planejamento do posicionamento de leitores e etiquetas de referência em sistemas de localização...
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Planejamento do Posicionamento de Leitores e Etiquetas de Referência em Sistemas de Localização RFID
SBRC – WGRS 2011
Bruno Almeida da SilvaPaulo André da S. Gonçalves
Sumário
Motivação e Problema Abordado Trabalhos Relacionados Ambiente Interno e Configurações de
Posicionamento Estudados Avaliações de Desempenho Conclusões
Motivação
O que é o RFID (Radio Frequency IDentification)?
)))))Etiquetas Leitor Base de Dados
Sinal de rádio
Motivação
Sistemas de Localização RFID
leitor
etiqueta de referência
objeto a ser localizado
RSS Etiquetas ativas
Motivação
Variabilidade do RSS (Received Signal Strength)
leitor
etiqueta de referência
objeto a ser localizado
posicionamento estimadodo objeto
erro nalocalização
Problema Abordado
Qual é a aplicação?
leitor
etiqueta de referência
objeto a ser localizado
posicionamento estimadodo objeto
erro nalocalização
A B
C D
sala ou áreaincorreta
sala ou áreacorreta
Objetivos do Trabalho
Estudar o impacto do posicionamento da infraestrutura de localização na eficiência de localização da aplicação estudada
Prover orientação para um posicionamento mais adequado
Considerações Ambiente interno: Aberto e Fechado Variabilidade de medidas de RSS Sistemas de localização: LANDMARC e LANDMARC+ 27 configurações de posicionamento da infraestutura de
localização (leitores e etiquetas de referências)
Trabalhos Relacionados
LANDMARC
Trabalhos Relacionados
LANDMARC+
Ambiente Interno
Fechado Aberto
2,75 m
2,75
m
x
y
2,75 m2,
75 m
x
y
Posicionamentos Estudados
Etiquetas de Referência
A
B
C
Ambiente fechadoAmbiente aberto
0,1 m da borda de cada área
0,6 m da borda de cada área
1,1 m da borda de cada área
Posicionamentos Estudados
Leitores
Posicionamentos válidos para ambientes abertos e fechados
3
6
9
2
5
8
1
4
7
Posicionamentos Estudados
Notação adotada: XY
X: posicionamento de etiquetas de referências Y: posicionamento de leitores
Exemplo:
3A
Avaliações de Desempenho
Implementação de simulador
Implementação dos sistemas LANDMARC e LANDMARC+
RSS Necessidade de definir modelo de propagação de
sinais
Avaliações de Desempenho: Modelo de Propagação
Path Loss
PL estendido
variável aleatória com variância e média
Avaliações de Desempenho: Modelo de Propagação
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
CenáriosCenários Tipo Modelo Frequência
Cenário 1 Fechado Desvanecimento 915 Mhz
Cenário 2 Aberto Desvanecimento 915 Mhz
Cenário 3 Fechado Path Loss estendido 915 Mhz
Cenário 4 Aberto Path Loss estendido 915 Mhz
Intervalo de confiança: 99% 27 configurações de
posicionamento Número de áreas: 9 Número de objetos (a localizar)
aleatoriamente posicionados por área: 2.000
em passos de 0,5
em passos de 2 Número de simulações por
cenário: 2.000 x {aberto, fechado} x 27 x 9 x {( x quantidade de passos), ( x quantidade de passos)}
Avaliações de Desempenho
Métrica de Avaliação
Eficiência Global
LANDMARC: probabilidade de acertar com sua única estimativa a sala/área onde se encontra o objeto
LANDMARC+: probabilidade de uma de suas duas estimativas acertar a sala/área onde se encontra o objeto
Avaliações de Desempenho
Cenário
1
Posicionamento A de etiquetas de referência
Pior eficiência global para o LANDMARC:
41,83%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
73,87%
Desvanecimento
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
1
Posicionamento B de etiquetas de referência
Desvanecimento
Pior eficiência global para o LANDMARC:
54,09%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
83,5%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
1
Posicionamento C de etiquetas de referência
Desvanecimento
Pior eficiência global para o LANDMARC:
57,63%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
86,61%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
2
Posicionamento A de etiquetas de referência
Desvanecimento
Pior eficiência global para o LANDMARC:
44%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
63,69%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
2
Posicionamento B de etiquetas de referência
Desvanecimento
Pior eficiência global para o LANDMARC:
45,66%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
70,6%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
2
Posicionamento C de etiquetas de referência
Desvanecimento
Pior eficiência global para o LANDMARC:
51,28%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
73,32%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Análise dos cenários 1 e 2 O posicionamento 6 de leitores
produz o pior desempenho de localização em qualquer situação
