Localização Indoor - Montra de Projetos de Informática

Localização Indoor
Danielson Jorge Brito Sanches
Trabalho realizado sob a orientação de
Rui Pedro Lopes
Pedro João Rodrigues
Engenharia Informática
2014/2015
Localização Indoor
Relatório da UC de Projeto
Licenciatura em Engenharia Informática
Escola Superior de Tecnologia e Gestão
Danielson Jorge Brito Sanches
09/2015
iii
A Escola Superior de Tecnologia e Gestão não se responsabiliza pelas opiniões expressas
neste relatório.
iv
Certifico que li este relatório e que na minha opinião, é adequado no seu
conteúdo e forma como demonstrador do trabalho desenvolvido no
âmbito da UC de Projeto.
___________________________________________
Rui Pedro Lopes
Orientador
Certifico que li este relatório e que na minha opinião, é adequado no seu
conteúdo e forma como demonstrador do trabalho desenvolvido no
âmbito da UC de Projeto.
___________________________________________
Pedro João Rodrigues
Coorientador
Aceite para avaliação da UC de Projeto
v
vi
Dedicatória
Dedico este projeto à minha mãe em especial, aos meus amigos familiares e companheiros
nesta jornada.
vii
viii
Agradecimentos
Agradeço em primeiro à minha mãe por me dar a oportunidade de estudar no ipb, agradeço a
todos os professores que fizeram parte da minha caminhada durante este percurso, em
especial ao meu orientador Rui Pedro pelo contributo neste projeto, agradeço também aos
meus amigos e familiares que sempre me apoiaram em todo e qualquer momento e também
aos colegas de curso. Por fim agradeço ao ipb pela oportunidade e serviços prestados.
ix
x
Resumo
A vida do ser humano sem saber a sua localização espacial na terra é algo de impensável nos
dias de hoje, embora nem sempre foi assim, para ocuparmos o espaço que ocupamos no
mundo, o ser humano evoluiu consoante suas necessidades até chegar ao conhecimento quase
total do planeta e de suas caraterísticas. Graças a esse conhecimento podemos navegar ou
viajar para qualquer parte do globo já sabendo o que iremos encontrar no nosso destino. A
tecnologia de maior destaque nessa matéria é o global positioning system ou GPS como é
geralmente conhecido, embora boa parte ainda não utilize essa tecnologia, esta provou ser de
grande utilidade em várias áreas, só que por causa da sua limitação em ambientes fechados,
originou a necessidade de criação de novas tecnologias para superar esta limitação.
A abordagem à localização indoor pode ser feita recorrendo a várias técnicas e metodologias
que serão aqui mencionadas e será testado uma em específico, baseada em RSSI e BLE para
obtermos uma noção mais detalhada da precisão que tais sistemas podem ter e consequentes
problemas que possam surgir durante a implementação do mesmo.
Palavras-chave: GPS, Localização Indoor, Bluetooth, RSSI, MBED, Trilateração.
xi
xii
Abstract
The life of a human being without knowing its spatial location on earth is something
unthinkable today, although it was not always like that, to occupy the space we occupy now in
the world, human beings evolved of their needs until they reach the almost total knowledge
the planet and its features. Thanks to this knowledge, we can sail or travel to any part of the
globe already knowing what we will find at our destination. The most prominent technology
in this area is GPS, although much still don’t use this technology, it proved to be very useful
in many areas, and because of its limitation indoors, originated the need to create a new
technology to overcome it.
The indoor location approach can be done using various types of techniques and methods that
will be mentioned here and one in specific based on RSSI and BLE, that will be tested to give
us a more accurate and detailed notion of the precision that these types of systems can give us.
