in navigatie cat si in alte scopuri. Sistemul GPS contine 24 de sateliti si mai multe statii terestre. Acesta ofera doua variante de acuratete, la metru si la mai putin de un centimetru. Principiul de functionare a sistemului se bazeaza pe calcularea a minim 4 distante de la obiectul tinta (echipat cu un receptor) la 4 sateliti diferiti. In mod normal pentru aflarea pozitiei in spatiu este nevoie de minim trei referinte, dar pentru minimizarea erorilor se utilizeaza si cea de a patra referinta. Distanta dintre receptor si satelit se calculeaza prin cronometrarea timpului de care are nevoie semnalul radio sa ajunga de la satelit la receptor. In alta ordine de idei, localizarea GPS se bazeaza pe triangulatie. GPS devine ineficient cand e vorba de localizare in interiorul cladirilor, sau in zonele urbane, unde constructiile inalte distorsioneaza si impiedica propagarea semnalelor provenite de la sateliti [1]. Astfel punerea metodei in practica in cadrul laboratorului DSPLabs, aflat in cadrul unei cladiri cu pereti de beton armat si de grosime considerabila, nu a fost posibila, datorita pierderilor de semnal din timpul testelor preliminare. Pe de alta parte datorita frecventei unice de transmisie, au aparut foarte multe pachete ce nu contineau informatie utila. Totodata au aparut erori la dispozitivele de receptie provocate din cauza distorsiunilor, interferentelor sau altor probleme legate de transmisia si receptionarea semnalelor. Cu toate impedimentele existente, trebuie remarcate si avantajele folosirii acestei metode, incluzand pretul foarte scazut al receptorului si acuratetea semnalului. Principiul LORAN [2] se bazeaza pe diferenta de timp de receptie a doua semnale radio transmise de doua dispozitive aflate in zone diferite. Aceasta diferenta poate fi reprezentata prin linii hiperbolice de pozitie (vezi Fig. 1).




Fig. 1. Linii hiperbolice de pozitie.

Pentru localizarea navelor este necesar un dispozitiv principal si cel putin doua dispozitive secundare care transmit un semnal de 100kHz. Prin transmisia acestor semnale se obtin doua diagrame cu linii hiperbolice, pozitia este data de intersectia a doua linii hiperbolice determinate de receptorul in cauza (Fig. 2). Acuratetea acestei metode de localizare, precum si principiul folosit au fost preluate si au reprezentat puncte de atins in cadrul dezvoltarii metodei de localizare pentru sistemul MELISSEVS. Totodata, pentru a dispune de o localizare si mai precisa, de obicei cele doua sisteme se combina, astfel probabilitatea aparitiei erorilor de localizare scade semnificativ.

Fig. 2. Functionarea de principiu a sistemului LORAN.

RADAR [3], [4] poate fi aplicat ca sistem de localizare si urmarire bazat pe WLAN. Sistemul masoara la echipamentul de transmisie-receptie puterea semnalul emis, RSSI (Radio Signal Strength Indicator), dupa care foloseste aceste date pentru a descoperi pozitionarea 2D in cladire. Exista doua tipuri de radar ce au fost implementate: unul ce foloseste analiza scenei si altul ce foloseste triangulatia. Aceste sisteme de localizare ofera doua avantaje majore: pe de o parte sunt necesare un numar restrans de echipamente, iar pe de alta parte poate folosi infrastructura




retelelor wireless ce exista in cladiri. Folosind sistemele RADAR ce implementeaza metoda de analiza a scenei se pot detecta obiecte aflate in interiorul unei raze de acuratete de 3 metri fata de pozitia sa, cu o probabilitate de 50 de procente, in timp ce sistemele RADAR ce implementeaza cealalta solutie, la aceeasi probabilitate, raza ariei de acuratete este de 4.3 metri [5]. Pentru sistemul MELISSEVS, o astfel de acuratete este prea slaba, avand in vedere ca toate testele au fost desfasurate in interiorul unui laborator. Cu toate acestea faptul ca se folosesc putine echipamente, precum si principiul de functionare, au fost luate in considerare pentru solutia de localizare ce a fost implementata. Triangulatia (vezi Fig. 3) se foloseste in cazul determinarii pozitiei unui obiect in spatiu, raportat la trei puncte de referinta cunoscute. Aceasta metoda de calcul se foloseste in tehnologia GPS, GSM (localizarea in cazul telefoniei mobile), Cricket Indoor Location System (sistem de localizare in interiorul cladirii bazat pe referinte) si alte sisteme de localizare bazate pe mai multe referinte.

