Posicionamiento en interiores con sensores inalámbricos

Abstract

El objetivo de este Proyecto Fin de Máster es el diseño y experimentación de un sistema de posicionamiento de interiores por medio de sensores inalámbricos. El posicionamiento en el interior de edificios es, hasta el día de hoy, un reto ya que no existen estándares específicos para este tipo de localizaciones desarrollados por consenso. Existen múltiples técnicas y metodologías de localización que están siendo estudiadas a nivel de investigación pero aún los dispositivos móviles no han incorporado las tecnologías de comunicaciones o sensores necesarios para poder desplegarlas de un modo generalizado. Por otra parte, numerosas tecnologías y métodos de estimación de la posición basada en dispositivos desplegados (balizas) no ofrecen suficiente exactitud y precisión de las localizaciones capturadas, en gran medida debido a la pérdida de la línea de visión directa (Line of Sight) entre la baliza y el dispositivo a localizar. Existen diversas recopilaciones de trabajos de posicionamiento aplicados a interiores de edificios, que se fundamentan en el uso de sensores inalámbricos; en la bibliografía consultada. Dichos trabajos cubren diversos aspectos de precisión, de fiabilidad y modos de posicionamiento en tiempo real, así como de posicionamiento basado en protocolos y servicios que serán requeridos en las próximas generaciones de redes de comunicaciones (Hui, Houshang, Pat, & Jing, 2007). Se espera que las tecnologías inalámbricas Wi-Fi y Bluetooth faciliten el crecimiento de aplicaciones y servicios basados en el posicionamiento. Sin embargo, la determinación de la posición basándose en el uso de estas tecnologías con un nivel de precisión adecuado, sigue siendo un reto (Zafari, Gkelias, & Leung, 2019). Tras realizar un estudio preliminar de los trabajos relacionados con estas tecnologías de posicionamiento en interiores de edificios y evaluando aquellos que aplican tecnologías WLAN y Bluetooth Low Energy (BLE), el trabajo se centrará en la aplicación de la técnica de trilateración, hasta el momento descartada en numerosas referencias por los efectos adversos de este tipo de comunicaciones en espacios cerrados como son pérdida de visión directa, el efecto multi camino o rebote de la señal (multipath). Dentro de este contexto, y con estos antecedentes, el objetivo principal de este proyecto es la elaboración de un sistema que utilizando la información que registran los nodos de sensorización y terminal móvil de dispositivos Wi-Fi y BLE sobre la intensidad de la señal recibida (RSSI) y la posición conocida de las balizas, determinar la posición del objeto a localizar (que disponga de una comunicación Wi-Fi (Gu, Lo, & Ignas, 2019) o BLE. Así las balizas enviarán la información a un servidor del sistema que empleando diversas técnicas (cálculo de la distancia en base a la RSSI utilizando la ecuación de pérdida de la señal) y la técnica de trilateración se estimará la posición del objeto. Estos datos se almacenarán en una base de datos espacial que permitirá desplegar un servicio de localización. Adicionalmente se desarrollará un servicio de visualización, basado en estándares del consorcio OGC (WFS) y un cliente de mapas ligero (web) que muestre sobre una cartografía de referencia la posición de los dispositivos localizados en el interior. Esta información se actualizará de forma periódica y el visor mostrará las posiciones de los objetos en tiempo cuasi real. Las balizas que se desplegarán como infraestructura para el servicio serán varías Raspberry PI Zero WH que actuarán como clientes Wi-Fi o BLE y podrán determinar la RSSI de los nodos a monitorizar. Además, los nodos de sensorización Raspberry PI Zero WH también actuarán como punto de acceso Wi-Fi, para que un dispositivo móvil junto a una aplicación desarrollada, sean capaces de localizar a los nodos de sensorización para llevar a cabo un posicionamiento. Este posicionamiento será más privativo, dado que solo se localizará el dispositivo móvil que tiene la App instalada. El posicionamiento de interiores permitirá obtener la localización de un usuario o dispositivo que se encuentren cerrado. Estas posiciones serán además representadas gráficamente sobre una cartografía de referencia del interior de un edificio proporcionando una evidencia del funcionamiento del sistema de localización.