Keywords: GPS, Indoor Location, Bluetooth, RSSI, MBED, Trilateration.
xiii
Conteúdo
1
Introdução .......................................................................................................................... 1
1.1 Localização ................................................................................................................... 1
1.1.1 História ................................................................................................................... 1
1.1.2 Enquadramento....................................................................................................... 3
1.1.3 Objetivos ................................................................................................................ 3
2
Localização nos dias de hoje ............................................................................................. 5
2.1 GPS ............................................................................................................................... 5
2.1.1 Origem .................................................................................................................... 5
2.1.2 Como funciona ....................................................................................................... 5
2.1.3 Áreas de uso ........................................................................................................... 6
3
Localização Indoor ............................................................................................................ 9
3.1
Motivação ..................................................................................................................... 9
3.2 Técnicas de implementação .......................................................................................... 9
3.2.1 PDR ........................................................................................................................ 9
3.2.2 Análise de Imagem ............................................................................................... 10
3.2.3 Som e Ultrassom .................................................................................................. 10
3.2.4 Tecnologias RFB .................................................................................................. 11
3.3
4
Estado da Arte ............................................................................................................. 11
Bluetooth........................................................................................................................... 13
4.1
Historia ........................................................................................................................ 13
4.2
Bluetooth ..................................................................................................................... 13
4.3
BLE ............................................................................................................................. 14
5
MBED ............................................................................................................................... 17
6
Solução Proposta.............................................................................................................. 19
7
Testes................................................................................................................................. 25
7.1.1
7.1.2
Ambiente utilizado ............................................................................................... 25
Resultados ............................................................................................................ 26
8
Conclusões ........................................................................................................................ 27
9
Apêndice A- Proposta de projeto ..................................................................................... 1
xiv
xv
Lista de Figuras
Figura 1-Astrolábio ................................................................................................................................................. 2
Figura 2-Sextante .................................................................................................................................................... 2
Figura 3-Triangulação Satélites .............................................................................................................................. 6
Figura 4-Bluetooth ................................................................................................................................................ 14
Figura 5-BLE ........................................................................................................................................................ 14
Figura 6-Perda do sinal por distancia[19] ............................................................................................................. 15
Figura 7-nRF51822 ............................................................................................................................................... 18
Figura 8-nRFBeacon ............................................................................................................................................. 18
Figura 9-Funcionamento Trilateração ................................................................................................................... 20
Figura 10-Diagrama Casos de Uso do sistema ...................................................................................................... 21
Figura 11-Simulação da solução ........................................................................................................................... 22
Figura 12-Teste ..................................................................................................................................................... 25
xvii
xviii
Lista de Abreviações
AOA – Angle of Arrival
BLE – Bluetooth Low Energy
RSSI – Received Signal Strenght Indication
TDOA – Time Difference of Arrival
TOF – Time Of Flight
GPS – Global Positioning System
PDR – Pedestria Dead Reckoning
INS – Inertial Navigation System
RFBS – Radio Frequency Based Systems
SDK – Software Development Kit
IDE – Integrated Development Environment
SoC – System on a Chip
xix
Capítulo 1
1 Introdução
1.1 Localização
A localização sempre foi uma preocupação humana, pois é sempre útil saber onde algo ou
alguém está por diversas razões que tanto podem ser económicas como pessoais. Se o
conceito de localização não tivesse evoluído, certamente o mundo seria bem diferente daquilo
que conhecemos hoje em dia.
1.1.1 História
Durante todas as eras em que o planeta terra foi habitado por seres vivos saber a localização
de algo ou alguém foi fulcral para a vivência e sobrevivência de determinada espécie.
Mesmo os animais possuem as suas técnicas de localização para poderem sobreviver na
natureza, casos como o de algumas espécies de formigas que utilizam suas antenas para sentir
o campo magnético da terra para se orientarem na natureza ou na volta para o seu ninho,
algumas aves migratórias ou peixes como o salmão também partilham essa habilidade.
Utilizando marcas da natureza ou mesmo as construídas pelos mesmos, o ser humano
orientava-se pela forma mais fácil de saber como chegar a algo, ou mesmo utilizando apenas a
memoria que obteve de alguma passagem anterior pelo local, já servia para se situar no
espaço.