Fig. 3. Principiul triangulatiei.

Obiectul care trebuie determinat este echipat cu un dispozitiv "transmitter" iar dispozitivele de referinta contin cate un "receiver". De obicei, tansmitatorul emite semnale de tip radio, ultrasunete, sau infrarosii. Se cronometreaza timpul in care semnalul ajunge separat la fiecare dispozitiv de receptie in parte si, cunoscandu-se viteza de propagare a semnalului in mediul respectiv, se poate afla distanta de la dispozitivul de transmisie la restul dispozitivelor de receptie. Principiul triangulatiei consta in trei dispozitive de receptie, astfel obtinandu-se trei distante. Cele trei




distante reprezinta raze de cercuri iar intersectia cercurilor reprezinta pozitia obiectului in spatiu. Aceasta pozitie se poate calcula astfel:

unde: (x, y, z) sunt coordonatele dispozitivului de transmisie (obiectul tinta), (0, 0, 0) sunt coordonatele dispozitivului de receptie 1, (d, 0, 0) sunt coordonatele dispozitivului de receptie 2, (i, j, 0) sunt coordonatele dispozitivului de receptie 3, r1 este raza cercului 1, r2 este raza cercului 2 si r3 este raza cercului 3. Coordonatele dispozitivului de transmisie se obtin din sistemul cu trei ecuatii:

Localizarea prin telefonie mobila nu se poate utiliza pentru ca in cele mai multe cazuri aceasta solutie nu ofera o acuratete foarte mare. Astfel, pentru localizarea in interiorul cladirilor s-au introdus alte sisteme care se ocupa local de incaperea in cauza. Cricket Indoor Location System [6], [7], este un sistem de localizare destinat incaperilor de cercetare in domeniul sistemelor mobile. Sistemul este alcatuit dintr-un anumit numar de dispozitive de transmisie in functie de dimensiunea suprafetei de acoperire dorite (cel putin trei module) si un dispozitiv sau mai multe dispozitive mobile care au si functii de receptie. In cele mai multe cazuri dispozitivele de transmisie se ataseaza pe partea superioara a incaperii (vezi Fig. 4), in asa fel incat sa acopere o portiune cat mai mare sau chiar intreaga incapere. Dispozitivele de receptie se ataseaza robotilor care se afla in partea inferioara a incaperi . In tehnologia sistemelor cu module Cricket se foloseste principiul de triangulatie pentru a determina pozitia robotilor. Sistemul se bazeaza pe doua tipuri de semnale: semnalul RF (radio) si semnalul de ultrasunete. Semnalul radio este de 106 ori mai rapid ca semnalul de ultrasunete, iar distanta se afla calculand diferenta celor doi timpi. Aceasta localizare se realizeaza cu o acuratete de 1 ÷ 3 cm. Acesta metoda de localizare a reprezentat baza de plecare pentru definirea acuratetei solutiei de localizare in retele de senzori bazate pe evaluarea conectivitatii in vederea utilizarii in sistemul MELISSEVS. Deoarece exista diferente vizibile intre specificatiile




metodei Cricket si sistemul MELISSEVS, metoda nu a putut fi integrata sub aceasta forma. Astfel, s-a decis preluarea principiilor triangulatiei pentru determinarea pozitiei elementelor WIT, precum si folosirea celor doua tipuri de semnale radio si ultrasunete.

Fig. 4. Cricket Indoor Location System.




