Geolokalizacja węzłów bezprzewodowych sieci sensorycznych w otwartej przestrzeni

Celem niniejszej pracy dyplomowej była weryfikacja zastosowania – w geolokalizacji
węzłów bezprzewodowej sieci sensorycznej krótkiego zasięgu – algorytmu opartego na
pomiarze mocy odebranego sygnału. Był on przygotowany dla dynamicznie zmieniających
się topologii sieci zbudowanych z jedynie kilku węzłów o znanych położeniach. Pomiary
zaś miały uwzględniać wyłącznie dane pochodzące od węzłów bazowych. Sprawdzono
również przydatność zastosowanego algorytmu do lokalizacji w obrębie przejść dla
pieszych, tj. zgodnie z polskimi przepisami, z dokładnością do 2 m.
Analiza algorytmu skupiała się wokół dwóch zasadniczych aspektów: dokładności (błędy
maksymalne i średniokwadratowe) oraz efektywności (wskaźnik skuteczności
zdefiniowany jako procentowa ilość węzłów zlokalizowanych z błędem
nieprzekraczającym wyżej wymienionych 2 m). W ramach przeprowadzonych badań
poddano analizie kilka modeli propagacji i kilka modyfikacji zaproponowanej procedury.
Seria pomiarowa, pokrywająca otwartą przestrzeń o wymiarach 8x8 m, wykazała
poprawność działania zastosowanego algorytmu w przypadku 70% węzłów z średnim
błędem rzędu 2,1 m i maksymalnym odchyleniem do 9 m. Uśrednienie pomiarów
przeprowadzonych dla różnych mocy nadawczych nie usprawniło w znaczący sposób
procesu lokalizacji. Ponadto okazało się, iż w przypadku lokalizacji krótkiego zasięgu,
dokładność uzyskanych wyników nie zależała od poziomu mocy nadawczej, mimo że
różnice w parametrach funkcji aproksymującej poziom odebranej mocy od odległości
pozwalają teoretycznie na usprawnienie lokalizacji aż do poprawnego określenia położenia
90% wszystkich węzłów i na spadek błędu średniokwadratowego do wartości 1,4 m.
Podsumowując, przeprowadzona analiza wykazała konieczność wprowadzenia dalszych
usprawnień w celu sprostania wymaganiom poprawnej lokalizacji w obrębie przejść dla
pieszych.

The aim of this thesis was a verification of RSS-based algorithm usability to a short range
wireless sensor nodes geolocalisation. Algorithm was prepared for dynamically changing
network topology of only a few anchor nodes, while the measurements were to be
conducted for the beacons only. The applicability of the algorithm was tested to meet the
requirements of the proper localisation within the pedestrian crossing, i.e. within 2 m range
according to the Polish restrictions.
Algorithm analysis touch on several aspects, comprising accuracy (maximal and root mean
square errors) and efficacy (success rate defined as percent of nodes localised with an error
not exceeding aforementioned 2 m). Several modelling functions along with some
variations of proposed procedure were put to the analysis.
A series of measurements conducted over the 8x8 m open area has indicated proper
localisation of 70% of nodes with the average error of 2.1 m and maximal deviation up to
9 m. Measurement averaging on the basis of the transmitter multi-power has not bring
much beneficial influence to the system response. Furthermore, it occurred that in case of
short range localisation, accuracy of the algorithm has not depended on the transmit power
level, although differences in the approximation functions parameters bring an opportunity
to improve system response up to 90% of successful localisations along with root mean
square error of 1.4 m.
Eventually, analysis has indicated necessity of further improvement of the localisation
concept in order to fulfill the requirements.