Método y sistema de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica.

Método y sistema de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica

El método comprende:



- recibir, el dispositivo móvil (D), una serie de señales inalámbricas desde unos nodos estacionarios (n1-n8);

- extraer y analizar información de potencia de las señales inalámbricas;

- generar información de potencia estimada asociada a un nodo del cual el dispositivo móvil (D) no ha recibido una señal inalámbrica, en un periodo determinado, o la ha recibido pero su potencia es muy débil, aplicando un factor de corrección a información de potencia previa obtenida para dicho nodo en un periodo anterior a dicho periodo determinado; y

- determinar la posición del dispositivo móvil (D) utilizando la información de potencia extraída, utilizando también dicha información de potencia estimada.

El sistema está adaptado para implementar el método de la invención.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201230112.

Solicitante: UNIVERSITAT AUTONOMA DE BARCELONA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LOPEZ VICARIO,Jose, MORELL PEREZ,Antoni, BEL PEREIRA,Albert.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H04W4/02 ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04W REDES DE COMUNICACION INALAMBRICAS (difusión H04H; sistemas de comunicación que utilizan enlaces inalámbricos para comunicación no selectiva, p. ej. extensiones inalámbricas H04M 1/72). › H04W 4/00 Servicios especialmente adaptados para las redes de comunicación inalámbricas; Recursos para las mismas. › Servicios que hacen uso de información de localización.
Método y sistema de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica.

Fragmento de la descripción:

Método y sistema de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica Sector de la técnica La presente invención concierne, en un primer aspecto, a un método de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica, basado en el análisis de información de potencia contenida en unas señales recibidas desde unos nodos estacionarios, y más en particular a un método que comprende corregir la información de potencia de un nodo del cual no se recibe una señal inalámbrica o ésta es muy débil.

Un segundo aspecto de la invención concierne a un sistema de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica adaptado para implementar el método del primer aspecto.

Estado de la técnica anterior

En los últimos años ha habido un interés muy grande en los conceptos de Future Internet, Internet of Things y Smart Cities [1]. Básicamente, se destaca la necesidad de adaptar la Internet creada hace unos 30 años al escenario que tenemos actualmente, caracterizado en gran parte por la aparición de redes de carácter heterogéneo, siendo las redes de sensores inalámbricas una de las más importantes al tener como horizonte el proveer a las ciudades de un sistema de gestión y monitorización más eficiente. Esto viene en parte también impulsado por el altísimo número de convocatorias lanzadas por la Unión Europea en el 7º Programa Marco (7PM) , proyectos AVANZA ofrecidos por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio (España) y las nuevas convocatorias Inforegió promovidas por la Generalitat de Catalunya (España) . Fruto de ello, aparece un gran interés por parte de la industria de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) en desarrollar aplicaciones y servicios basados en la explotación de las redes de sensores inalámbricas con el objetivo de introducirse en el mercado incipiente de las Smart Cities.

Son conocidos diversos sistemas de posicionamiento y seguimiento de vehículos basados en el uso de redes de sensores inalámbricas. A diferencia de otros sistemas de posicionamiento basados en GPS o redes celulares, tales sistemas proporcionan una localización más precisa en entornos urbanos y en subterráneos, además de un tiempo de posicionamiento más reducido. Por tanto, el principal beneficio que pueden proporcionar al usuario es el poder disponer de información de posición de forma más rápida y precisa. Aparte, tales sistemas consumen mucha menos energía que un receptor GPS debido a la alta eficiencia energética que presentan los nodos de una red de sensores inalámbrica trabajando con tecnología de bajo consumo basada en el estándar de comunicaciones IEEE 802.15.4.

