Tecniche di localizzazione
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Tecniche di localizzazione Tecniche di localizzazione Presentation Transcript

  • Tecniche diLOCALIZZAZIONE Una survey ragionataCorso di Ubiquitous Computing / Sistemi Context Aware Anno Accademico 2011/2012 Realizzato da: Adriana Lombardo, Fulvia Favore, Mattia Mori
  • Focus ona. PARAMETRI DI LOCALIZZAZIONEb. SISTEMI DI COORDINATEc. CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI DI LOCALIZZAZIONEd.TECNOLOGIE DI LOCALIZZAZIONE
  • I sistemi di localizzazionePARAMETRI DI UN SISTEMA DI LOCALIZZAZIONEACCURATEZZA massimo dettaglio in termini di posizione ottenibile dal sistemaPRECISONE numero di volte il sistema risponde con quell’accuratezzaSCALABILITA numero di “elementi” localizzabili e quantità di risorse necessarie a tal fine
  • Sistemi di coordinate SISTEMI DI RIFERIMENTO COORDINATE GEOGRAFICHE COORDINATE LOCALI COORDINATE ASSOLUTE COORDINATE RELATIVE
  • Sistemi di coordinateCOORDINATE GEOGRAFICHEIdentificano in modo univoco laposizione di un punto sulla superficieterrestre (es. GPS).Esse sono: latitudine, longitudine, altitudineCOORDINATE LOCALISistema di coordinate scelto a priorilocalmente rispetto all’ambiente nelquale si opera e mediante il quale siidentificano tutti gli oggetti di interesse
  • Sistemi di coordinateCOORDINATE RELATIVEogni oggetto possiede il propriosistema di riferimento, non valido pergli altri.COORDINATE ASSOLUTEsi ha un unico sistema di riferimentocondiviso e interpretabile da tutti glioggetti dello spazio di interesse.
  • Basi della localizzazioneTRIANGOLAZIONEIn molti sistemi, l’opera di localizzazione è basata sullacosiddetta “triangolazione” di informazioni provenientida terminali dell’infrastruttura.Calcola le coordinate del nodo in relazione a nodiancora di coordinate note.La triangolazione usa proprietà geometriche e sipresenta sotto due forme, chiamate “Lateration” e“Angulation”.
  • Basi della localizzazioneLATERATIONLa lateration di un punto incognito X si basasull’ utilizzo di distanze relative rispetto a puntinoti e non allineati.In ambito 3-dimensionale, i punti necessarisaranno 4.
  • Basi della localizzazioneANGULATIONSimile alla lateration eccettuato il fatto che utilizza angoli e distanze. Ingenerale, nel caso bidimensionale, è necessario conoscere una distanza (adesempio quella fra gli oggetti dell’infrastruttura) e due angoli.Nel caso tridimensionale sono invece necessarie: ● una lunghezza ● due angoli ● misura di Azimuth (ovvero altezza sopra l’orizzonte)
  • Classificazione dei sistemi dilocalizzazioneSISTEMI DI LOCALIZZAZIONE E AMBITO DI APPLICAZIONEOUTDOOR: tecnologie che sistemi satellitari (es. GPS),permettono la localizzazione punti di accesso Wi-Fi, retinell’ambito di ambienti aperti cellulari (es. GSM, UMTS, LTE).INDOOR: tecnologie che, Wi-Fi, reti di sensori wirelessviceversa, permettono la che utilizzano segnali radio alocalizzazione in ambienti chiusi banda ultra-larga (ultra wideband, UWB)
  • Sistemi diRadiolocalizzazioneRichiedono la misura di una (o più) grandezze(location parameters) relative alla posizione deldispositivo mobile, in modo da rendere possibilela stima della posizione del terminale.Ogni valore misurato consente di individuareuna curva nel piano (line of position) sulla qualepuò trovarsi il dispostivo mobile (MS) rispettoalla Stazione di riferimento (RS) considerata. L’intersezione delle varie lines of position relativea diverse coppie MS-RS consente di individuarela posizione del mobile.
