Identification of RFID Indoor System and Influence of the Propagation Parameters on the Localization Accuracy

Abstract

Καθώς στο εγγύς μέλλον τα πάντα θα σημαίνονται με ετικέτες ταυτοποίησης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID), ο εντοπισμός αυτών των ετικετών στο περιβάλλον τους αρχίζει να αποτελεί ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για πολλές RFID-based πανταχού παρούσες υπολογιστικές εφαρμογές. Η τεχνική RFID έχει σχεδιαστεί εξ ορισμού, για να παρέχει ασύρματη ταυτοποίηση στοιχείων. Αναπτύσσεται γρήγορα και έχει γίνει το βιομηχανικό πρότυπο στην αναγνώριση και ταυτοποίηση προϊόντων. Οι ετικέτες RFID είναι συνήθως πολύ μικρές, ειδικά οι παθητικές. Η απόσταση ανάγνωσης είναι επαρκής για χρήση σε εσωτερικούς χώρους και οι ετικέτες RFID είναι πολύ οικονομικές. Το ζήτημα που αναλύεται εδώ σχετίζεται με το πρόβλημα της θέσης αντικειμένου σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, ένα συγκεκριμένο πρόβλημα στη διαδικασία εντοπισμού. Ο εντοπισμός (localization) αναφέρεται κυρίως στις συντεταγμένες εντοπισμού ενός κόμβου ή ενός αντικειμένου. Η μέθοδος RFID είναι μία από τις πλέον υποσχόμενες τεχνολογίες για εφαρμογές εσωτερικού χώρου που αφορούν την ταυτοποίηση θέσης. Αυτή η μελέτη αποτελείται από δύο μέρη: 1) Παρουσιάζει την Ταυτοποίηση των Εργαζομένων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ-IE), όταν οι εργαζόμενοι έχουν πρόσβαση σε μια συγκεκριμένη περιοχή του κτιρίου (είσοδο και έξοδο προς / από το πανεπιστήμιο). Η μέθοδος ταυτοποίησης μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID) εφαρμόζεται για την ταυτοποίηση, παρέχοντας ειδικά αναγνωριστικά που περιέχουν ετικέτες RFID, προκειμένου να μειωθεί ο χρόνος διαχείρισης και το πιο σημαντικό για να διατηρηθεί το status αποθηκεύοντας μια πλήρη ακαδημαϊκή καταγραφή. I 2) Εισάγει μια προσέγγιση που ονομάζεται Πολυδιάστατη Κλιμάκωση (MDS) για την εκτίμηση της θέσης άγνωστων ετικετών RFID μέσα στην περιοχή, ώστε να διευκολύνει τον εντοπισμό όλων των ετικετών σε ένα δίκτυο RFID και να μειώσει το κόστος εντοπισμού και την πολυπλοκότητα του περιβάλλοντος. Μετρά τις αποστάσεις μεταξύ αναγνώστη και ετικετών με τη χρήση του μοντέλου απώλειας διαδρομής, που συσχετίζει τις απώλειες με το λογάριθμο της απόστασης για το εσωτερικό περιβάλλον και το οποίο βασίζεται στη μέτρηση RSS. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι η μείωση του αριθμού των ακριβών αναγνωστών RFID και η καλύτερη ανοχή θορύβου. Ωστόσο, τα σήματα σε εσωτερικούς χώρους είναι γενικά σημαντικά μειωμένα λόγω της διάδοσης πολλαπλών διαδρομών και των μεταβλητών παραγόντων στον περιβάλλοντα χώρο, με αποτέλεσμα ετικέτες με πολύ περιορισμένες δυνατότητες που θέτουν πολλές προκλήσεις για την τοποθέτησή τους. Η παρεμβολή πολλαπλής διαδρομής αποφεύγεται επιλέγοντας το ισχυρότερο / μέγιστο λαμβανόμενο σήμα για ανίχνευση στις ετικέτες RFID, οι οποίες μπορεί να έχουν πέσει σχεδόν στις RF-παρεμβολές, επειδή το RSS έχει μια αντιστρόφως ανάλογη σχέση με την απόσταση από το σταθμό λήψης (δηλαδή, έχει ένα σύντομο μονοπάτι μεταξύ του πομπού και του δέκτη), το οποίο θα οδηγηθεί για μείωση του σφάλματος μέτρησης στην εκτίμηση της τοποθεσίας. Σύμφωνα με αυτή την κατάσταση, παρουσιάζουμε την επίδραση των παραμέτρων διάδοσης στην ακρίβεια εντοπισμού, μέσω της μεταβολής αυτών των παραμέτρων για παρατήρηση της κατανομής πιθανοτήτων μιας υπολογισμένης απόστασης, όπου οι παράμετροι διάδοσης σε εσωτερικούς χώρους κάνουν την εργασία με μετρήσεις ενίσχυσης του σήματος να αποτελεί πρόκληση. Έπειτα μοντελοποιούμε την αναλογία επίδρασης της απώλειας διαδρομής στο λαμβανόμενο σήμα για κάθε ετικέτα αναφοράς στην περιοχή ανίχνευσης η οποία καθορίζεται από τον αναγνώστη. Για τον περιορισμό του σφάλματος μέτρησης στην εκτίμηση της θέσης, το προτεινόμενο μοντέλο βασίζεται στη γνώση της επίδρασης της απώλειας διαδρομής στη λαμβανόμενη ισχύ για κάθε ετικέτα αναφοράς στην περιοχή κάλυψης, για τη μέτρηση του λαμβανόμενου σήματος, το οποίο έχει μέγιστο RSS ανάλογο του ελάχιστου PL (Max RSSPL). Ο στόχος είναι να μειωθεί η απόσταση μεταξύ της εκτιμώμενης και της πραγματικής θέσης των ετικετών RFID, κάτι που οδηγεί σε μείωση του σφάλματος εντοπισμού και σε αύξηση της ακρίβειας εντοπισμού της τεχνικής μας, ώστε να λάβετε ετικέτες ακριβούς τοποθεσίας ενός αντικειμένου.

