Πειραματική αξιολόγηση τεχνολογίας Wi-Fi RTT για εντοπισμό σε υβριδικούς/κλειστούς χώρους

Ορφανός - Αναστασίου, Εμμανουήλ; Orfanos - Anastasiou, Emmanouil

dc.contributor.author	Ορφανός - Αναστασίου, Εμμανουήλ	el
dc.contributor.author	Orfanos - Anastasiou, Emmanouil	en
dc.date.accessioned	2022-01-28T20:22:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54464
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22162
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διάρκεια διάδοσης σήματος	el
dc.subject	Εντοπισμός σε κλειστό χώρο	el
dc.subject	Υβριδικός χώρος	el
dc.subject	Wi-Fi	el
dc.subject	FTM	el
dc.subject	RTT	en
dc.subject	Indoor positioning	en
dc.subject	Hybrid space	en
dc.subject	Wi-Fi	en
dc.subject	FTM	en
dc.title	Πειραματική αξιολόγηση τεχνολογίας Wi-Fi RTT για εντοπισμό σε υβριδικούς/κλειστούς χώρους	el
dc.title	Experimental evaluation of Wi-Fi RTT technology for localization in hybrid/indoor areas	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εντοπισμός σε κλειστούς χώρους	el
heal.classification	Indoor positioning	en
heal.dateAvailable	2023-01-27T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07-20
heal.abstract	Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η αξιολόγηση μέσω σειράς πειραμάτων της σύγχρονης τεχνολογίας εντοπισμού του Wi-Fi RTT και η περαιτέρω διερεύνηση των δυνατοτήτων της. Στόχο της εργασίας αποτελεί η κατανόηση του προβλήματος και η μελέτη του θεωρητικού υποβάθρου του αντικειμένου, η εξοικείωση με τον απαραίτητο εξοπλισμό, τις παραμέτρους που απαιτούνται καθώς και τις ιδιαιτερότητες και τους περιορισμούς της τεχνολογίας, η κατασκευή κατάλληλων σεναρίων που να αποτυπώνουν και να αξιοποιούν τα παραπάνω, η υλοποίηση των αντίστοιχων μετρήσεων και ο σχεδιασμός μοντέλων βαθμονόμησης. Επιδιώκεται απ’ όλα τα παραπάνω ο προσδιορισμός αποστάσεων με την καλύτερη δυνατή ποιότητα. Οι εξελίξεις στον τομέα του εντοπισμού με την χρήση δικτύου Wi-Fi, έχουν φέρει στο προσκήνιο τα τελευταία χρόνια με το πρωτόκολλο IEEE 802.11 - FTM την δυνατότητα εκτίμησης αποστάσεων με μέτρηση του χρόνου αποστολής και λήψης του σήματος (Round Trip Time – RTT). Με αυτό τον τρόπο προσφέρεται η δυνατότητα προσδιορισμού θέσης με την χρήση έξυπνων κινητών τηλεφώνων (smartphones) σε κλειστούς και υβριδικούς χώρους στους οποίους όπως είναι γνωστό δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί εντοπισμός μέσω του δικτύου GNSS. Η ακρίβεια μπορεί να είναι και καλύτερη του 1 m. Η χρήση τέτοιας τεχνολογίας δύναται να προσφέρει καλή ποιότητα αποτελεσμάτων ενώ το μικρό απαιτούμενο κόστος μπορεί να κάνει προσιτή την ευρεία αξιοποίησή της. Στα πλαίσια του πειραματικού σκέλους της εργασίας, κατασκευάστηκαν στατικά και κινηματικά σενάρια και χρησιμοποιήθηκε η τεχνολογία Wi-Fi RTT για τον προσδιορισμό αποστάσεων μεταξύ δεκτών και κινητής συσκευής. Στα στατικά σενάρια χρησιμοποιήθηκαν τρεις δέκτες (COMPULAB WILD) και ελέγχθηκε η απόδοση της μεθόδου σε διαφορετικές συνθήκες περιβάλλοντος (LOS και NLOS) και με διαφορετικές ρυθμίσεις εύρους ζώνης συχνοτήτων στον δέκτη (20, 40 και 80 MHz) με σκοπό την βέλτιστη επιλογή τους, έπειτα από εφαρμογή κατάλληλης βαθμονόμησης (γραμμικής διόρθωσης). Στην συνέχεια υλοποιήθηκαν τα κινηματικά σενάρια με τους δέκτες ρυθμισμένους στην βέλτιστη επιλογή που κρίθηκε από τα δεδομένα των στατικών πειραμάτων. Από τα κινηματικά σενάρια επιδιώχθηκε η σύγκριση απόδοσης μεταξύ διαφορετικών κινητών συσκευών (Google Pixel, Xiaomi Redmi) αλλά και διαφορετικών μεθόδων βαθμονόμησης (μέσο μοντέλο γραμμικών διορθώσεων βάσει προσανατολισμένων μετρήσεων, επιλογή βέλτιστου μοντέλου γραμμικής διόρθωσης σύμφωνα με ταυτοποίηση ισχύος σήματος) παρατηρώντας τόσο στατικά (για την βαθμονόμηση) όσο και κινηματικά δεδομένα. Η εξαγωγή τροχιών αποτελεί συμπληρωματικό κομμάτι της διπλωματικής εργασίας, καθώς κύριο μέλημα αυτής αποτελεί η εξαγωγή της βέλτιστης δυνατής απόστασης με την χρήση του Wi-Fi RTT και όχι ο προσδιορισμός θέσης μέσω της τομής κύκλων (τριπλευρισμός). Τα αποτελέσματα των στατικών πειραμάτων έδειξαν ότι το σύστημα (χρήση κινητής συσκευής Google Pixel) λειτουργεί με βέλτιστο τρόπο (μικρότερα σφάλματα και μεγαλύτερη σταθερότητα) με τον δέκτη σε ρύθμιση 80 MHz, ανεξαρτήτου συνθηκών, και κυρίως σε αποστάσεις μικρότερες των 30 m. Η μέση απόκλιση από την πραγματική τιμή απόστασης προέκυψε περίπου 0.7 m και 1.2 m για LOS και NLOS συνθήκες αντίστοιχα. Παράλληλα προέκυψαν συμπεράσματα για την συμπεριφορά των μετρήσεων υπό διαφορετικές συνθήκες και ρυθμίσεις. Για τα κινηματικά σενάρια, στις παραμέτρους των σεναρίων προστέθηκε δεύτερη κινητή συσκευή (Xiaomi Redmi) καθώς και δύο επιπλέον δέκτες. Τα σενάρια έδειξαν ότι η διαφορετική κινητή συσκευή έχει σημασία για την ποιότητα του αποτελέσματος και ανταποκρίνεται διαφορετικά σε ίδιες συνθήκες περιβάλλοντος. Παρατηρήθηκε αδυναμία από τα δεδομένα που συλλέγηκαν από τη Xiaomi συσκευή να παραχθεί ικανοποιητικός εντοπισμός της τροχιάς με συνέπεια τον περιορισμό επιπρόσθετων συμπερασμάτων. Σχετικά με τα μοντέλα διορθώσεων, και τα δύο είχαν παρόμοια συμπεριφορά και μικρή σχετική απόκλιση μεταξύ τους, δείχνοντας ότι τουλάχιστον αναφορικά με τις γραμμικές διορθώσεις μπορεί να επιλεγεί οποιοδήποτε από τα δύο προκύπτοντας παραπλήσια αποτελέσματα στην λύση εντοπισμού. Η αξιοποίηση του παράγοντα του προσανατολισμού κρίθηκε σημαντική και με αρκετά περιθώρια περαιτέρω ανάπτυξης των μοντέλων βαθμονόμησης βάσει αυτού.	el
