SERVIZI DI LOCALIZZAZIONE A LIVELLO MAC 802.11

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La tesi è stata pubblicata in seguito sul sito della IEEE.

La simulazione realizzata in Matlab è stata completamente concretizzata dall’ing. Graziano Nardelli

Il mondo dell’ “Information Technology” si trova oggi a vivere un periodo di forti cambiamenti: dal recente passato in cui il cosiddetto “Personal Computer” aveva il predominio, ci si sta spostando verso un futuro fatto di dispositivi variegati e dai tanti utilizzi, con un comune denominatore: la portabilità, ossia la capacità di accompagnare l’utente nei suoi spostamenti, ovunque egli si trovi.

Il passo compiuto rispetto al passato risulta notevole: la mobilità, infatti, è un fattore predominante, oggi più che nel passato, in tutta la nostra vita, a causa della sempre maggiore possibilità (e necessità) di spostamenti e della sempre crescente interazione fra ogni attività lavorativa ed umana in generale. E’ visibile a tutti, ad esempio, come i lavori siano sempre più “mobili” e sempre meno legati ad un ufficio, ad una postazione, ad un “Personal Computer”. Un altro esempio, di notevole attualità, riguarda le attività culturali e di intrattenimento, nelle quali la possibilità di associare a visite ed escursioni contenuti informativi in “Real Time” è, ovviamente, interessante. Se prima, ad esempio, era necessario recarsi ad apposite “stazioni” dalle quali ricevere informazioni sul monumento visitato, oggi è possibile fornire all’utente un semplice Computer indossato (Wearable Computer),o un “Personal Digital Assistant” (PDA) mediante il quale le informazioni “seguono” l’utente e non viceversa.

Nei sistemi in cui “le informazioni devono seguire gli utenti”, nasce il problema di fornire all’utente in movimento non informazioni generiche, ma specifiche a seconda della sua attività nel momento considerato, preferibilmente in modo automatico. Effettuando una prima, semplicistica ipotesi, nella quale si associa l’attività svolta alla “posizione”, ecco che ci si trova, per adempiere a questi compiti, a parlare di localizzazione, ossia di individuazione della posizione dell’utente in movimento (o, meglio, della posizione del palmare in suo possesso). Le tecniche di localizzazione, più o meno invasive, aprono la strada ai cosiddetti “Location Based Services” (LBS), cioè ai servizi che permettono di fornire le informazioni di cui l’utente necessita nel momento giusto, al posto giusto e nel modo più semplice, rapido e opportuno.

Lo scenario che si apre è ovviamente vastissimo, andando da servizi di pronto soccorso, che possono agire con maggior precisione e quindi tempestività, ad operazioni più prettamente commerciali, come ad esempio avvisi pubblicitari ad-hoc. In mezzo vi è un intero universo di possibilità ed idee da sviluppare, limitato unicamente dalla fantasia e dal rapporto precisione/costo dei sistemi di localizzazione impiegati. In tutti i casi, comunque, bisogna fare in modo che gli LBS siano “ad alto valore aggiunto”, ossia che portino reciproco “vantaggio” sia ai fornitori che ai fruitori.

Da un punto di vista ingegneristico, il problema della localizzazione riveste notevole interesse poiché, se da un lato si ha la ricerca della migliore “performance”, in termini di precisione, accuratezza e scalabilità, dall’altro sono presenti vincoli strutturali ed economici da cui non si può prescindere.

Sono quindi nati e si sono sviluppati una serie di sistemi di radio-localizzazione che permettono di tracciare con estrema precisione la posizione di un utente che si muove nell’area coperta.

Alcuni di questi sistemi vengono ormai ampiamente utilizzati negli ambienti outdoor (come ad esempio il GPS o GALILEO) ma negli ultimi anni si sono sviluppati altri sistemi per aree indoor (come neuRFon e Picoradio). Esiste inoltre la possibilità di implementare la funzione di localizzazione sulla rete GSM, UMTS e su reti IP wireless IEEE 802.11. In quest’ultimo caso il limite principale è dovuto al fatto che tale sistema non è stato originariamente ideato per la localizzazione. Inoltre in letteratura è presente una vasta documentazione relativa alla radio-localizzazione, ma è piuttosto scarsa la quantità di articoli che riguarda l’implementazione della localizzazione su reti IP wireless.

In ogni caso uno degli aspetti più innovativi legati alle comunicazioni wireless è, come già detto, la gestione di servizi legati alla posizione dell’utente mobile (location based services). Già diffusi nel campo della telefonia cellulare, sono ora allo studio applicazioni per ambienti serviti da reti locali di comunicazione wireless quali musei, aeroporti, centri commerciali, parchi per divertimenti, in cui l’utente possa essere guidato ricevendo informazioni sul proprio terminale (cellulare, pocket PC, o ad hoc). Tale servizio di radio-navigazione permette all’utente mobile di usufruire dell’informazione sulla propria posizione al fine di spostarsi o conoscere il percorso per raggiungere la destinazione.

