Localização Indoor - Montra de Projetos de Informática
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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