O posicionamento 4 de leitores associado ao posicionamento C de etiquetas de referência produzem o melhor desempenho de localização
4C
Avaliações de Desempenho
Cenário
3
Posicionamento A de etiquetas de referência
Path Loss estendido
Pior eficiência global para o LANDMARC:
42,31%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
66,8%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
3
Posicionamento B de etiquetas de referência
Path Loss estendido
Pior eficiência global para o LANDMARC:
49,35%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
72,5%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
3
Posicionamento C de etiquetas de referência
Path Loss estendido
Pior eficiência global para o LANDMARC:
52,63%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
73,98%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
4
Posicionamento A de etiquetas de referência
Path Loss estendido
Pior eficiência global para o LANDMARC:
40,69%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
55,16%
Efici
ênci
a G
lob
al
2º melhor caso: 54,45%
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
4
Posicionamento B de etiquetas de referência
Path Loss estendido
Pior eficiência global para o LANDMARC:
40,99%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
59,82%
2º melhor caso: 59,41%
Efici
ênci
a G
lob
al
Posicionamento de Leitores
Avaliações de Desempenho
Cenário
4
Posicionamento C de etiquetas de referência
Path Loss estendido
Pior eficiência global para o LANDMARC:
44,56%
Melhor eficiência global para o LANDMARC:
57,93%Posicionamento de
Leitores 2º melhor caso: 56,48%
Efici
ênci
a G
lob
al
Avaliações de Desempenho
Análise dos cenários 3 e 4 O posicionamento 6 de leitores
produz o pior desempenho de localização em qualquer situação
C6 produz os melhores resultados em ambientes fechados
Cenário 4 O melhor posicionamento de
leitores varia em função do posicionamento das etiquetas de referência
A8 (55,16%), B5 (59,82%) e C4 (57,93%)
5B
Avaliações de Desempenho:Análise Global
Cenários 1, 2 e 3 Posicionamento C4 produz os melhores
resultados
Cenário 4 Melhor configuração: B5
C4 é ligeiramente inferior
O posicionamento C4 mostra-se o mais adequado como planejamento de posicionamento
4C
Avaliações de Desempenho: Análise Global
Fatores importantes para o posicionamento C4 ser a escolha mais adequada
Layout único de posicionamento em ambientes reais Infraestrutura de localização precisa ser fixa Posicionamento previamente mapeado
Propagação de sinais variam ao longo do tempo Inviável readequar o posicionamento em função das condições
do canal de comunicação
Avaliações de Desempenho: Análise Global
4C
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global por sala com o posicionamento C4
Cenário 1 (fechado/desvanecimento)
Efici
ênci
a G
lob
al
Efici
ênci
a G
lob
al
K K
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global por sala com o posicionamento C4
Cenário 3 (fechado/path loss estendido)
Efici
ênci
a G
lob
al
Efici
ênci
a G
lob
al
σ2 σ2
Avaliações de Desempenho:Posicionamento Restrito
Proposto emSilva, R. A., and Gonçalves, P. A. S., “Um Novo Algoritmo de Auxílio à Localização de Etiquetas RFID Ativas em Ambientes Internos”, In Proceedings of Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC), v. 1, p. 539-552, Recife, 2009.
Motivação
leitor
etiqueta de referência
objetos a seremlocalizados
SEM posicionamentorestritoCOM posicionamentorestrito
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global por sala com o posicionamento restrito de objetos C4
Cenário 1 (fechado/desvanecimento)
Efici
ênci
a G
lob
al
Efici
ênci
a G
lob
al
K K
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global por sala com o posicionamento restrito de objetos C4
Cenário 3 (fechado/path loss estendido)
Efici
ênci
a G
lob
al
Efici
ênci
a G
lob
al
σ2 σ2
Avaliações de Desempenho
Comparativo de Eficiência Global
Cenário 3 SEM posicionamento restrito
Cenário 3 COM posicionamento restrito
Efici
ênci
a G
lob
al
Efici
ênci
a G
lob
al
σ2 σ2
Aumento da eficiência de localização quando os objetos a serem localizados
estão na região interna das etiquetas de referência de uma área
Melhoria de 11,02 a 13,05% entre as salas 2, 4, 6 e 8
Conclusões Posicionamento da infraestrutura de localização afeta
significativamente a eficiência de localização da aplicação estudada
Melhor configuração de posicionamento: C4
27 configurações de posicionamento estudadas
Ambiente interno aberto ou fechado similares ao estudado
Sistemas de localização LANDMARC e LANDMARC+
Diferentes condições de propagação de sinais
Comunicação dos leitores com todas as etiquetas
A6 (aberto/PL estendido) é o pior caso dos estudos com Eficiência Global de 40,69%
C4 (fechado/desvanecimento) é o melhor caso dos estudos com Eficiência Global de 86,61%
4C
Questionamentos?