El objetivo del procedimiento es determinar la posición de un nodo inalámbrico en un entorno hostil donde la línea de visión directa entre el nodo a localizar y los nodos utilizados como referencia no esté garantizada,

utilizando únicamente el nivel de potencia recibido como métrica de localización, y sin necesidad de realizar ninguna etapa de calibración previa del entorno.Para ello, inicialmente se determina de forma dinámica los parámetros que caracterizan el modelo de propagación que mejor representa las condiciones del canal de propagación entre el nodo a localizar y el resto de nodos, seguidamente utilizando este modelo se estiman las distancias entre los nodos inalámbricos, y finalmente tomando las distancias estimadas se determina la posición del nodo inalámbrico mediante un proceso de trilateración que linealiza las ecuaciones conducentes a la solución

Procedimiento para la determinación de la posición en redes inalámbricas a partir de los niveles de potencia recibidos.

Sector de la técnica

La invención se engloba dentro del sector de las radiocomunicaciones y más específicamente dentro del sector de la radio navegación, es decir, dentro de las tecnologías de localización que hacen uso de métricas tomadas sobre las señales radioeléctricas que se transmiten en una red inalámbrica.

Estado de la técnica

Los sistemas de localización basados en información satelital, tales como el conocido GPS (Global Positioning System), son de aplicación y obtienen buenas precisiones en el caso de que exista una línea de visión directa entre el nodo a localizar y un número suficiente de satélites. En entornos hostiles, como lo son el interior de los edificios o las zonas urbanas densas, no es posible recibir señal desde un número suficiente de satélites y por lo tanto estos sistemas de localización no pueden ser utilizados en dichos entornos.

Hasta la fecha, varias técnicas han sido desarrolladas para obtener posiciones en este tipo de entornos utilizando infraestructuras inalámbricas alternativas a los satélites. Estas técnicas utilizan métricas de localización tomadas sobre las señales radioeléctricas. Las métricas pueden ser: el ángulo de llegada, el retardo temporal, o el nivel de potencia recibida (RSS, Received Signal Strength). La presente invención se refiere a un procedimiento de localización basado en el indicador sobre el nivel de potencia recibido (RSSI, RSS Indicator).

En cualquier red inalámbrica el RSSI juega un papel importante, ya que provee de la información necesaria para ajustar la ganancia del propio receptor y le permite seleccionar el nodo vecino más apropiado con el que comunicarse o a través de cual acceder a la red. Por lo que la métrica de localización RSS se puede obtener con cualquier nodo inalámbrico convencional a través del indicador RSSI.

En la literatura científica se pueden encontrar varios procedimientos de localización de nodos en redes inalámbricas haciendo uso del RSSI. Algunos de ellos están basados en la realización previa de una campaña de medidas, mediante la cual se obtiene una base de datos que relaciona valores de potencia con posiciones, para posteriormente realizar el proceso de localización comparando las potencias recibidas en cada instante con los valores almacenados en dicha base de datos (US6269246, US6393294). Otras técnicas obtienen previamente unos patrones de señal recibida para más tarde comparar la señal recibida con los patrones almacenados (ES2242873T3, EP0631453A2). A diferencia de estos procedimientos, la presente invención resuelve el problema técnico de obtener la posición de los nodos inalámbricos utilizando únicamente los valores del RSSI de los nodos baliza en cada instante y asumiendo conocidas las posiciones de estos últimos, sin la utilización de ninguna otra información obtenida mediante una etapa previa de calibración del entorno.

Descripción general de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento que determina la posición de un nodo móvil perteneciente a una red inalámbrica, haciendo uso únicamente de los niveles de potencia que se estén obteniendo en ese instante de tiempo.

En citada red inalámbrica existirán N nodos de referencia o nodos baliza cuya posición asumiremos conocida. A estos nodos baliza los llamaremos DPC_1, ..., DPC_N. Dentro de esa misma red inalámbrica también se encuentran los M nodos inalámbricos que se desea localizar, a los que llamaremos DL_1, ..., DL_M.

La invención resuelve el problema de determinar la posición de los nodos a localizar utilizando únicamente los valores de potencia recibidos en el instante en el que se desea localizar. Para ello, se determina cuáles son los parámetros que caracterizan los modelos de propagación que mejor describen la relación entre potencia recibida y distancia entre el nodo a localizar y cada nodo baliza, para las condiciones específicas de propagación en cada instante de tiempo.