Se pueden encontrar diferentes trabajos en la literatura sobre sistemas de posicionamiento basado en redes de sensores, pero éstas no contemplan la posibilidad de hacer el seguimiento de vehículos con movilidades medias-altas con este tipo de redes, especialmente en entornos urbanos. Algunos ejemplos de localización basada en redes de sensores recogen la utilización de mapas de potencias [2], lo cual incrementa la complejidad del sistema en gran medida por la necesidad de campañas de medidas previas. La motivación de esto viene dado por las grandes perturbaciones que sufren las medidas de potencia debidos a los efectos del canal inalámbrico. Para solucionar este problema, otros trabajos proponen el uso de sistemas cooperativos donde todos los nodos de una red cooperan para mejorar las medidas [3], pero estos métodos llevan a cabo algoritmos centralizados, donde un nodo se encarga de realizar todos los cálculos de posición de todos los nodos de la red y esto aumenta en gran medida el tráfico generado para el posicionamiento en sí. Otros trabajos consideran el uso de interferometría radio [4], la cual también considera medidas de potencia y es capaz de reducir el error de forma drástica. No obstante, requiere el uso de una forma de onda especial (tonos puros) las cuales no se encuentran en los estándares de comunicaciones convencionales. Otras técnicas intentan mejorar las prestaciones usando medidas de tiempo, las cuales son menos sensibles a las variaciones del canal inalámbrico. En [5] se propone el uso de sistemas UWB (Ultra Wide Band) , por su gran ancho de banda, para llegar a precisiones de cm. No obstante, también requieren de campañas de medidas para realizar mapas de tiempos y el hecho de que se envíen medidas temporales para estimar el tiempo de propagación de las señales requiere la sincronización de los nodos de la red, lo cual no es sencillo en la mayoría de casos. Otro de los problemas encontrados es que UWB es una tecnología con baja disponibilidad hoy día y presenta coberturas muy bajas al trabajar con baja potencia de transmisión. En [6] proponen un sistema que opera también con medidas temporales pero, para evitar el tener que asegurar la sincronización de los nodos, se trabaja con medidas temporales resultantes de usar señales de ida-vuelta. Es decir, midiendo diferencias de tiempos de una señal que hace el recorrido fuente-destino-fuente se puede obtener estimaciones de distancias con nodos desincronizados. El problema aquí reside en la necesidad de disponer de relojes con precisiones de nanosegundos (de mayor complejidad de los normalmente utilizados en soluciones comerciales que operan con precisiones de microsegundos) , el incremento de tráfico para tareas de posicionamiento y la necesidad de protocolos específicos para dichas tareas (métodos intrusivos) .

Muchos de otros sistemas de posicionamiento basados en redes de sensores, utilizan información de potencia de una o varias señales inalámbricas, generalmente incluida en el comúnmente conocido como Indicador de Fuerza de Señal de Recepción,

o RSSI, que es la abreviatura en inglés de “Receive Signal Strength Indication”, para determinar la posición de un nodo móvil.

No obstante, alguna o parte de las medidas RSSI pueden verse adulteradas por diferentes causas, tales como interferencias, obstáculos, etc., que afecten a la recepción de las señales inalámbricas que las contienen, provocando por tanto una determinación incorrecta de la posición del nodo móvil.

A continuación se indican una serie de documentos de patente que describen algunos de tales sistemas de posicionamiento o localización basados en RSSI, y que incluyen algún tipo de mecanismo de corrección para la referida determinación incorrecta de la posición del nodo móvil provocada por las referidas medidas de RSSI adulteradas o por otras causas.

La patente KR100947805B1 describe un método y un aparato para posicionar un nodo móvil, que propone complementar información de localización de un nodo móvil con información del pasado. La localización del nodo móvil se hace, por ejemplo, midiendo el valor de RSSI de unas señales recibidas desde unos nodos fijos.

En el caso de que no se reciba una señal de localización del nodo móvil, si se confirma que éste aún está activo, para la localización del mismo se corrige esta falta de información utilizando información de su localización y/o velocidad media en el pasado.

No se propone en dicha patente coreana corregir unas posibles medidas de RSSI adulteradas que puedan provocar tal ausencia de señal de localización del nodo móvil.

JP2010085279A propone también un sistema de posicionamiento de una estación móvil basado en medidas RSSI, que propone corregir unas medidas de RSSI afectadas por interferencias. La corrección propuesta se basa en computar de una manera predeterminada la potencia correcta de una señal eléctrica inalámbrica recibida, a partir de la distribución en frecuencia de una serie de potencias asociadas a una serie de correspondientes medidas realizadas en un periodo predeterminado para dicha señal eléctrica.

En el sistema de JP2010085279A existe un solo nodo móvil que emite una señal eléctrica a una pluralidad de estaciones base, o nodos fijos, realizándose las medidas de RSSI únicamente sobre esta señal eléctrica emitida por el nodo móvil.

