Συστήματα & Τεχνικές Εντοπισμού με Εφαρμογές στο Διαδίκτυο των Αντικειμένων

Abstract

Ο αριθμός των συνδεμένων συσκευών, κυρίως φορητών, με το Διαδικτύου των Αντικειμένων (ή Πραγμάτων (Internet of Things – IoT), αυξάνεται ταχύτατα ειδικά τα τελευταία χρόνια. Οι περισσότερες καθημερινές δραστηριότητές των ανθρώπων βασίζονται σε δια-συνδεμένες συσκευές που ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους,. Έτσι η χρήση τεχνολογιών σε πολλούς τομείς ολοένα και αυξάνονται σε συνδυασμό με τεχνολογίες IoT. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν οι τομείς της υγείας και της εργασίας. Η πιο κοινή υπηρεσία η οποία είναι απολύτως απαραίτητη για την χρήση αυτών των τεχνολογιών είναι ο εντοπισμός/οι υπηρεσίες εντοπισμού θέσης - Localization. Ο εντοπισμός θέσης ενός ατόμου ή ενός αντικειμένου στο χώρο αποτελεί κρίσιμη παράμετρο για όλες σχεδόν τις σύγχρονες τεχνολογίες. Παρά τη διαθεσιμότητα ενός μεγάλου αριθμού λύσεων στη βιβλιογραφία, η ακρίβεια του εντοπισμού δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες των καταναλωτών. Το Global Positioning System (GPS) έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για τον εντοπισμό θέσης σε εξωτερικά περιβάλλοντα/χώρους (Outdoor Localization) σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων πλοήγησης, αποφυγής σύγκρουσης αυτοκινήτων, παρακολούθησης προσώπων και έξυπνα συστήματα μεταφορών. Ωστόσο, το GPS δεν είναι διαθέσιμο εντός κτιρίων, λόγω της αδυναμίας του σήματος του, το οποίο δεν μπορεί να διαπεράσει εμπόδια που βρίσκονται στους χώρους αυτούς. Επιπλέον, σε αστικά περιβάλλοντα, στα οποία περιβάλλονται γειτονικά και μεγάλα σε έκταση κτίρια τα φαινόμενα πολλαπλών διαδρομών (multipath) και οι συχνές διακοπές σημάτων GPS μπορούν να περιορίσουν την ακρίβεια της τοποθεσίας των χρηστών. Στις περιπτώσεις αυτές, έχουμε την ανάγκη ανάπτυξης τεχνολογιών για την πραγματοποίηση του εντοπισμού σε εσωτερικούς χώρους (Indoor Localization). Μία από αυτές τις τεχνολογίες, για παράδειγμα, αποτελεί το Wireless Fidelity (Wi-Fi) το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως εξαιτίας της διαθεσιμότητάς του σχεδόν παντού και της ευκολίας διάδοσης του σήματος του σε μεγάλες αποστάσεις. Τα σήματα Wi-Fi χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης ενός κινητού χρήστη ή μιας συσκευής με αντιστοίχιση των χωρικών θέσεων και της ισχύος του σήματος που καταγράφεται σε αυτές τις θέσεις. Ωστόσο, και αυτά τα σήματα μπορεί να παρουσιάζουν διακυμάνσεις λόγω της διάδοση πολλαπλών διαδρομών (multipath) και παρεμβολές από άλλες συσκευές, γεγονός που επηρεάζει την ακρίβεια τοποθεσίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την μελέτη και την περιγραφή των συστημάτων και των τεχνικών εντοπισμού σε εσωτερικό και εξωτερικό περιβάλλον με εφαρμογές στο ΙοΤ, παρουσιάζοντας διάφορες τεχνικές εντοπισμού οι οποίες κατά τα τελευταία χρόνια συγκεντρώσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Αναλύονται τα οφέλη και τα μειονεκτήματα της κάθε τεχνικής, το περιβάλλον στο οποίο μπορούνε να χρησιμοποιηθούνε, καθώς και τα κριτήρια αξιολόγησής τους. Τέλος, γίνεται μια εκτενής αναφοράς στα πλέον πιο σύγχρονα συστήματα εντοπισμού τα οποία ενσωματώνουν την μηχανική μάθηση (Machine Learning) στις υπηρεσίες εντοπισμού. Σαν τελικός σκοπός της εργασίας είναι με την ανάλυση των τεχνικών που υπάρχουν να δοθεί μία όσο το δυνατόν πλήρη εικόνα στον αναγνώστη των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται και να αποτελέσει την αρχή για την περεταίρω ανάλυση σε θέματα εντοπισμού.