Descripción detallada de la invención

A continuación se explica en detalle la invención con la ayuda de la figura 1.

Según la invención, para poder localizar a un nodo concreto DL_j, es necesario que esté recibiendo señales de al menos tres nodos DPCs, en el caso de localización en 2 dimensiones (2D); o de al menos cuatro nodos DPCs, en el caso de localización en 3 dimensiones (3D).

Si el nodo que se pretende localizar DL_J, tiene dentro de su rango de cobertura a n nodos de posiciones conocidas DPC_il, DPC_i2, ..., DPC_in. En esta situación, el nodo que tenga el papel de receptor estará obteniendo niveles de potencias recibidas de las señales enviadas por el emisor. Por lo tanto, el elemento de red que obtiene los valores de potencia recibida puede ser indistintamente el nodo baliza o el nodo que se pretende localizar.

A partir de estos valores de potencia recibidos se determinan de forma dinámica los parámetros que caracterizan el modelo de propagación, que describe de forma óptima la relación entre éstos y la distancia, mediante un proceso recursivo de maximización de la compatibilidad de las estimaciones de distancias, el cual será descrito más adelante.

Utilizando los parámetros concretos obtenemos los modelos de propagación MP_il,j, ..., MP_in,j, específicos que mejor caracterizan las condiciones de propagación existentes entre los nodos con posiciones conocidas DPC_il, ..., DPC_in y el nodo a localizar DL_J en cada instante de tiempo. A partir de estos modelos se estiman las distancias existentes entre el nodo a localizar y cada uno de los nodos con posiciones conocidas, a las que llamaremos d_il,j, d_i2,j, ..., d_in,j.

Utilizando las estimaciones de las distancias existentes entre el nodo a localizar DL_J y los nodos baliza DPC_il, ..., DPC_in, cuyas posiciones asumiremos previamente conocidas, se determina la posición del nodo DL_j mediante trilateración. El proceso de trilateración consiste en linealizar las ecuaciones conducentes a la obtención de la posición, utilizando para ello los ejes radicales de las circunferencias (2D)/esferas (3D) de centros las posiciones de los nodos DPC_il, ..., DPC_in y radios las distancias estimadas d_il,j, ..., d_inj. El eje radical de dos circunferencias (2D)/esferas (3D) es la recta (2D)/plano (3D) cuyos puntos tienen igual potencia respecto de ambas circunferencias (2D)/esferas (3D). El proceso de trilateración será descrito en detalle más adelante.

Descripción del proceso de obtención dinámica de los parámetros que caracterizan los modelos de propagación

Utilizando un determinado modelo de propagación que describe la dependencia entre los valores de potencia recibida y la distancia que separa emisor y receptor, podemos determinar distancias a partir de valores de potencias recibidas.

En la literatura científica podemos encontrar numerosos modelos de propagación que se han utilizado principalmente para determinar coberturas. Todos esos modelos describen la potencia recibida (en promedio), en un determinado entorno de propagación, como inversamente proporcional a la distancia que separa emisor y receptor, elevada a un cierto exponente. A este exponente se le conoce como exponente o gradiente de pérdidas y describe la atenuación que experimentan las señales a través de ese específico canal de comunicación. Por lo tanto, usualmente los modelos de propagación que describen la dependencia entre potencias recibidas y distancias, dependen de un parámetro, el exponente de pérdidas. El valor de ese exponente de pérdidas depende altamente del entorno de propagación, tomando un valor de 2 en un entorno de propagación en espacio libre y pudiendo tomar valores ligeramente menores que 2 o hasta 6 en entornos hostiles donde la señal experimenta varias reflexiones como el interior de los edificios o en zonas urbanas densas. Un rasgo diferenciador de nuestra invención es que el procedimiento determina de forma dinámica los valores de esos exponentes de pérdidas únicamente a partir de los valores de potencia que se estén recibiendo en ese instante de tiempo. De igual forma el proceso que describimos a continuación puede asimismo determinar modelos de propagación que dependan de más parámetros o de otros parámetros diferentes, ya que el procedimiento calcula los parámetros que maximizan la compatibilidad de las estimaciones de distancia, independientemente de cómo caractericen a los...

1. Procedimiento de localización de nodos o dispositivos en redes inalámbricas a partir de los valores del nivel de potencia de las señales recibidas de otros nodos o dispositivos de la red dentro de su radio de cobertura que se caracteriza por: