A.A Roma Tre Università degli studi “Roma Tre” Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica Servizi di localizzazione a livello MAC g Laureando: Gianmarco Massaro Relatore: Chiar.mo Prof. A. Neri Correlatore: Dott.Ing. A. Di Nepi

Problema affrontato: localizzazione di Terminali Mobili  Supporto a: “Location Based Services”  Ambiente di riferimento: m 2 Aree Confinate Indoor e Outdoor di circa m 2 Mobile Terminal (MT) Utenti con Mobile Terminal (MT) con tecnologia OFDM WLAN gAccess Point (AP) Base Station (BS) Infrastruttura di rete: WLAN g più Access Point (AP) e Base Station (BS) fissi, destinati ad implementare i servizi di localizzazione

Obiettivi Miglioramento del livello MAC g definendo una politica di gestione dei Mobili originariamente non forniti dallo standard  Miglioramento del livello MAC g definendo una politica di gestione dei Mobili al fine di implementare i servizi di localizzazione originariamente non forniti dallo standard  Simulazione di una rete che usa la politica proposta, avente al suo interno dei nodi mobili che si muovono interno dei nodi mobili che si muovono in modo casuale in modo casuale

Struttura dello standard utilizzata: superframe Alternanza tra fasi PCF e fasi DCF Nel periodo privo di contesa: assenza di collisioni => implementazione del protocollo di localizzazione con interrogazione dei MT e risposta di questi con dei segnali utili alla localizzazione Nel periodo a contesa: invio dei pacchetti dati, contenenti le stime della distanza, che possono essere soggetti a collisioni dovute soprattutto alla non visibilità tra le BS

Periodo senza contesa: fasi della localizzazione  Nella prima fase l’AP interroga il MT con un pacchetto di location update request BS 2 BS 3 AP\BS 1 BS 4 MT BS 2 BS 3 AP\BS 1 BS 4 MT  Nella seconda fase il MT invia broadcast il segnale su cui le BS effettuano la stima del tempo d’arrivo TOA 1 TOA 2 TOA 3 LUR TOA 4

Periodo senza contesa: politica di gestione di più MT Scambi conclusi con successo: invio del pacchetto di poll, attesa di un SIFS, risposta con un pacchetto di ACK Scambi falliti : è trascorso un SIFS e l’AP non ha ricevuto l’ACK di risposta => l’AP mette in coda alla location list quel MT e dopo un PIFS interroga il successivo

Periodo a contesa: invio delle stime della distanza Tutte le BS che ha hanno ricevuto il segnale di localizzazione dai MT nella precedente fase PCF iniziano il periodo a contesa per accedere al mezzo Le BS inviano all’AP un pacchetto dati con le distanze stimate tra le BS e i MT BS 2 BS 3 AP\BS 1 BS 4 MT D4 D3 D2

1. Se non è ancora trascorso il rate di polling: nuove alternanze tra fasi PCF e DCF in modo tale che possono essere interrogati i restanti MT della location list e inviate dalle BS all’AP le relative stime della distanza 2. Ogni volta che trascorre il rate di interrogazione: l’AP elabora a livello fisico tutte le distanze stimate relative ad ogni MT e calcola la posizione dei MT attraverso un algoritmo di triangolazione 3. Viene poi riempita la location list e tutti i MT vengono nuovamente interrogati Passi successivi per localizzare il MT

Stima del massimo numero di utenti gestibili Un AP con tecnologia g gestisce al massimo 250 utenti L’algoritmo di localizzazione proposto non introduce overhead fino a velocità utenti = 5 m/sec => T_poll = 200 msec Per maggiori velocità utenti (10 m/sec => T_poll = 100 msec) il numero massimo di utenti gestibili varia: - minimo 100 utenti per data rate = 6 Mbps - massimo 250 utenti per data rate > 36 Mbps

Simulazioni dell’algoritmo proposto OUTPUT: Tempi di attesa dell’AP da quando ha interrogato il MT a quando riceve la terza stima utile per la localizzazione Tempi di errore di posizione da quando il MT invia il suo segnale di localizzazione a quando l’AP riceve la terza stima Numero di BS disponibili nella fase PCF Numero di BS utilizzate per la localizzazione nella fase DCF Probabilità di successo della localizzazione INPUT: Data Rate: da 6 a 54 Mbps per segnali modulati OFDM Raggio di copertura: (dai 16m ai 45m in base alle griglie) Periodo di interrogazione: 0,5 sec