  • Classificazione dei Metodi diLocalizzazione● CELL ID BASED● SIGNAL STRENGTH ANALYSIS● AOA: ANGLE OF ARRIVAL● TOA: TIME OF ARRIVAL● TDOA: TIME DIFFERENCE OF ARRIVAL● HYBRID TECNIQUES
  • Cell ID BasedLa posizione del dispositivo mobile vieneassociata a quella (nota) della Stazione diRiferimento (RS) più vicina.Lapprossimazione della posizione saràtanto migliore quanto più ristretta sarà lasuperficie coperta da ogni singola cella (ilCell-ID risulta molto impreciso nelle areeextraurbane dove le celle coprono superficidellordine di km)Utilizzo del metodo di prossimità
  • Signal Strenght AnalysisLa stima della posizione del terminalemobile avviene utilizzando la forza delsegnale considerato il fenomeno deiattenuzione che ha luogo durante lapropagazione. Nota la legge con cui questo siattenua è possibile ricavare la distanza dallasingola RS.numero (minimo) di RS: 3Utilizzo tecnica triangolazione.(problemi in ambienti indoor per riflessionee assorbimento)
  • AOA - Angle of arrivalLa posizione del dispositivo mobile vieneindividuata utilizzando la direzione deisegnali in entrata inviati da altritrasmettitori di posizione nota .Utilizzo di Antenne direzionali (settoriali o"intelligenti") per la stima dell’angolo diarrivo dei segnali.Utilizzo della tecnica di triangolazione.
  • TOA - Time of arrivalLa posizione è stimata utilizzando iltempo di propagazione del segnale inrelazione alla distanza tra i nodi.La distanza da un dispositivo mobile a tredispositivi fissi è stimata conlintersezione delle circonferenze delsegnale delle RS.Accuratezza elevata, richiede orologimolto precisiƒNumero (minimo) di RS: 3Utilizzo della tecnica di triangolazione
  • TDOA - Time difference ofarrivalSi basa sulla conoscenza della differenza deiritardi di trasmissione.Ogni dispositivo mobile ricevecontemporaneamente il segnale provenienteda più celle: in base ai ritardi dipropagazione misurati o alla differenza tra iritardi stessi è possibile stimare con buonaapprossimazione la posizione dellapparato
  • Hybrid TechniquesLa rete dati (di qualsiasi natura) aiuta ildispositivo mobile nel processo dilocalizzazione, con linvio di segnaliausiliari, coordinate dei punti diriferimento, informazioni temporali.Es.GPS + triangolazione reti wifi
  • Tecnologie di localizzazione● Ultra wide band● Sistemi RFID● GPS/GPRS● Sistemi AVL/AVM
  • Localizzazione con segnaliULTRA WIDE BAND: IndoorTecnica di trasmissione sviluppata pertrasmettere e ricevere segnalimediante lutilizzo di impulsi dienergia a radiofrequenza di duratatemporale estremamente ridotta.Uno dei maggiori vantaggi offerti daisegnali UWB in ambito indoorriguarda la maggiore probabilità dellefrequenze di attraversare ostacolicome muri o pavimenti.
  • Localizzazione basata susistemi RFID: IndoorE un sistema di identificazione automatica aradiofrequenza (RFId) a di persone o oggetti, costituito datre componenti fondamentali: ● apparecchiatura di lettura e scrittura ● una o più etichette RFID (tag o trasponder) ● sistemi di gestione dati per il trasferimento da e verso i lettori
  • Localizzazione basata susistemi RFID: IndoorSe è attiva, dispone di: ● una batteria per alimentarla ● una o più antenne per inviare il segnale di lettura e ricevere le risposte anche su frequenze diverse ● uno o più transponder/tag RFID e possono contenere sensori. ● in genere hanno distanze operative maggiori dei tag passivi ed in genere arrivano al massimo a 200mSe è passiva contiene: ● un microchip privo di alimentazione elettrica, ● unantenna ● un materiale che fa da supporto fisico chiamato "substrato" e che viene "eccitato, alimentato e/o scritto" al passaggio di un lettore che emette un segnale radio a frequenze basse o medie o di alcuni gigahertz.La radiofrequenza attiva il microchip e gli forniscelenergia necessaria a rispondere al lettore,ritrasmettendogli un segnale contenente le informazioni memorizzate nel chip ma che, può anche scrivere dati sul tag.
  • Localizzazione basata susistemi RFID: IndoorLa tecnologia RFID ha alcuni vantaggi semplici rispetto alle tradizionali tecnologie dei codici a barre edelle bande magnetiche: ● Non deve essere a contatto per essere letto come le bande magnetiche ● Non deve essere visibile per essere letto come per i codici a barre ● Si possono anche aggiungere informazioni sui chip in funzione della tipologia del chipLRFID è una valida alternativa sia alle tecnologie di personal identification tradizionali (badge,tesserini, ecc.), sia alle tecnologie di strong authentication basate sul riconoscimento degli attributibiometrici di un individuo.