Com a passagem do tempo, as técnicas de localização foram evoluindo de forma a garantir
uma melhor perceção do espaço e encorajar o ser humano à exploração do mundo que o
rodeia. A cartografia foi apenas uma questão de tempo depois que o humano viu que os
interesses económicos de conhecer o mundo iria para além do que imaginavam, gravações em
1
pedras ou mapas em papel fazem parte de um costume que acabou por vir a tornar-se muito
útil para a expansão territorial no mundo.
Mas mesmo assim isso não foi suficiente para ultrapassar barreiras como por exemplo a
navegação segura e precisa no mar, de tal forma surgiram outras técnicas como a orientação
através das estrelas, ou mesmo a criação de utensílios para ajudar na navegação como o
sextante, bússola ou o astrolábio.
Figura 1-Astrolábio
Figura 2-Sextante
2
1.1.2 Enquadramento
Nos dias de hoje é fácil depararmo-nos numa situação em que precisamos encontrar algo ou
em determinado lugar ou mesmo nos orientarmos quando estamos em determinado espaço. A
localização indoor é uma tecnologia que proporciona resolução a problemas que passam
desde uma simples localização de determinado objeto dentro de casa, como chaves ou
carteira, como pode abranger áreas muito mais importantes para nós como por exemplo o
mapeamento de pessoas dentro de um hospital.
Esta tecnologia é relativamente recente, porem já conta com uma vasta gama de soluções e
áreas de aplicação.
1.1.3 Objetivos
Este projeto tem por objetivo apresentar uma solução de localização indoor baseada em
tecnologias já existentes, explicadas no decorrer deste relatório, para tentar chegar-se a uma
aplicação que possa mapear determinado dispositivo em ambiente fechado e espera-se uma
precisão razoável.
3
Capítulo 2
2 Localização nos dias de hoje
2.1 GPS
Na era moderna já possuímos técnicas muito mais precisas de localização. Hoje em dia
contamos com mapas muito mais detalhados e tecnologias que tornam fácil a orientação
humana.
2.1.1 Origem
GPS que significa Global Positioning system ou sistema de posicionamento global, que num
primeiro instante foi criado com intenções apenas de supremacia militar, acabou por ser
tornado de uso comum de todos. Sendo essa a tecnologia mais usada recentemente para a
localização.
Começou com o envio do primeiro satélite para o espaço pela antiga união soviética em 1957,
o que despertou o interesse do ser humano em obter informações preciosas da nossa
localização na terra utilizando tal tecnologia.
Um sistema desenvolvido pelo departamento de defesa norte-americano chamado NAVSTAR
viria a dar continuidade a tal exploração em 1960, obtendo informações tanto geográficas
como climáticas de qualquer ponto do globo. Este sistema apenas viria a estar completamente
funcional em 95 e acabando por se tornar de uso civil e gratuito em 2000 pelo presidente Bill
Clinton.
2.1.2 Como funciona
Distribuídos em 6 planos, estão 24 satélites na orbita terrestre e cada um viaja a uma
velocidade de 11265 KM/H de modo a que sempre estejam visíveis 4 em qualquer ponto do
5
planeta. Cada Satélite possui um relógio atómico que garante uma precisão na ordem dos
nano-segundos o que é fundamental para o serviço de localização em tempo real.
Funcionam enviando um sinal para o recetor que também contem o horário em que foi
enviado, e este que também necessita de um relógio preciso, embora não tão preciso como a
do satélite, ao receber o sinal e tendo o relógio sincronizado com o do satélite, consegue
determinar o tempo em que o sinal levou a chegar ao seu recetor e com esta informação já
consegue determinar a distância que se encontra do satélite emissor. São necessários pelo
menos 3 satélites para efetuar a triangulação.
A triangulação consiste em 3 satélites a enviar para um recetor sinais que vão nas condições
descritas anteriormente, e este utiliza a diferença da distância dos 3 satélites para saber onde
está localizado no planeta.
