Sistema de localización inalámbrica en entornos de interior mediante el uso del retardo temporal y el nivel de potencia de las señales de radiofrecuencia

Résumé

Debido a la atenuación que experimentan las señales provenientes de los satélites en el interior de los edificios, los sistemas de navegación por satélite no pueden ser utilizados en este tipo de entornos, donde no existe una línea de visión directa entre el nodo a localizar y los satélites. Por lo tanto, se deben utilizar infraestructuras alternativas a los satélites. Hasta la fecha, pocas son las infraestructuras inalámbricas que están tan desplegadas y ofrezcan un nivel de cobertura en el interior de un edificio semejantes a la tecnología WiFi. En esta tesis presentamos un sistema de localización inalámbrica para entornos de interior mediante el uso de dos métricas de localización, el nivel de potencia o RSS (Received Signal Strength) y el retardo temporal en terminos del RTT (Round-Trip Time) de las señales de radiofrecuencia, utilizando una infraestructura WiFi preexistente. Para obtener la métrica RTT hemos diseñado un sistema electrónico capaz de medir de forma precisa el tiempo transcurrido en el intercambio de tramas entre dos nodos WiFi. El algoritmo de localización diseñado ha sido desgranado en dos bloques. El primer bloque, una técnica de estimación de distancias que procesa las métricas de localización para inferir la distancia que separa el nodo a localizar del resto de nodos baliza. En el caso del RTT, un modelo de regresión lineal simple en combinación con una técnica de corrección del NLOS (Non Line of Sight) relaciona el RTT con la distancia; en el caso del RSS, la técnica consiste en encontrar los exponentes de pérdidas que maximizan una función de compatibilidad de distancias. El segundo bloque, un algoritmo de multilateración con capacidades para corregir el NLOS se utiliza para inferir con precisión la posición del nodo a localizar a partir de las estimaciones de distancia previas y las posiciones conocidas de los nodos baliza. El sistema de localización inalámbrica es validado mediante simulaciones y de forma experimental en el interior de un edificio. Finalmente, analizamos cómo la métrica RSS utilizada para estimar la posición de un nodo está sujeta a errores asociados a las perturbaciones de los campos generadas por la presencia del cuerpo humano que porta el propio nodo. Aunque complicadas, estas perturbaciones no son del todo impredecibles. En esta tesis presentamos una visión general de este problema basada en simulaciones y verificación experimental de los resultados.