3 Modelarea solutiei de localizare in sistemul MELISSEVS

Solutia de localizare a sistemlui MELISSEVS foloseste repere temporare, datorita faptului ca elementele WIT au o pozitie dinamica. Se urmareste ca solutia de localizare sa fie independenta de repere fixe prestabilite. Sistemul de localizare trebuie sa fie rapid, eficient si fara mari pierderi de energie. De asemenea, pe parcursul proiectului s-a urmarit ca sistemul final sa ajunga la un cost cat mai mic. Pornind de la faptul ca sistemul este proiectat astfel incat elementele WIT sa fie mobile, este foarte importanta folosirea principalei lor caracteristici din punct de vedere al localizarii: miscarea. In urma deplasarii elementelor WIT, se poate estima locul unde ar putea acestea sa ajunga. De exemplu, pentru un element WIT ce se va deplasa 5 secunde inainte si apoi 5 secunde la dreapta, pozitia finala a acestuia poate fi calculata/estimata. Pentru a scadea nivelul de aproximare, trebuie luate in calcul tipul rotilor, al motoarelor, chiar si a suprafetei pe care se vor deplasa. Daca motoarele sunt echipate cu un tahometru atunci pozitia elementelor WIT poate fi determinata si mai precis. In cadrul acestui sistem de localizare, acuratetea deplasarii nu este vitala. Sistemul de localizare se ocupa cu corectia eventualelor erori. Corectia se realizeaza prin recalcularea pozitiei elementului WIT fata de alti doi WIT, ale caror pozitii sunt cunoscute temporar si care au la un moment dat rolul de referinte. Aceasta recalculare a pozitiei se realizeaza pe baza a doua semnale: semnalul radio (ZigBee) si un semnal de ultrasunete (de tip Sonar), precum si de faptul ca semnalul radio este de 106 ori mai rapid ca semnalul de ultrasunete. Fiecare element WIT mobil este echipat cu un dispozitiv hardware care contine o antena radio si doi traductori: unul de receptie si unul de transmisie a ultrasunetelor. Metoda de localizare implementata in sistemul MELISSEVS, se bazeaza pe principiile si avantajele preluare de la solutiile de localizare prezentate mai sus. Aceasta noua metoda, denumita "Metoda triunghiului", va fi detaliata in cele ce urmeaza, dupa prezentarea unor notiuni teoretice ce stau la baza dezvoltarii sale.

3.1 Notiuni teoretice privind solutia de localizare propusa

Din punct de vedere al transmisiei ultrasunetelor, trebuie amintit faptul ca traductorul de ultrasunete transmite un semnal repetitiv. Durata acestui semnal este tBURST = 200 μs (vezi Fig. 5). Acesta consta din 8 impulsuri a carui perioada este 25 μs (40KHz). Nivelul logic al acestui semnal este de 3.3 V. Acest semnal este




trimis circuitului MAX232CPE pentru a ridica nivelul de tensiune, in cazul nostru tensiunea de iesire varf la varv fiind de 13.2 V.

Fig. 5. Transmisia ultrasunetelor.

Semnalul de ultrasunete este receptionat de patru stagii de amplificatoare operationale LM6134 [8], sau canale de amplificare. Factorul de amplificare pentru fiecare canal in parte este 11. Fiecare iesire este asociata unui canal de intrare la convertorul analog numeric. Inclusiv semnalul neamplificat este asociat unui canal la convertorul analog numeric. Astfel convertorul analog numeric selecteaza canalul potrivit corespunzator distantei la care se afla fata de transmitator. Algoritmul de adaptare a canalului corespunzator se face pornind cu citirea semnalului de pe canalul 5. Canalul 5 amplifica de 4 ori semnalul. Daca semnalul din acest canal intra in saturatie atunci se selecteaza canalul 4 si procesul continua pana se stabileste canalul care contine semnalul care nu intra in saturatie. In Fig. 6 este reprezentat semnalul de ultrasunete receptionat. Problema de calcul a distantei se pune in cazul elementelor WIT care se afla la o distanta nu mai mare de 4 m. In acest caz, un WIT transmite semnalul de ultrasunete iar celalalt WIT receptioneaza. Calculul se realizeaza atunci cand apare un eveniment pentru localizarea unui anumit WIT.

Fig. 6. Semnalul receptionat.

Procesul de calcul se bazeaza pe contorizarea timpului in care un semnal de ultrasunete transmis de un WIT ajunge la un al doilea WIT. Evenimentul de calcul este declansat de un al treilea WIT care este implicat in localizare, si care poarta denumirea de WITCOORD (Wireless Intelligent Terminal for COORDinating). WITCOORD-ul lanseaza evenimentul transmitand un semnal prin radio. Acest




semnal radio trebuie sa ajunga in acelasi timp la cei doi WIT implicati. In Tab. 1 este prezentata diferenta de timpi de receptie a pachetelor primite pe doua elemente WIT dotate fiecare cu cate un modul Xbee.

Tab. 1. Timpii de receptie a pachetelor primite pe doua entitati WIT.