En EP1542492B1 se propone un sistema de localización de un nodo móvil a partir de medidas RSSI realizadas sobre unas señales radio provenientes de unos nodos fijos, que incluye una corrección estadística de estas medidas RSSI si un detector de movimiento del nodo móvil detecta que éste se ha movido poco.

No se propone en EP1542492B1 aplicar la corrección de las medidas RSSI en función de otros parámetros que no sean el citado movimiento del nodo móvil. En particular, no se propone en EP1542492B1 realizar tal corrección en función del valor de las medidas RSSI.

En CN101547048A se propone un sistema para localizar un nodo móvil...

 


Reivindicaciones:

1. Método de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica, del tipo que comprende:

a) recibir, dicho dispositivo móvil (D) , una serie de señales inalámbricas provenientes de al menos parte de los nodos estacionarios (n1-n8) de dicha red inalámbrica; y

b) determinar al menos la posición de dicho dispositivo móvil (D) mediante la extracción y análisis de información de potencia contenida en dichas señales inalámbricas, recibidas durante un periodo determinado, y su asociación a la ubicación geográfica de los nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) de los cuales provienen; estando el método caracterizado porque comprende, para al menos un nodo, de dichos nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) , del cual el dispositivo móvil (D) no ha recibido, en dicho periodo de tiempo predeterminado, una correspondiente señal inalámbrica, o la ha recibido pero su potencia está por debajo de un umbral mínimo predeterminado:

-generar información de potencia estimada asociada a dicho nodo, aplicando un factor de corrección a información de potencia previa obtenida para dicho nodo en un periodo anterior a dicho periodo determinado; y

-utilizar dicha información de potencia estimada en dicho análisis de dicha etapa b) .

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho factor de corrección tiene un valor constante.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicho factor de corrección es relativo a pérdidas de propagación de señal y dicha aplicación del mismo a la información de potencia previa comprende la substracción de la misma del valor de dichas pérdidas de propagación.

4. Método según la reivindicación 3 cuando depende de la 1, caracterizado porque comprende estimar que dicho dispositivo móvil (D) se desplaza alejándose de dicho nodo del cual no se ha recibido, en dicho periodo de tiempo predeterminado, una correspondiente señal inalámbrica, o se ha recibido pero su potencia está por debajo de dicho umbral mínimo predeterminado.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque comprende calcular dicho factor de corrección en función de la velocidad del dispositivo móvil (D) .

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende determinar dicha velocidad del dispositivo móvil (D) mediante su detección utilizando al menos un sensor interno o externo al dispositivo móvil (D) .

7. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende estimar dicha velocidad del dispositivo móvil (D) mediante un filtro de Kalman aplicado a información de potencia obtenida en al menos dicho periodo anterior para al menos parte de dichos nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) .

8. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende determinar dicha velocidad del dispositivo móvil (D) mediante su estimación a partir de determinaciones previas de localización del dispositivo móvil (D) .

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque comprende calcular el valor de dichas pérdidas de propagación de señal utilizando una expresión matemática que las cuantifica según al menos un modelo de propagación.

10. Método según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha expresión matemática incluye una variable relativa a la distancia entre el nodo emisor y el nodo receptor, determinándose el valor de dicha distancia en función de la velocidad del dispositivo móvil (D) .

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende calcular una serie de velocidades medias a partir de los valores de unos correspondientes rangos de velocidades, y calcular dicha distancia a partir del valor de una de dichas velocidades medias seleccionada por ser relativa al rango de velocidades al cual pertenece la velocidad del dispositivo móvil (D) detectada o estimada.

12. Método según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho modelo de propagación es un modelo de propagación en el espacio libre.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende calcular el valor de dichas pérdidas de propagación de señal teniendo en cuenta también, en combinación con dicho modelo de propagación en el espacio libre, el efecto sombra, mediante una expresión matemática que la cuantifica según dicho modelo de propagación en el espacio libre y dicho efecto sombra.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 13, caracterizado porque comprende estimar que dicho dispositivo móvil (D) no se desplaza o se desplaza sin alejarse de dicho nodo del cual no se ha recibido, en dicho periodo de tiempo predeterminado, una correspondiente señal inalámbrica, o se ha recibido pero su potencia está por debajo de dicho umbral mínimo predeterminado.

15. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende realizar ambas estimaciones, la de considerar que el dispositivo móvil (D) se desplaza alejándose del nodo y la de que no se desplaza o se desplaza sin alejarse, y realizar en consecuencia:

-la obtención de sendos factores de corrección, cada uno de ellos asociado a una de dichas estimaciones, uno obtenido mediante el cálculo del valor de dichas pérdidas de propagación y el otro asignándole un valor igual a cero o sustancialmente igual a cero;

-la generación de información de potencia estimada para cada una de dichas estimaciones, mediante la aplicación de ambos de dichos factores de corrección a dicha información de potencia previa;

-la determinación de sendas posiciones candidatas del dispositivo móvil (D) mediante la utilización de dicha información de potencia estimada obtenida para ambas estimaciones en unos correspondientes análisis de unas etapas b) realizadas en paralelo; y

-la selección de una de dichas posiciones candidatas como posición definitiva del dispositivo móvil (D) .

16. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha etapa b) comprende realizar una determinación a priori de posición mediante un método de promediado de los valores de potencia mayores asociados a la información de potencia, incluyendo dicha información de potencia estimada, y una determinación a posteriori de posición mediante la aplicación de un filtro de Kalman a los valores obtenidos en la determinación a priori.

17. Método según la reivindicación 16, caracterizado porque comprende seleccionar y/o ajustar al menos parte de los parámetros utilizados por dicho filtro de Kalman, incluyendo al menos el relativo a uno o más modelos de dinámica del dispositivo móvil (D) .

18. Método según la reivindicación 16 cuando depende de la 15, caracterizado porque comprende llevar a cabo dicha selección de una de las posiciones candidatas en función de las velocidades estimadas para el dispositivo móvil (D) obtenidas mediante sendos filtros de Kalman aplicados en sendas determinaciones a posteriori de posición candidatas, comparando dichas velocidades estimadas con la velocidad real del dispositivo móvil (D) y escogiendo la que más se asemeje junto con la posición candidata asociada a la misma.

19. Sistema de localización y seguimiento de un dispositivo móvil en una red de nodos inalámbrica, del tipo que comprende:

-una pluralidad de nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) configurados para emitir una serie de señales inalámbricas;

-un dispositivo móvil (D) configurado para recibir dichas señales inalámbricas; y

-unos medios de procesamiento, con acceso a dichas señales inalámbricas recibidas, y configurados para determinar al menos la posición de dicho dispositivo móvil (D) mediante la extracción y análisis de información de potencia contenida en dichas señales inalámbricas, recibidas durante un periodo determinado, y su asociación a la ubicación geográfica de los nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) de los cuales provienen; estando el sistema caracterizado porque dichos medios de procesamiento están configurados para:

-generar información de potencia estimada asociada a al menos un nodo, de dichos nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) , del cual el dispositivo móvil (D) no ha recibido, en dicho periodo de tiempo predeterminado, una correspondiente señal inalámbrica, o la ha recibido pero su potencia está por debajo de un umbral mínimo predeterminado, aplicando un factor de corrección a información de potencia previa obtenida para dicho nodo en un periodo anterior a dicho periodo determinado; y

-utilizar dicha información de potencia estimada en dicho análisis realizado para determinar la posición del dispositivo móvil (D) .

20. Sistema según la reivindicación 19, caracterizado porque está adaptado para implementar el método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.

21. Sistema según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado porque dichos medios de procesamiento tienen acceso a información de identificación y de ubicación geográfica de dichos nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) , incluyendo cada una de dichas señales inalámbricas al menos información de identificación del nodo que la ha enviado.

22. Sistema según la reivindicación 21, caracterizado porque cada una de dichas señales inalámbricas incluye también dicha información de ubicación geográfica del nodo que la ha enviado.

23. Sistema según la reivindicación 21, caracterizado porque comprende una base de datos, accesible por parte de dichos medios de procesamiento, donde se incluye dicha información de ubicación geográfica de los nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) correlacionada con la información de identificación de los mismos.

24. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado porque dicho dispositivo móvil (D) es un dispositivo con capacidad de computación y de comunicación inalámbrica que comprende a dichos medios de procesamiento.

25. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 19 a 24,

caracterizado porque dicho dispositivo móvil (D) se encuentra instalado en el interior de un vehículo (V1) .

26. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 25,

caracterizado porque dichos nodos inalámbricos estacionarios (n1-n8) comprenden sensores y/o actuadores.


 

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