While in the near future everything will be tagged with Radio Frequency Identification (RFID) tags, localization of these tags in their environment is becoming an important feature for many RFID-based ubiquitous computing applications. RFID is designed, by definition, to provide wireless object identification. It is developing fast and has become the industry standard for logistic and passport identification. RFID tags are usually very small, especially passive ones. The reading distance is enough for indoor use and RFID tags are very cheap. The issue being tackled here relates to the problem of object location in wireless sensor networks, a specific problem in localization. Localization primarily refers to the detection coordinates of a node or an object. RFID is one of the most promising technologies for indoor location awareness applications. This work constitutes of two sections: 1) It presents the Identification of Employees in National Technical University in Athens (IE-NTUA), when the employees access to a certain area of the building (enter and leave to/from the college). Radio Frequency Identification (RFID) is applied for identification by offering special badges containing RFID-tags, in order to reduce administration time and more importantly to keep status by storing a full academic record. 2) It introduces an approach named Multidimensional Scaling (MDS) for estimating the location of unknown RFID tags within the area to facilitate locating all tags in a RFID network and to reduce localization cost and environment complexity. It measures the distances between the reader and tags using the log normal distance path loss propagation model for indoor environment based on RSS measurement. The main advantage of this technique is the reduction in number of expensive RFID readers and moreover it can better tolerate noises. However, signals in indoor environments are generally harshly impaired because of multipath propagation and the variable factors in the surrounding environment, resulting in tags with very limited capabilities which pose many challenges for positioning them. Multipath interference is avoided by selecting the strongest/maximum received signal for detection on RFID tags, which may have been dropped almost the RF-interference, because RSS has an inverse proportional relationship with a distance from receiving station (i.e., it has a short path between the transmitter and receiver), that will be leaded to decrease a measurement error of location estimation. According to this condition, we present the effect of propagation parameters on localization accuracy by varying these parameters to observe probability distribution of estimated distance, where the propagation parameters in indoor environments make working with signal strength measurements challenging. Then we model the ratio of the effect path loss on the received signal strength for each RFID tag in the detection area which is determined by the reader. To alleviate measurement error on the location estimation, the proposed model is based on knowing the effect of path loss on the received strength for each RFID tag in the coverage area to measure the received signal, which has Maximum RSS relative to Minimum PL (Max RSSPL). The goal is to reduce distance between the estimated and the actual RFID tags position, which leads to reduce localization error and increase localization accuracy of our technique to get accurately the location of object tags.