Test Broadcast [μs] Unicast [μs] 1 37 82 2 37 77.5 3 32.9 124 4 78.5 132 5 30.20 62 6 11.60 46 7 86.40 68.5 8 131 136 9 75 67 10 60.6 69 11 55.4 75 12 47.6 18.5 13 50 117 14 60 124 15 56 30.8 16 51.8 25.8 17 62.8 73 18 56.4 33.20 19 44 64.60 20 35.15 60.20

Media 55 74.4 Din rezultate obtinute sa observat ca modulele Xbee provoaca o intarziere la tranzactionarea pachetelor. Aceasta intarziere nu este egala la receptia a doua module diferite. Timpul de intarziere provocat de modulul Xbee si procesor, experimental calculat, este de 290 μs. Acest timp corespunde cu propagarea semnalului de ultrasunete la o distanta de 10 cm. Acest timp este scazut la final pentru obtinerea rezultatului. Atunci, 55 μs ca si timp mediu de intarziere datorat comunicatiei modulelor Xbee corespunde cu o eroare de aproximativ 2 cm la calculul distantei. Semnalul obtinut de la convertorul analog numeric este retinut intr-un tablou de dimensiune 3000 de elemente. Acest semnal se parcurge si se cauta un maxim. Acel maxim reprezinta momentul in care a ajuns semnalul de ultrasunete. Tab. 2 prezinta cateva teste experimentale de calcul pe distante diferite.




Tab. 2. Teste experimentale de calcul pentru diferite distante.

Distanta [mm] Valoarea obtinuta [mm] Eroarea [mm] 100 134 34 200 226 26 300 337 37 400 438 38 500 529 29 600 618 18 700 720 20 800 823 23 900 924 24 1000 1010 10 2000 1004 4 3000 2998 2 4000 3990 10

Se poate observa ca pe masura ce distanta dintre doua elemente WIT este mai mare, cu atat acuratetea este mai buna. Din testele efectuate se poate concluziona ca la calculul distantei, acuratetea este de 1 ÷ 4 cm. Distanta poate fi obtinuta in doua moduri. Pe de o parte, primul element WIT transmite un semnal de ultrasunete iar al doilea receptioneaza sau pe de alta parte al doilea element WIT transmite semnal de ultrasunete si primul receptioneaza. Din acest dublu proces rezulta doua valori din care se poate face o medie si se obtine un rezultat care reprezinta practic distanta dintre cele doua elemente WIT. Daca diferenta dintre aceste valori este mai mare de 10 mm atunci se poate cere recalcularea distantelor pana cand se obtin doua valori apropiate. Putem spune ca acuratetea sistemului ajunge la nivelul de 1 cm. In Fig. 7 se observa ca la o distanta mai mare eroarea scade, de aceea, algoritmul de localizare este conceput astfel incat de fiecare data cand vom avea de ales intre o referinta la o distanta mai mare si una mai mica va prefera pe aceea la o distanta mai mare.




Fig. 7. Valoara normala vs. eroarea aparuta.

Pentru fiecare element WIT, s-a definit o zona cu raza de 2 m ce poarta denumirea de MyHome. In momentul cand un WIT se deplaseaza, aceasta zona de acoperire se deplaseaza si ea, astfel incat WIT este de fiecare data centrul cercului descris de raza data. Pentru a putea fi pus in aplicare algoritmul de localizare pentru un element WIT, este nevoie ca in aria sa de acoperire MyHome sa fie prezenti cel putin inca doua elemente WIT, a caror pozitie sa fie cunoscuta. Totodata se defineste o zona MyArea ce reprezinta o extensie a ariei MyHome. Zona MyArea este o zona de raza 4 m. Daca elementul WIT necesita o localizare si nu are repere in zona MyHome atunci el ar putea sa foloseasca repere si din MyArea cu conditia ca distanta dintre repere sa fie mai mare de 4 m. Trebuie mentionat ca si elementul BRAIN are asociata o zona MyHome si una MyArea (Fig. 8). Aceasta corespunde coordonatorului de sistem.

Fig. 8. Zonele MyHome si MyArea.




Metoda de localizare folosita in cadrul celor doua zone specifice elementelor ce compun sistemul MELISSEVS se bazeaza se bazeaza pe metoda triunghiului (Fig. 9). Fiecare element WIT reprezinta un punct pe axa xOy. Sa presupunem ca elementul WIT A se afla in origine, iar elmentul WIT B se afla pe axa Ox iar elementul WIT C se afla undeva deasupra axei Ox. Presupunem cunoscute coordonatele punctului A(0, 0) si coordonatele punctului B(a, 0), unde distanta dintre A si B este a, distanta dintre B si C este b, iar distanta dintre C si A este c. Pentru calculul coordonatelor punctului C(x, y) se foloseste formula de calcul a distantei intre doua puncte:

Fig. 9. Metoda triunghiului.

3.2 Descrierea localizarii prin metoda triunghiului in retele de senzori bazate pe evaluarea conectivitatii

Algoritmul de localizare a fost conceput in asa fel incat, in cazul in care legatura dintre BRAIN si elementele WIT nu se mai poate realiza, sistemul ce devine format numai din elemente WIT poate functiona independent. Oricand o entitate WIT poate prelua rolul de coordonator regional pentru a sincroniza alte doua elemente WIT si pentru a le ajuta la calculul distantei dintre acestea. Fiecare element din sistem este identificat printr-un ID unic, dat de catre modului XBee cu care este echipat.




In momentul aparitiei primului element WIT in sistem, acesta se va localiza intr-un loc cunoscut (de referinta), singura conditie pe care trebuie sa o indeplineasca fiind ca sa se afle la o distanta la care poate comunica cu coordonatorul prin Xbee. Locul unde a fost identificat prima entitate WIT poata denumirea de "start position". Fiecare element WIT, se considera a fi independent. Tinand cont de cele descrise mai sus privind metoda de localizare prin triunghi, fiecare element WIT considera centrul local de coordonate pentru calculul propriei pozitii. In momentul in care un WIT descopera alte entitati in propriul MyHome sau MyArea, va aseza pe axa Ox, un al doilea WIT. Astfel axa Ox, ce este compusa din pozitia proprie in origine si locatia unui alt WIT, undeva pe axa, poata denumirea de "axa pozitiei de start". In momentul cand axa pozitiei de start este definita, se poate trece la calcularea distantei dintre cele doua entitati, in cele doua moduri prezentate mai sus, astfel incat fiecare entitate devine la randul sau si receptor si emitator. Valorile obtinute vor duce la calcului diferentei dintre ele, iar in cazul in care diferenta dintre aceste valori este mai mare de 10 mm atunci se poate cere recalcularea distantelor pana cand se obtin doua valori apropiate, cu care se face o medie ce va reprezenta distanta estimata dintre cele doua elemente WIT. Dupa acest pas, urmeaza "asezarea" unui tert WIT pe axa de coordonate xOy. Trebuie mentionat ca algoritmul de localizare va aseza acest WIT tot timpul in partea superioara a axei Ox, pentru evitarea problemelor de calcul ce pot perturba sistemul de localizare. La finalul acestui algoritm de calcul elementul WIT ce se afla in origine trimite coordonatele elementului WIT tert si celui de al doilea element WIT. Cel de al treilea element WIT se poate deplasa atata timp cat primii doi WIT raman in lista MyHome, cu conditia ca acestia sa ramana pe loc. Pentru aceasta el trebuie sa trimita o comanda de cerere pentru deplasare. In urma deplasarii celui de al treilea WIT se obtin coordonate aproximative dupa care cere o noua localizare pe care o executa cele doua entitati implicate deja in localizare, care la randul lor, se vor putea deplasa in aceleasi conditii. Aplicand acest algoritm de localizare, fiecare element WIT ce se afla in gestiunea sistemului MELISSEVS si care este initializat conform celor descrise mai devreme poate fi localizat de oricare alt element din sistem. Localizarea la nivel de MyArea functioneaza permanent; pe aceasta se si bazeaza localizarea. Daca un element WIT oarecare vrea sa afle pozitia unui alt element WIT care nu se afla in zona sa de MyHome si nici in zona sa de MyArea (vezi Fig. 10) atunci el poate sa trimita o comanda catre toate entitatile WIT ce se afla in aceste zone specificand identificatorul elementului WIT a carui pozitie vrea sa o afle. Aceasta comanda va ajunge in mod ad-hoc la elementul WIT in cauza.




AB

C

D

EF

Fig. 10. Localizarea la distanta.

Algoritmul va genera un pachet de comanda de forma : GET_INFO [destinatie] [contor] [cale[1] … cale[contor]]

Destinatia reprezinta elementul WIT a carui pozitie se cauta, contorul porneste de la 1 si se incrementeaza pe parcursul transmisiei ad-hoc. Fiecare element WIT care receptioneaza mesajul, va trimite mai departe un alt mesaj asemanator, cu diferenta ca se va incrementa contorul si se va mari lungimea mesajului adaugand ID-ul sau la capat. Comanda nu este trimisa elementului WIT de la care s-a primit chiar daca afla in zona MyArea deoarece in comanda primita apare enumerat acest element. Cu alte cuvinte cererea ajunge o singura data la un element WIT si prin crearea pachetului GET_INFO se evita trimiterea pachetului la elementele WIT ce l-au primit deja. Cand mesajul va ajunge la destinatar, elementul WIT in cauza trimite un mesaj ce va contine toata ruta de parcurgere, care practic a fost creata pe masura ce pachetul a inaintat in retea. La finalul acestui mesaj, elementul WIT cautat adauga pozitia sa, ce va fi raportata catre entitatea WIT careia urmeaza sa-i transmita mesajul. Mesajul are urmatoarea forma: INFO [cale[1] … cale[contor]]

