Planejamento do Posicionamento de
Leitores e Etiquetas de Referência em
Sistemas de Localização RFID
SBRC – WGRS 2011
Bruno Almeida da Silva
Paulo André da S. Gonçalves
Sumário





Motivação e Problema Abordado
Trabalhos Relacionados
Ambiente Interno e Configurações de
Posicionamento Estudados
Avaliações de Desempenho
Conclusões
Motivação

O que é o RFID (Radio Frequency IDentification)?
)
))))
Sinal de rádio
Etiquetas
Leitor
Base de Dados
Motivação

Sistemas de Localização RFID
leitor
etiqueta de referência
objeto a ser localizado


RSS
Etiquetas ativas
Motivação

Variabilidade do RSS (Received Signal Strength)
leitor
erro na
localização
etiqueta de referência
objeto a ser localizado
posicionamento estimado
do objeto
Problema Abordado

Qual é a aplicação?
leitor
A
B
etiqueta de referência
objeto a ser localizado
C
sala ou área
correta
D
sala ou área
incorreta
posicionamento estimado
do objeto
erro na
localização
Objetivos do Trabalho



Estudar o impacto do posicionamento da
infraestrutura de localização na eficiência de
localização da aplicação estudada
Prover orientação para um posicionamento mais
adequado
Considerações




Ambiente interno: Aberto e Fechado
Variabilidade de medidas de RSS
Sistemas de localização: LANDMARC e LANDMARC+
27 configurações de posicionamento da infraestutura de
localização (leitores e etiquetas de referências)
Trabalhos Relacionados

LANDMARC
𝑛
𝑗
𝐸 𝑟. =
𝜃 𝑟𝑖.−
𝑗 2
𝑆 𝑖.
𝑖=1
𝑗
1 (𝐸 𝑟. )2
𝑗
𝑊 𝑙. =
𝑘
𝑙=1(1
𝑗
(𝐸 𝑟. )2 )
𝑗
𝑗
𝑥𝑗 , 𝑦𝑗 =
𝑊 𝑙.× (𝑥𝑙 , 𝑦𝑙 )
𝑙=1
Trabalhos Relacionados

LANDMARC+
𝑀 𝑗, 𝑎 =
𝜌
𝑗
Φ
𝑡 𝑎 =1 𝑡(𝑎).
𝜌
Ambiente Interno
Fechado


2,75 m
y
2,75 m
y
Aberto
2,75 m
2,75 m
x
x
Posicionamentos Estudados

Etiquetas de Referência
A
0,1 m da borda
de cada área
B
0,6 m da borda
de cada área
C
1,1 m da borda
de cada área
Ambiente
Ambientefechado
aberto
Posicionamentos Estudados

Leitores
1 2 3
4 5 6
7 8 9

Posicionamentos válidos para ambientes abertos e
fechados
Posicionamentos Estudados

Notação adotada: XY



X: posicionamento de etiquetas de referências
Y: posicionamento de leitores
Exemplo:
A
3
Avaliações de Desempenho



Implementação de simulador
Implementação dos sistemas LANDMARC e
LANDMARC+
RSS

Necessidade de definir modelo de propagação de
sinais
Avaliações de Desempenho: Modelo de
Propagação

Path Loss
𝑃𝐿 = 𝑃𝐿 𝑑0 + 10𝛾𝑙𝑜𝑔10
𝑑
+
𝑑0
𝑃𝐿 1 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝐵 = 20𝑙𝑜𝑔10

𝑄
𝑃
𝐹𝐴𝐹(𝑞) +
𝑞=1
𝑊𝐴𝐹(𝑝)
𝑝=1
4𝜋
𝑑𝐵
𝜆
PL estendido
𝑃𝐿∗ = Γ
variável aleatória com variância 𝜎 2 e média 𝑃𝐿
Avaliações de Desempenho: Modelo de
Propagação

Desvanecimento
1 + 𝐾 −𝐾 𝑝(1+𝐾)
𝑓𝑝 𝑝 𝑝, 𝐾 =
𝑒 𝑒 𝑝 𝐼0
𝑝
𝑝𝑑
𝐾=
𝑝𝑠
1 𝑝
𝑓𝑝 𝑝 𝑝 = 𝑒 𝑝
𝑝
4𝐾 1 + 𝐾 𝑝
𝑝
Avaliações de Desempenho





Cenários
Cenários
Tipo
Modelo
Frequência
Cenário 1
Fechado
Desvanecimento
915 Mhz
Cenário 2
Aberto
Desvanecimento
915 Mhz
Cenário 3
Fechado
Path Loss estendido
915 Mhz
Cenário 4
Aberto
Path Loss estendido
915 Mhz
Intervalo de confiança: 99%
27 configurações de
posicionamento
Número de áreas: 9
Número de objetos (a localizar)
aleatoriamente posicionados por
área: 2.000



𝑘[0, 6] em passos de 0,5
𝜎 2 [0, 20] em passos de 2
Número de simulações por
cenário: 2.000 x {aberto, fechado}
x 27 x 9 x {(𝑘[0, 6] x quantidade de
passos), (𝜎 2 [0, 20] x quantidade
de passos)}
Avaliações de Desempenho