Figura 3-Triangulação Satélites
2.1.3 Áreas de uso
Atualmente o GPS no uso civil é utilizado maioritariamente para navegação em mapas em
tempo real com o intuito de se deslocar de um ponto para outro da forma mais rápida possível,
estando estes recetores embutidos em smartphones, relógios, tablets ou em pequenos
computadores que sirvam apenas para tal propósito.
6
No âmbito militar, que foi para o qual foi originalmente pensado, pode ter diversas
aplicações, desde a orientação das forças em solo inimigo a incorporação de GPS em mísseis
7
Capítulo 3
3 Localização Indoor
3.1 Motivação
A localização indoor aparece devido ao não funcionamento da tecnologia GPS em ambiente
fechado, pois esta por razões variadas como por exemplo o tipo de construção ou constituintes
do edifício não garantem qualquer precisão em espaços não abertos.
Esta tecnologia é relativamente nova e portanto não conta com muitas soluções ainda e as que
existem nem sempre são as mais viáveis por isso é uma área que possui vasta margem de
progressão.
Essa tecnologia pode ser aplicada em diversas áreas que a torna numa área de muito interesse.
Áreas como a medicina, o comércio, lazer, turismo ou mesmo militar podem usufruir das
vantagens de possuir tais sistemas.
3.2 Técnicas de implementação
Existem várias técnicas de implementação que utilizam diferentes recursos mas com a mesma
finalidade, localizar algo ou alguém num ambiente fechado.
3.2.1 PDR
A pedestrian dead reckoning baseia-se nas INS, Inertial Navigation Systems para utilizar o
caminhar humano para definir a posição em que o recetor, que o mesmo humano porta, está
num determinado espaço.
Utilizando sensores presentes no dispositivo como bussola e giroscópio e a informação que
essas coletam, este sistema pode dizer a direção dos passos e a distância percorrida pelo
portador. [14]
9
A precisão desta técnica varia dependendo da sensibilidade dos sensores, do caminhar em si
do próprio humano, pois situações como correr ou subir escadas podem tornar-se uma
dificuldade à correta leitura de dados e cálculo da localização, e o meio onde tal tecnologia é
implementado pois interferências magnéticas podem alterar os dados, mas nos casos ideais
pode chegar-se à precisão de menos de 5%.
3.2.2 Análise de Imagem
Esta tecnologia utiliza, como o próprio nome diz, a análise da imagem para concluir acerca do
posicionamento indoor[15]. Existem duas abordagens neste método:
 As que utilizam o reconhecimento do ambiente onde estão introduzidos baseando-se
em características do próprio ambiente onde está introduzido, analisando e/ou tirando
conclusões relativamente ao espaço onde está em simultâneo com o deslocamento do
individuo que contem o aparelho;
 As que utilizam marcas ou identificadores colocados propositalmente no ambiente
onde se está inserido para uma fácil e conclusiva análise do local;
3.2.3 Som e Ultrassom
Esta tecnologia embora não muito evoluída, mostrou ser de algum interesse pois possui
características que se calhar interessa.
Animais como o grilo ou o morcego utilizam som/ultrassom para “ver no escuro” ou
determinar a proximidade de algo[16]. Um exemplo deste método já implementado é o sistema
do grilo, que utilizando vários beacons para emitir sinais acústicos e o terminal móvel para
captar os mesmos, estando os beacons e o terminal móvel sincronizados através de uma
tecnologia RF, a estação móvel determina a sua localização calculando a diferença temporal
entre os sinais acústicos e os sinais de RF[17].
10
3.2.4 Tecnologias RFB
Radio Frequency Based ou tecnologias baseadas em frequência rádio são muito utilizadas
nesta área pois são bem convenientes para o objetivo pretendido e apresenta algumas
vantagens como baixo custo e simplicidade na sua implementação.
Nessa abordagem utilizam-se tecnologias como WiFi[5], Bluetooth[7], UWB, NFC entre
outras.
As ondas rádio viajam à velocidade da luz e isto torna-se um aspeto muito favorável à
implementação de sistemas baseados em frequência rádio pois tal caraterística pode garantir
uma boa precisão.
Tanto pode ser utilizado em abordagens para chegar à localização através da proximidade do
dispositivo como é o caso da NFC, ou também podem ser utilizadas para o cálculo da
distância baseando-se no envio e/ou receção dessas tais ondas radio como acontece no caso do
WiFi ou Bluetooth.
Existem vários algoritmos para o cálculo de distância:
 TOF: Time of flight ou tempo de voo que utiliza a diferença entre o momento em que
o sinal foi emitido e o tempo que foi recebido pelo recetor para determinar a distância
em que tal objeto se encontra.
 AOA: Angle of Arrival ou ângulo de chegada é utilizado com ajuda de uma matriz
previamente definida para que com um determinado angulo de chegada de ondas radio
se possa determinar a localização do emissor das mesmas ondas[8].
 RSSI: Received signal strength indication ou indicador da força do sinal recebido, e
utilizando simplesmente a potência recebida no recetor podemos determinar a que
distancia se encontra o emissor, tendo em conta a potência transmitida pelo
mesmo[8][11][13] [18].
De realçar que apenas a terceira opção será testada nesta solução.
3.3 Estado da Arte
Atualmente existem no mercado várias soluções para a resolução dessa limitação do GPS, as
quais abrangem diversas áreas pois é algo que mostra utilidade muito para além da qual
possamos imaginar.
Alguns exemplos de apps já existentes[1]:
 Air go da Air-Fi
 Meridian da Aruba
 Estimote
 Indoors
 IndoorSpirit da Kolkovo
 Indoor Atlas
 Spreo
 Wifarer
11
Capítulo 4
4 Bluetooth
4.1 Historia
[2] Em meados de 1994. Na época, a companhia Ericsson passou a estudar a viabilidade de
desenvolver uma tecnologia que permitisse a comunicação entre telefones celulares e
acessórios utilizando sinais de rádio de baixo custo, em vez dos tradicionais cabos. O estudo
foi feito com base em um projeto que investigava o uso de mecanismos de comunicação em
redes de telefones celulares, que resultou em um sistema de rádio de curto alcance que
recebeu o nome MC-Link. Com a evolução do projeto, a Ericsson percebeu que o MC-Link
poderia ser bem-sucedido, já que o seu principal atrativo era a implementação relativamente
fácil e barata.
4.2 Bluetooth
Bluetooth é um padrão global de comunicação sem fio e de baixo consumo de energia que
permite a transmissão de dados entre dispositivos, desde que um esteja próximo do outro.
Uma combinação de hardware e software é utilizada para permitir que este procedimento
ocorra entre os mais variados tipos de aparelhos. A transmissão de dados é feita por meio de
radiofrequência, permitindo que um dispositivo detete o outro independente de suas posições,
sendo necessário apenas que ambos estejam dentro do limite de proximidade (a princípio,
quanto mais perto um do outro, melhor).
Para que seja possível atender aos mais variados tipos de dispositivos, o alcance máximo do
Bluetooth foi dividido em três classes:



Classe 1: potência máxima de 100 mW (miliwatt), alcance de até 100 metros;
Classe 2: potência máxima de 2,5 mW, alcance de até 10 metros;
Classe 3: potência máxima de 1 mW, alcance de até 1 metro.
Este índice sugere que um aparelho com Bluetooth classe 3 somente conseguirá se comunicar
com outro se a distância entre ambos for inferior a 1 metro, por exemplo. Esta distância pode
até parecer inutilizável, mas é suficiente para conectar um fone de ouvido a um telefone
celular guardado no bolso de uma pessoa. É importante frisar, no entanto, que dispositivos de
classes diferentes podem se comunicar sem qualquer problema, bastando respeitar o limite
daquele que possui um alcance menor.