heal.abstract	The object of the diploma thesis is the evaluation through a series of experiments of the modern positioning technology of Wi-Fi RTT and the further investigation of its possibilities. The aim of the work is to understand the problem and study the theoretical background of the subject, the familiarity with the necessary equipment, the required parameters as well as the particularities and limitations of the technology, the construction of appropriate scenarios that capture and utilize the above, the implementation of the respective measurements and the design of calibration models. The aim is to determine distances with the best possible quality. Developments in the field of tracking using Wi-Fi network, have brought to the fore in recent years with the IEEE 802.11 - FTM protocol the ability to estimate distances by measuring the sending and receiving time (Round Trip Time - RTT). In this way, it is possible to determine the location by using smartphones in indoor and hybrid spaces in which, as it is known, tracking cannot be done through the GNSS network. The accuracy can be better than 1 m. The use of such technology can offer good quality results while the low required cost can make its widespread use affordable. As part of the experimental part of the work, static and kinematic scenarios were constructed and Wi-Fi RTT technology was used to determine distances between receivers and a mobile device. In the static scenarios, three receivers (COMPULAB WILD) were used and the performance of the method was tested in different ambient conditions (LOS and NLOS) and with different bandwidth settings on the receiver (20, 40 and 80 MHz) in order to optimally select them, after applying a suitable calibration (linear correction). Then the kinematic scenarios were implemented with the receivers adjusted to the optimal choice judged by the data of the static experiments. The kinematic scenarios sought to compare performance between different mobile devices (Google Pixel, Xiaomi Redmi) but also different calibration methods (mean model of linear corrections based on oriented measurements, selection of optimal linear correction model according to signal strength identification) by observing static data (used for calibration) as well as kinematic data. The extraction of tracks is a complementary part of the diploma thesis, as its main concern is the extraction of the optimal possible distance using Wi-Fi RTT and not the determination of position through the intersection of circles (trilateration). The results of the static experiments showed that the system (using a Google Pixel mobile device) works optimally (smaller errors and greater stability) with the receiver set at 80 MHz, regardless of conditions, and especially at distances less than 30 m. The mean deviation from the true distance value was approximately 0.7 m and 1.2 m for LOS and NLOS conditions respectively. At the same time, conclusions were drawn about the behavior of the measurements under different conditions and regulations. For the kinematic scenarios, a second mobile device (Xiaomi Redmi) was added to the scenarios’ settings as well as two additional receivers. The scenarios showed that the different mobile device is important for the quality of the result and responds differently to the same environmental conditions. There was an inability from the data collected using the Xiaomi device to produce a satisfactory tracking of the orbit, consequently limiting additional conclusions. Regarding the correction models, both had similar behavior and a small relative deviation from each other, showing that at least with respect to the linear corrections either of the two can be selected resulting in similar results in the localization solution. The utilization of the orientation factor was considered important and with several margins for further development of the calibration models based on it.	en
heal.advisorName	Γκίκας, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Δουλάμης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Πανταζής, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false