Nel giugno del 1997, al termine di un lavoro lungo sette anni, è stato approvato lo standard IEEE 802.11 con il quale vengono definite tecnologie e meccanismi di livello fisico e MAC, necessari per il dialogo tra dispositivi wireless e per la connessione ad una rete cablata. Inizialmente l’interesse verso questa nuova tecnologia è stato limitato dai costi elevati e dalle basse prestazioni raggiungibili sul canale radio (lo standard prevedeva un data-rate massimo di 1 o 2 Mbit/s). Successivamente, i recenti progressi nelle tecniche radio, le evoluzioni dello standard originale fino all’ultima detta 802.11g(approvata nel luglio 2003 con la quale si raggiungono velocità di trasmissione fino a 54Mbit/s) e la riduzione dei costi permettono di sfruttare al meglio le potenzialità della tecnologia W-LAN, ponendola come una seria alternativa alle reti cablate.

La flessibilità offerta dalle W-LAN permette di definire una moltitudine di scenari, alcuni già esistenti ed altri futuri, nei quali impiegare la tecnologia wireless come ad esempio l’accesso ad internet da luoghi pubblici come campus universitari, aeroporti, alberghi e centri conferenze per usufruire dei servizi presenti in rete o per accedere a reti private.

In tali ambienti si può presentare l’esigenza di localizzare i terminali mobili connessi alla rete wireless. I motivi di tale necessità possono essere legati a sicurezza, protezione e controllo sia in ambito W-LAN che in ambito industriale ed inoltre più semplicemente, come già detto in precedenza, si consentirebbe anche di offrire all’utente un servizio di “radio-navigazione”, a media-bassa mobilità, nell’area di copertura di una W-LAN.

Il lavoro di tesi tratta la possibilità di implementare la localizzazione su sistemi wireless basati sullo standard IEEE802.11g. Tale standard infatti non definisce alcuna disposizione sia a livello hardware che a livello di architettura di rete per una eventuale applicazione di localizzazione. In particolar modo il lavoro sarà concentrato sul livello MAC dello standard 802.11. Lo scopo quindi è quello di esaminare nel dettaglio le caratteristiche del livello MAC che possano essere sfruttate per il fine preposto e successivamentesviluppare un algoritmo di localizzazione per il livello MAC 802.11. L’algoritmo sarà strutturato in modo tale da soddisfare le esigenze che comportano l’utilizzo di questa tecnologia wireless nel campo del posizionamento.

Analizziamo in maniera più dettagliata il lavoro di tesi che si svilupperà nei seguenti capitoli:

· Capitolo 1 – Tecnologie di localizzazione delle reti wireless indoor: verrà descritta la struttura di un generico sistema di localizzazione; saranno poi analizzate alcune tecniche di localizzazione e gli algoritmi di stima della posizione basati sulla triangolazione (algoritmi tradizionali e algoritmi Pattern Recognition).

· Capitolo 2 – Standard IEEE 802.11g: sarà analizzato dettagliatamente lo standard IEEE 802.11g; saranno esaminate in particolar modo le differenti modalità di accesso del livello MAC (DCF e PCF) e le differenti tecnologie del livello fisico ERP.

· Capitolo 3 – Modulazione OFDM: verrà descritta la modulazione OFDM utilizzata nello standard 802.11g esponendo in dettaglio le architetture di modulazione e demodulazione, le prestazioni, l’equalizzazione, la sincronizzazione e le applicazioni.

· Capitolo 4 – Algoritmo di localizzazione a livello MAC 802.11:verrà proposto un algoritmo per il livello MAC dell’802.11 per reti di tipo “network based” , dove un Access Point calcola la posizione del terminale mobile comunicandola successivamente a quest’ultimo.

· Capitolo 5 – Simulazioni dell’algoritmo proposto: l’algoritmo proposto è oggetto di una serie di simulazioni in Matlab per verificarne le prestazioni e l’adattamento ad un sistema di localizzazione; saranno quindi esposti i risultati ottenuti applicando lasimulazione.

Saranno poi presenti due appendici, nella prima ci sarà una descrizione delle caratteristiche e dei modelli dei canali trasmissivi wireless affetti da multipath, mentre nella seconda saranno esposti i risultati di una simulazione della fase DCF del MAC 802.11 fatta preliminarmente allo scopo di valutare meglio alcuni parametri utilizzati nella simulazione dell’algoritmo di localizzazione proposto

 

 

PUBBLICAZIONE SULLA IEEE

Il presente link vi porta direttamente alla  pagina di pubblicazione della IEEE

 

SIMULATORE ALGORITMO DI LOCALIZZAZIONE A LIVELLO MAC 802.11G

Archivio contenente la simulazione realizzata in Matlab e i risultati ottenuti dalla simulazione in fogli Excel.
Autore della simulazione MATLAB: Graziano Nardelli

 

TESI – SERVIZI DI LOCALIZZAZIONE A LIVELLO MAC 802.11G

Archivio contenete i vari capitoli della tesi in file word.

 

 

WEBINAR MATLAB: 802.11B DESIGN WITH SIMULINK

Il presente webinar describe accuratamente un applicazione MATLAB con l’utilizzo dello standard IEEE 802.12

  • iElettronica

    La presente tesi ha avuto il massimo del punteggio All’Università Roma 3.

  • iElettronica

    se volete qualche informazione in piu’ sulla simulazione realizzata in Matlab potete lasciare qualche commento in questo spazio