Wireless-based infrastructures for indoor localization systems

Abstract

The rapid evolution of Wireless technologies, speci cally in the area of Wireless Sensor Networks (WSN), has led to a growing demand for the availability of information anywhere, about anything. WSN are being widely used, for example, in domotic applications, partly due to their relatively low cost and their low energy consumption nature. These characteristics make this kind of networks very useful to ll some gaps in other applications, e.g. localization-related applications. This dissertation focuses, then, on the growing importance and demand for localization of people or objects and presents one of the possible approaches to the problem of indoor localization. By merging two di erent wireless technologies (IEEE 802.11 and IEEE 802.15.4), it is possible to make wireless communications more e cient for some applications. The merge is achieved by the creation of a Gateway, with support for both standards and near-transparent translation between them. This allows cheaper 802.15.4 devices to communicate with regular 802.11 TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) based networks, giving space for inumerous applications, speci cally for localization purposes, which is the main goal of this project. The creation of the necessary hardware infrastructures and its respective control software, even though the solution may be used in a large range of applications, is more speci cally directed to comply with some of the requirements of the localization system to be created, eventually. So, in addition to the Gateways that make the translation between the two already referred standards, this project consists in the creation of Tags, small low-power and low-cost end-devices that are to be attached to the objects in need of localization features. These devices communicate with the Gateways by means of an 802.15.4 connection and indirectly advertise their location, by providing the signal strength of the connection. This data is computed and can be accessed in any personal computer with a web browser and a connection to the network.

A r apida evolu c~ao das tecnologias de redes sem os, em particular na area das Wireless Sensor Networks (WSN), levou ao crescimento da necessidade de obter informa c~oes, sobre qualquer coisa, em qualquer lugar. As WSN t^em sido amplamente utilizadas, por exemplo, em aplica c~oes da area da dom otica, em parte devido ao seu relativamente baixo custo e baixo consumo de energia. Estas caracter sticas fazem com que este tipo de redes seja bastante importante no preenchimento de algumas lacunas ainda existentes noutras aplica c~oes, como por exemplo, aplica c~oes de localiza c~ao de objectos. Esta disserta c~ao foca-se, ent~ao, na crescente import^ancia e necessidade de localiza c~ao de pessoas e objectos e apresenta uma das poss veis abordagens ao problema de localiza c~ao em espa cos fechados. Atrav es da integra c~ao m utua de duas tecnologias wireless diferentes (IEEE 802.11 e 802.15.4) e poss vel tornar as comunica c~oes wireless bastante mais e cientes em alguns campos de aplica c~ao. Esta integra c~ao e conseguida com a cria c~ao de um Gateway com suporte para ambos os standards referidos e tradu c~ao quase transparente (para o utilizador) entre ambos. Assim, passa a ser poss vel a comunica c~ao entre dispositivos mais baratos (802.15.4) e redes 802.11 baseadas em TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), abrindo algum espa co a cria c~ao de in umeras aplica c~oes, mais especi camente, aplica c~oes relacionadas com localiza c~ao, que representam, no fundo, o objectivo principal deste projecto. A cria c~ao das infraestruturas necess arias e do respectivo software de controlo, ainda que esta solu c~ao possa ser aplicada em muitos outros campos, foi direccionada especi camente para cumprir com alguns dos requisitos do sistema de localiza c~ao que venha eventualmente a ser criado. Assim, para al em dos Gateways, que fazem a tradu c~ao entre os dois standards j a mencionados, este projecto consiste na cria c~ao de Tags, pequenos dispositivos terminais de muito baixo custo e muito baixo consumo energ etico, que poder~ao ser acoplados aos objectos que necessitem de localiza c~ao. Estes dispositivos comunicam com os Gate- ways atrav es de uma liga c~ao wireless usando o standard IEEE 802.15.4 e, indirectamente, anunciam a sua localiza c~ao atrav es da disponibiliza c~ao do valor da for ca do sinal na conex~ao. Estas informa c~oes s~ao processadas e podem ser acedidas a partir de qualquer computador pessoal que esteja munido de um browser web e ligado a mesma rede.