3MT UPCT 2022: Sistema GPS para interiores de edificios

Abstract

Los sistemas de localización de los dispositivos que forman el Internet de las Cosas (loT) se basan, habitualmente, en sistemas satelitales (GNSS). Sin embargo, debido a la dificultad que tienen las ondas electromagnéticas de atravesar las paredes y techos de los edificios, los sistemas satelitales no ofrecen una precisión adecuada en interiores de edificios. Por lo tanto, no pueden ser empleados en aplicaciones como localización, navegación o guiado de personas en estos entornos. Al no poder emplearse los sistemas de localización satelitales, se han desarrollado diversas propuestas, algunas propietarias y otras de ámbito científico, que permiten la localización de dispositivos loT en entornos indoor. Estas propuestas emplean tecnologías tan diversas como imagen, radiofrecuencia, sensores inerciales, sensores de campo magnético, e incluso señales acústicas. En esta tesis nos centraremos en los sistemas basados en radiofrecuencia, dado que se trata de los más ampliamente utilizados. Dentro de los sistemas basados en radiofrecuencia, dependiendo de la infraestructura empleada y del propósito del mismo, se pueden emplear diferentes tecnologías para su funcionamiento, entre ellas destacan: WiFi, Zigbee, UWB o Blueetooth Low Energy. La tecnología WiFi ha sido una de las predominantes a la hora de implementar los sistemas de localización en interiores, sobre todo en grandes edificios con gran número de visitantes como son aeropuertos, centros comerciales, museos, etc. Esto se debe a que en este tipo de instalaciones suele existir una amplia red WiFi desplegada para dotar de conectividad a los visitantes. Esta red puede ser empleada a su vez para la generación de sistemas de localización, ahorrando así el despliegue de nueva infraestructura. Se ha de tener cuenta que el coste del despliegue de infraestructura, incluyendo equipos, cableado, ingeniería, etc., suele ser una de las tareas más costosas dentro de cualquier proyecto de ingeniería. Es por ello que se tiende a reutilizar las redes WiFi-existentes dotándolas de otras funcionalidades, además de la propia de conectividad. Una de las principales clasificaciones de los sistemas de localización suele dividir a los mismos entre sistemas activos y pasivos. Los sistemas activos requieren la intervención del dispositivo a localizar mediante una aplicación y/o proceso que recoge información del espectro RF a su alcance, mientras que los sistemas pasivos recogen la señal RF de los dispositivos loT que detectan, pero no requieren de su participación. Durante el desarrollo de esta tesis se ha trabajado en los dos tipos de sistemas, estando dividida la investigación en dos partes claramente diferenciadas. En la primera parte de la tesis se ha trabajado en los sistemas de localización pasivos, concretamente en sistemas de localización mediante la técnica conocida como radar monopulso empleando el estándar WiFi 802.11. Posteriormente se trabajó en la técnica radar monopulso en campo cercano y, a continuación, se combinó con sistemas de ranging basados en el estándar 802.llmc. Mediante la combinación de ambas tecnologías se generó un sistema de localización empleando un único punto de acceso (AP). Por último, el trabajo final de este bloque empleó antenas de haz con escaneo en frecuencia, técnicas de channel-hopping y el algoritmo MUSIC para ampliar el FoV de los dispositivos pasivos implementados en el trabajo anteriore. En la segunda parte de la tesis se ha trabajado en la implementación de un IPS (lndoor Positioning System) de smartphones para grandes superficies, empleando únicamente los APs que ya se encuentran instalados y con una precisión zonal a nivel tienda/pasillo. El IPS es una de las piezas fundamentales de un mecanismo mayor conocido como Sistema de Marketing Contextual. Junto con la descripción detallada del IPS, se explican todos los componentes e intercambios de información entre los diferentes bloques que forman el Sistema de Marketing Contextual