Métrica de Avaliação

Eficiência Global


LANDMARC: probabilidade de acertar com sua única
estimativa a sala/área onde se encontra o objeto
LANDMARC+: probabilidade de uma de suas duas
estimativas acertar a sala/área onde se encontra o objeto
Avaliações de Desempenho
Posicionamento A de etiquetas de referência
1
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
41,83%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
73,87%
Posicionamento de Leitores
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
Posicionamento B de etiquetas de referência
1
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
54,09%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
83,5%
Posicionamento de Leitores
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
Posicionamento C de etiquetas de referência
1
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
57,63%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
86,61%
Posicionamento de Leitores
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
Posicionamento A de etiquetas de referência
2
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
44%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
63,69%
Posicionamento de Leitores
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
Posicionamento B de etiquetas de referência
2
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
45,66%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
70,6%
Posicionamento de Leitores
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
Posicionamento C de etiquetas de referência
2
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
51,28%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
73,32%
Posicionamento de Leitores
Desvanecimento
Avaliações de Desempenho
Análise dos cenários 1 e 2


O posicionamento 6 de leitores
produz o pior desempenho de
localização em qualquer
situação
O posicionamento 4 de leitores
associado ao posicionamento C
de etiquetas de referência
produzem o melhor
desempenho de localização
C4
Avaliações de Desempenho
Posicionamento A de etiquetas de referência
3
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
42,31%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
66,8%
Posicionamento de Leitores
Path Loss estendido
Avaliações de Desempenho
Posicionamento B de etiquetas de referência
3
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
49,35%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
72,5%
Posicionamento de Leitores
Path Loss estendido
Avaliações de Desempenho
Posicionamento C de etiquetas de referência
3
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
52,63%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
73,98%
Posicionamento de Leitores
Path Loss estendido
Avaliações de Desempenho
Posicionamento A de etiquetas de referência
4
2º melhor caso: 54,45%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
40,69%
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
55,16%
Posicionamento de Leitores
Path Loss estendido
Avaliações de Desempenho
Posicionamento B de etiquetas de referência
4
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
40,99%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
59,82%
Posicionamento de Leitores
Path Loss estendido
2º melhor caso: 59,41%
Avaliações de Desempenho
Posicionamento C de etiquetas de referência
4
Pior eficiência
global para o
LANDMARC:
44,56%
Eficiência Global
C
e
n
á
r
i
o
Melhor eficiência
global para o
LANDMARC:
57,93%
Posicionamento de Leitores
Path Loss estendido
2º melhor caso: 56,48%
Avaliações de Desempenho
Análise dos cenários 3 e 4

O posicionamento 6 de leitores
produz o pior desempenho de
localização em qualquer situação

C6 produz os melhores resultados
em ambientes fechados
Cenário 4
 O melhor posicionamento de
leitores varia em função do
posicionamento das etiquetas de
referência

A8 (55,16%), B5 (59,82%) e C4 (57,93%)
B5
Avaliações de Desempenho:
Análise Global
Cenários 1, 2 e 3
 Posicionamento C produz os melhores
4
resultados
Cenário 4
 Melhor configuração: B
5

C4
C4 é ligeiramente inferior
O posicionamento C4 mostra-se o mais adequado
como planejamento de posicionamento
Avaliações de Desempenho:
Análise Global
Fatores importantes para o posicionamento C4 ser
a escolha mais adequada

Layout único de posicionamento em ambientes reais



Infraestrutura de localização precisa ser fixa
Posicionamento previamente mapeado
Propagação de sinais variam ao longo do tempo

Inviável readequar o posicionamento em função das condições
do canal de comunicação
Avaliações de Desempenho:
Análise Global
C
4
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global
Eficiência Global por sala com o posicionamento
C4
Eficiência Global

K
Cenário 1 (fechado/desvanecimento)
K
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global
Eficiência Global por sala com o posicionamento
C4
Eficiência Global

σ2
Cenário 3 (fechado/path loss estendido)
σ2
Avaliações de Desempenho:
Posicionamento Restrito

Proposto em
Silva, R. A., and Gonçalves, P. A. S., “Um Novo Algoritmo de Auxílio à Localização de
Etiquetas RFID Ativas em Ambientes Internos”, In Proceedings of Simpósio Brasileiro de
Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos (SBRC), v. 1, p. 539-552, Recife, 2009.

Motivação
leitor
etiqueta de referência
objetos a serem
localizados
COMposicionamento
SEM
posicionamento
restrito
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global
Eficiência Global por sala com o posicionamento
restrito de objetos C4
Eficiência Global

K
Cenário 1 (fechado/desvanecimento)
K
Avaliações de Desempenho
Eficiência Global
Eficiência Global por sala com o posicionamento
restrito de objetos C4
Eficiência Global

σ2
Cenário 3 (fechado/path loss estendido)
σ2
Avaliações de Desempenho
Comparativo de Eficiência Global
Eficiência Global
Eficiência Global

Aumento da eficiência de localização
quando os objetos a serem localizados
estão na região interna das etiquetas de
referência de uma área
σ2
σ2
Melhoria de 11,02 a 13,05% entre as
salas 2, 4, 6 e 8
Cenário 3
Cenário 3
SEM posicionamento restrito
COM posicionamento restrito
Conclusões


Posicionamento da infraestrutura de localização
afeta significativamente a eficiência de
localização da aplicação estudada
Melhor configuração de posicionamento: C4

27 configurações de posicionamento estudadas

Ambiente interno





aberto ou fechado
similares ao estudado
Sistemas de localização LANDMARC e
LANDMARC+
C4

Diferentes condições de propagação de sinais

Comunicação dos leitores com todas as etiquetas
A6 (aberto/PL estendido) é o pior caso dos
estudos com Eficiência Global de 40,69%
C4 (fechado/desvanecimento) é o melhor caso
dos estudos com Eficiência Global de 86,61%
Questionamentos?
OBRIGADO!
Bruno Almeida da Silva
Paulo André da S. Gonçalves
[email protected]