Pe parcursul transmisiei lungimea acestui mesaj scade in mod similar cu cresterea mesajului GET_INFO. Elementul WIT cautat va primi mai multe cereri de declarare a pozitiei de tip GET_INFO, dar acesta va lua in considerare cererea cu lungimea cea mai mica si deci drumul cel mai scurt. In cazul in care exista mai multe cereri ce au




lungimea cea mai mica dar drumuri diferite, atunci se va trimite raspuns la toate acele cereri, urmand ca algoritmul de comunicare, sa decida calea ce va fi selectata in functie de estimarile de incarcare a retelei. In Fig. 11 sunt fotografiate doua din entitatile WIT ce au fost folosite la modelarea solutiei de localizare si care au a fost concepute in cadrul laboratorului DSPLabs.

Fig. 11. Entitati WIT folosite la modelarea solutiei de localizare.




4 Concluzii

Solutia de localizare a sistemlui MELISSEVS foloseste repere temporare, datorita faptului ca elementele WIT au o pozitie dinamica. Se urmareste ca solutia de localizare sa fie independenta de repere fixe prestabilite. Sistemul de localizare trebuie sa fie rapid, eficient si fara mari pierderi de energie. De asemenea, pe parcursul proiectului s-a urmarit ca sistemul final sa ajunga la un cost cat mai mic. Fiecare element WIT mobil este echipat cu un dispozitiv hardware care contine o antena radio si doi traductori: unul de receptie si unul de transmisie a ultrasunetelor. Metoda de localizare implementata in sistemul MELISSEVS, se bazeaza pe principiile si avantajele preluare de la solutiile existente de localizare in interiorul cladirilor. Aceasta noua metoda, denumita "Metoda triunghiului", permite localizarea temporara a unui element WIT in functie de pozitia momentana (cunoscuta) a cel putin altor doua WIT-uri aflate in vecinatatea primului. Masuratorile experimentale efectuate in cadrul laboratorului DSPLabs au condus la rezultate bune in ceea ce priveste acuratetea metodei de localizare propuse. Astfel, acuratetea masurata a sistemului ajunge la nivelul de 1 cm.




Referinte bibliografice

[1] P. Enge, P. Misra, "Special Issue on GPS: The Global Positioning System", Proc. IEEE, 87, No. 1, pp. (3–172).

[2] R. Buddenberg, "Computer Networking and C3I Systems for Emergency Services", US Navy Postgraduate School, Monterey, Chapter 12, 1995.

[3] P. Bahl, V. N. Padmanabhan, "RADAR: An In-Building RF-Based User Location and Tracking System", Proc. IEEE Infocom 2000, 2000, pp. (775–784).

[4] Y. Wang, X. Jia, H.K. Lee, G.Y. Li, "An Indoor Wireless Positioning System Based on Wireless Local Area Network Infrastructure", Proceedings of the 6-th International Symposium on Satellite Navigation Technology Including Mobile Positioning & Location Services, Australia, 2003.

[5] J. Hightower, G. Borriell, "Location Systems for Ubiquitous Computing", IEEE Computer, vol. 34, no. 8, Aug. 2001, pp. (57−66).

[6] N. B. Priyantha, "The Cricket Indoor Location System", Massachusetts Institute Of Technology, June 2005.

[7] * * *, "The Cricket Indoor Location System", M. I. T. Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, USA. [Online]. Available: http://cricket.csail.mit.edu/

[8] National Semiconductor, "LM6132/LM6134 Dual and Quad Low Power 10 MHz Rail-to-Rail I/O Operational Amplifiers". [Online]. Available: http://www.national.com/ds/LM/LM6132.pdf

DSPLabs Technical Reportdsplabs.cs.upt.ro/grants/melissevs/pdfs/DSPL-TR.2009.2.pdf · formata...

Documents

Transcript of DSPLabs Technical Reportdsplabs.cs.upt.ro/grants/melissevs/pdfs/DSPL-TR.2009.2.pdf · formata...