: griglia quadrata con 5 BS 1 a SIMULAZIONE: griglia quadrata con 5 BS Velocità di trasmissioni dati: 6 Mbps e 12 Mbps Velocità di trasmissioni dati: 6 Mbps e 12 Mbps Raggi di copertura considerati: dai 16 ai 35 metri Raggi di copertura considerati: dai 16 ai 35 metri 1 MT che si muove a 2 m/sec su percorsi prestabiliti 1 MT che si muove a 2 m/sec su percorsi prestabiliti AP\BS 1 BS 2 BS 3 BS 4 BS 5 MT 32 m Prestazioni dei tempi d’attesa migliorano al crescere dei raggi tranne che dai 25 ai 30m

RISULTATI DELLA 1 a SIMULAZIONE Non si notano miglioramenti rilevanti da 6 a 12 Mbps Probabilità di localizzazione: > 80% per raggi > 24 m > 96% per raggi > 32

: griglia rettangolare con 7 BS 2 a SIMULAZIONE: griglia rettangolare con 7 BS AP\BS 1 BS 2 BS 3 BS 4 BS 5 BS 6 BS 7 MT Tempi di attesa più alti rispetto alle griglia con 5 BS Velocità di trasmissioni dati: 6 Mbps e 12 Mbps Velocità di trasmissioni dati: 6 Mbps e 12 Mbps Raggi di copertura considerati: dai 20 ai 40 metri Raggi di copertura considerati: dai 20 ai 40 metri 1 MT che si muove a 2 m/sec su percorsi prestabiliti 1 MT che si muove a 2 m/sec su percorsi prestabiliti 36 m 32 m

RISULTATI DELLA 2 a SIMULAZIONE Probabilità di localizzazione migliora solo per raggi < 24m Da usare quando si vuole una localizzazione più precisa (più stime usate per raggi > 30m)

: griglia quadrata con 9 BS 3 a SIMULAZIONE: griglia quadrata con 9 BS Velocità di trasmissioni dati: 6 Mbps e 12 Mbps Velocità di trasmissioni dati: 6 Mbps e 12 Mbps Raggi di copertura considerati: dai 23 ai 45 metri 1 MT che si muove a 2 m/sec su percorsi prestabiliti 1 MT che si muove a 2 m/sec su percorsi prestabiliti AP\BS 1 BS 2 BS 3 BS 4 BS 5 BS 6 BS 7 BS 8 BS 9 MT Tempi di attesa più alti rispetto alle griglie precedenti 36 m

RISULTATI DELLA 3 a SIMULAZIONE Probabilità di localizzazione si mantiene superiore al 93% anche per raggi < 30m Tale griglia può essere usata se si hanno delle esigenze di risparmio di energia dato che per valori del raggio più alti c’è una potenza dissipata maggiore

SIMULAZIONI CON DIFFERENTI MT Griglia considerata: con 7 BS Velocità di trasmissioni dati: dai 6 ai 48Mbps Raggi di copertura considerati: dai 20 ai 40 metri MT che si muovono nella griglia a 2 m/sec: da 1 a 25 Tempi di attesa sempre inferiori ai 5 msec

Si riescono a servire con una Probabilità >80%: - 40 MT se raggio = 35m - 23 MT se raggio = 30m - 12 MT se raggio = 25m L’AP ottiene 3 stime della distanza di: 25 MT per raggi > 27m 17 MT per raggi = 25m Il numero delle BS usate diminuisce all’aumentare dei MT

Conclusioni  L’algoritmo risulta idoneo al raggiungimento degli obiettivi prefissi  Caratteristiche principali: ScalabilitàAdattabilità Scalabilità verso un alto numero di terminali ed Adattabilità rispetto al carico di lavoro sopra una certa copertura del segnale Localizzazione possibile anche per data rate non elevati Pochi utenti gestibili nei casi peggiori di basse coperture del segnale e non elevate velocità di trasmissioni dei dati  Possibili lavori futuri: INDOOR Prestazioni di particolari ambienti INDOOR da migliorare Diminuzione del numero delle stazioni fisse necessarie ad ottenere una localizzazione molto precisa Utilizzazione di standard in via di sviluppo come il nuovo IEEE n Utilizzazione di standard in via di sviluppo come il nuovo IEEE n