13
A velocidade de transmissão de dados no Bluetooth é relativamente baixa: até a versão 1.2, a
taxa pode alcançar, no máximo, 1 Mb/s (megabit por segundo). Na versão 2.0, esse valor
passou para até 3 Mb/s. Embora essas taxas sejam curtas, são suficientes para uma conexão
satisfatória entre a maioria dos dispositivos. Todavia, a busca por velocidades maiores é
constante, como prova a versão 3.0, capaz de atingir taxas de até 24 Mb/s.
Figura 4-Bluetooth
4.3 BLE
Bluetooth Low Energy é uma tecnologia de rede pessoal sem fios desenhada pela Bluetooth
Special Interest Group direcionada a aplicações em áreas em que sua simplicidade, reduzido
tamanho e fácil implementação possam ser aproveitados como na área de saúde, fitness,
beacons, segurança e entretenimento. A sua maior vantagem provavelmente é o baixo
consumo, em relação ao Bluetooth que conhecemos juntamente com o seu preço, isso tudo
sem perder a área de cobertura que esta oferece[3].
Hoje em dia encontra-se também embutido em smartphones com os mais variados sistemas
operativos como IOS, Android, Linux, OS X, Windows 8 entre outros.
Estima-se que até 2018 90% dos smartphones terão suporte para BLE.
Figura 5-BLE
14
O gráfico que se segue mostra a relação distância x potência recebida utilizando o Bluetooth
low energy.
Figura 6-Perda do sinal por distancia[19]
15
Capítulo Erro! Fonte de referência não encontrada.
5 MBED
É uma plataforma que inclui um sistema operativo desenvolvida para dispositivos que
funcionam através da conexão à internet que também são denominados de internet das coisas
que conta com o seu ambiente integrado de desenvolvimento (IDE) e SDK. De referir
também que o IDE é acessível apenas através do site da mbed.
A plataforma utilizada nesta solução será uma da Nordic, a nRF51822 juntamente com um
nordic semiconductor beacon.
O nRF51822 é um poderoso e altamente flexível SoC projetado para soluções de BLE ou
como são agora conhecidos, Bluetooth Smart, e para aplicações de ultra baixa potência
2.4GHz. O nRF51822 é construído em torno de um CPU de 32-bit ARM® Cortex™ M0 com
256kB/128kB flash + 32kB/16kB RAM para aplicações de performance melhorada.
O transceiver de 2.4GHz suporta tanto BLE como a pilha protocolar do Nordic Gazell
2.4GHz que por sua vez é compatível com o nRF24L que é também uma série de produtos da
Nordic.
17
Figura 7-nRF51822
Figura 8-nRFBeacon
18
Capítulo 6
6 Solução Proposta
A solução proposta passa pela utilização de algumas das ferramentas acima descritas como a
plataforma mbed, a tecnologia Bluetooth e algumas outras ferramentas que serão descritas ao
longo da explicação dessa solução.
A ideia é utilizar algumas plataformas mbed (3) para mapear um determinado espaço, em que
o objetivo será identificar precisamente as coordenadas em que se encontram o(s) beacons
que estarão dentro do espaço já estipulado que as plataformas cobrirão.
Cada plataforma irá receber os pacotes emitidos pelos beacons via Bluetooth low energy que
conterá o Id do beacon e através do seu RSSI deduzirá a distância em que se encontra o
beacon, isto com ajuda de uma tabela que ajudará no relacionamento RSSI X distância.
Com a distância obtida em cada uma das plataformas em relação a dado beacon, o sistema
terá informações suficientes para aplicar o algoritmo de trilateração a fim de determinar as
coordenadas nos eixos (X,Y), visto que é um mapeamento 2D isso bastará para conseguirmos
o pretendido.
A trilateração é um método algébrico para determinar a localização de determinado ponto em
determinado espaço utilizando distâncias, é também comumente confundido com a
triangulação que me vez de distâncias utiliza ângulos para chegar ao mesmo fim.
Assim temos a explicação do algoritmo que se pretende implementar:
 Considerando que temos as coordenadas espaciais (X,Y) das três plataformas;
 Trataremos as coordenadas em X das plataformas por i1,i2 e i3;
 As coordenadas em Y por sua vez serão denominadas de j1,j2 e j3;
 Agora tomaremos as distâncias entre as plataformas e o beacon, convertendo através
da tabela de conversão do rssi para centímetros, por d1,d2 e d3;
Com base nas assunções anteriores, teremos assim a seguinte fórmula para calcular a posição
no eixo XX:
Para a posição no eixo YY consequentemente teremos:
19
Figura 9-Funcionamento Trilateração
A trilateração é aplicada para determinar a posição de um dado ponto tendo como referencia
outros 3 como descrito na figura 9.
A distância entre o ponto que se pretende saber a sua localização e cada ponto de referência é
o raio de uma circunferência. Por exemplo a distância entre o ponto P1 e o ponto B será o raio
de uma circunferência, esta distância, nesta solução, é dada pela relação entre o RSSI e a
perda de potência por efeito da distância do emissor e recetor.
Com um ponto de referência, obtêm-se uma circunferência em que o ponto está em qualquer
parte do raio desta circunferência. Com duas, a localização do ponto será reduzida a apenas
duas hipóteses que serão os dois pontos onde essas mesmas circunferências se cruzam. E com
três, existirá apenas um ponto em comum entre os três pontos de referência. E este ponto é a
localização do ponto pretendido, no caso da figura 9, o ponto B.
20
Figura 10-Diagrama Casos de Uso do sistema
A figura 10 representa as funcionalidades que o sistema no seu todo tem que executar para o
funcionamento da aplicação. Em que o agente “beacon” é responsável apenas pela propagação
do sinal Bluetooth que corresponde a um pacote anunciando o seu endereço.
Já o agente “system” possui a parte de maior importância pois será responsável pela receção e
leitura do pacote propagado pelo beacon, e como ao receber o pacote, consegue determinar a
que potência o recebeu, tendo assim o RSSI, utiliza essa informação para determinar a que
distância está o beacon, e como o “system” será composto por três módulos nRF51822, terá
as três distancias que necessita para aplicar o algoritmo de trilateração já descrito. Após o
calculo das coordenadas do beacon, deve apresentar a posição exata do mesmo no ambiente
onde estão inseridos.
21
Figura 11-Simulação da solução
O ambiente de testes consiste na estipulação de uma pequena área retangular ou quadrangular
de relativamente pequena dimensão pois com distâncias na casa das dezenas de metros os
recetores teriam dificuldades em ler corretamente os sinais ou até mesmo não conseguir ler o
sinal propagado por algum dos módulos.
As linhas a vermelho representam a distância entre os módulos e essa distância pode ser
facilmente obtida já que o ambiente é estipulado com medidas fixas.
As linhas a verde correspondem ao sinal que é propagado pelo beacon e recebido pelos
módulos, que são posteriormente transformados em valores de distância através da relação
RSSI x distância.
22
23
Capítulo 7
7 Testes
7.1.1 Ambiente utilizado
Figura 12-Teste
25
Código C usado para obter o anúncio de um beacon[4].
int main(void)
{
led1 = 1;
Ticker ticker;
ticker.attach(periodicCallback, 1);
ble.init();
ble.gap().setScanParams(200,200);
ble.gap().startScan(advertisementCallback);
while (true) {
ble.waitForEvent();
}
}
7.1.2 Resultados
Após um teste nas condições da figura 12 aplicando o algoritmo de cálculo de distância
descrito no capitulo 6, página 19, obtiveram-se os seguintes resultados:
 Eixo XX = 7,404m
 Eixo YY = 2,66m
O que mostra boa precisão do algoritmo.
26
Capítulo 8
8 Conclusões
Após o estudo de várias abordagens possíveis sobre este tema e implementação de uma em
concreto chega-se à conclusão que esta área para além das implementações já existentes
existem eventualmente outras formas de aplicar tal tecnologia que certamente num futuro
próximo serão abordados. Os testes realizados mostram uma precisão aceitável dependendo
do algoritmo usado para calcular as coordenadas espaciais do beacon.
Outras abordagens como a do grilo garantem uma precisão muito maior, porem a
implementação e custos que esta abordagem propõe dão vantagem à utilização da abordagem
aqui proposta.
Contudo há que realçar também que a precisão da solução proposta depende e muito do
ambiente onde está integrado pois tanto obstáculos como o próprio magnetismo do meio onde
está inserido podem revelar-se um grande problema na leitura da potência do sinal recebido, o
RSSI.
Concluindo, embora a perceção dos algoritmos e fórmulas matemáticas exijam um bom
esforço por parte do investigador, quando os conceitos forem todos percebidos a ideia da
implementação real fica de muito mais clarificada.
27
Referências bibliográficas
[1]
http://www.quora.com/What-is-the-best-indoor-positioning-service-today
[2]
http://www.infowester.com/bluetooth.php
[3]
https://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth_low_energy
[4]
https://developer.mbed.org/teams/Bluetooth-Low-Energy/code/BLE_Observer/
[5]
Survey of Wireless Indoor Positioning Techniques and Systems
[6]
A Survey of Indoor Positioning and Object Locating Systems
[7]
Bluetooth Indoor Positioning by Anja Bekkelien
[8]
Algorithms for Location Estimation Based on RSSI Sampling
[9]
Are GSM phones THE solution for localization? On WMCSA'06
[10]
How feasible is the use of magnetic field alone for indoor positioning? ICIPIN
[11]
An adaptive indoor positioning system based on BLE RSSI by Matteo Matteucci
[12]
Foot-mounted INS for Everybody – Na.Open-source Embedded Implementation PLANS 2012
[13]
A New Algorithm of Mobile Node Localization Based on RSSI WET 2011
[14]
Pedestrian Dead Reckoning.A Basis for Personal Positioning
[15]
Uma Solução para Navegação Indoor por Nair Isabel
[16]
The Cricket indoor location system
[17]
Indoor localization using controlled ambient sound
[18]
RSSI Based Bluetooth Low Energy Indoor Positioning
[19]
using-rssi
http://stackoverflow.com/questions/27939719/how-to-improve-bluetooth-distance-measuring-
29
9 Apêndice A- Proposta de projeto
A1
Curso de Licenciatura em Engenharia Informática Projeto 3º
Ano - Ano letivo de 2014/2015
Localização Indoor
Orientador: Rui Pedro Lopes
Co-orientador: Pedro João Rodrigues
Objetivo
O objectivo do projeto é estudar e desenvolver um sistema de localização indoor ativo, com base em dispositivos
MBED.
Detalhes
A localização de pessoas depende, em grande medida, da disponibilidade do GPS, que é praticamente inexistente
dentro de edifícios. Várias abordagens podem ser usadas, como alternativa. Algumas recorrem, por exemplo, à
localização do som dos passos, a processamento de imagem ou por trilateração de fontes wireless.
Pretende-se, com este projeto, desenvolver um módulo MBED para localização ativa dentro de edifícios,
composto por um emissor e vários recetores. Espera-se, com esta abordagem, conseguir um bom nível de
precisão.
Metodologia de trabalho
O aluno deve começar por estudar a a arquitetura MBED e bibliotecas associadas. De seguida, deve fazer um
levantamento de algoritmos de localização indoor e, finalmente, proceder ao desenvolvimento do sistema.
Dimensão da equipa:
Recursos necessários:
2
1 ou 2 alunos
PC (Windows, Linux ou Mac OS X)
A3