  • Localizzazione basata susistemi RFID: IndoorLe tecnologie RFID non richiedono contatto visivo per lidentificazione e permettono ilriconoscimento anche "a distanza".Le distanze di lettura in generale dipendono fortemente dalle condizioni ambientali e dalle tecnologieutilizzate: in linea teorica è possibile lidentificazione a migliaia di metri di distanza, ma le normativedegli standard attualmente prevedono alcune misure tipo: ● nel caso dei tag passivi 125-134.2 kHz la distanza di lettura varia da quasi a contatto al metro. ● nel caso dei tag 13,56 MHz la distanza di lettura prevista dalla normativa è tra quasi a contatto e circa 1 m ● nel caso di tag UHF passivi (860-960 MHz), usati per la logistica, la distanza tipica prevista dalla normativa è di 1÷10 metri.
  • Global Position System:Outdoor(GPS) è costituito da una “rete” di satelliti (di proprietà del Dipartimento della Difesa americana) chetrasmette in continuazione segnali radio di bassa potenza. I ricevitori GPS, interpretando questisegnali, sono in grado di calcolare lesatta distanza dai satelliti e conseguentemente la propria univocaposizione sulla terra.E un sistema di posizionamento e navigazione satellitare che fornisce posizione ed orario in ognicondizione meteorologica, ovunque sulla Terra, o nelle sue immediate vicinanze, ove vi sia un contattoprivo di ostacoli con almeno quattro satelliti del sistema.l sistema GPS è composto da tre segmenti : ● SATELLITI : 24 in orbita intorno alla terra, 21 attivi e 3 di riserva ● GLI UTENTI ● I SISTEMI SU CONTROLLO A TERRAIl funzionamento del sistema GPS è (relativamente) semplice e si basa sulla misura del tempo dipercorrenza del segnale trasmesso dallantenna del satellite fino allantenna del ricevitore utente aterra
  • Tecnologia General PacketRadio Service: IndoorIl GPRS è un sistema basato sulla commutazione dipacchetto tramite onde radio.Facilita le connessioni istantanee perchè linformazione puòessere mandata o ricevuta immediatamente appena se neha bisogno.
  • Global Position System:Outdoor ● integrate: sono dispositivi portatili all-in-one , che incorporano un ricevitore GPS, uno schermo LCD, un altoparlante, un processore che esegue le istruzioni, date solitamente da un sistema operativo proprietario, uno slot per schede di memoria ove memorizzare la cartografia ● ibride: sono dispositivi portatili (personal computer, palmari, smartphone) nati per scopi diversi, sono resi adatti alla navigazione satellitare attraverso un ricevitore GPS integrato oppure con il collegamento di un ricevitore GPS esterno (Bluetooth o via cavo) e ladozione di un software dedicato in grado di gestire la cartografia.
  • Global Position System:OutdoorCon la diffusione dei sistemi GPS, ed il conseguenteabbattimento dei costi dei ricevitori, molti produttori ditelefoni cellulari hanno cercato di inserire un modulo GPSallinterno dei loro prodotti, aprendosi quindi al nuovomercato dei servizi (anche sul web) basati sulposizionamento.
  • Tecnologia GPRS: IndoorGPRS consente di raggiungere velocità di 57.6 Kbit/s in download e di 14.4Kbit/s in upload e mantenere una connessione permanente ad Internet.Le caratteristiche principali che contraddistinguono il Gprs sono : ● una discreta velocità di trasmissione dati ; ● trasmissione dati basata sulla commutazione a pacchetto; ● connettività always on (sempre aperta); ● possibilità di accesso ai servizi internet; ● tariffazione costi per quantità dati e non rispetto al tempo come nel GSM.
  • I sistemi AVL / AVM:Outdoor● I sistemi AVL (Automated Vehicle Location): Rilevano, monitorano e tracciano la localizzazione geografica dei veicoli sul territorio in tempo reale, integrando la tecnologia di posizionamento satellitare (GPS) con i sistemi informativi geografici (GIS)● I sistemi AVM (Automatic Vehicle Monitoring): hanno il compito di monitorare lo stato operativo dei veicoli, rilevando e tracciando un insieme di informazioni e di parametri (stato di fermo/in moto, velocità, accelerazione, livello carburante, livello olio ecc.)
  • AVL / AVMCome funzionano? Centrale operativa: raccoglie, integra e rende fruibili i dati di localizzazione e monitoraggio. Sistemi di bordo: rileva le informazioni e i dati relativi alla localizzazione, e allo stato del veicolo e li trasmette alla Centrale Operativa. Rete di comunicazione: si occupa del trasferimento dei dati fra il veicolo e la centrale operativa.
  • Grazie per lattenzioneSitografia:(1) http://www.csd.uoc.gr/~hy439/lectures11/hightower2001survey.pdf(2) http://didawiki.cli.di.unipi.it/lib/exe/fetch.php/rhs/localizzazione.pdf(3) http://www.fub.it/files/Radiolocalizzazione.pdf Realizzato da: Adriana Lombardo, Fulvia Favore, Mattia Mori