Il futuro dei Real Time Location System, integrazione tra sistemi e piattaforme

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1 Facoltà di Scienze della Comunicazione Corso di Laurea Specialistica in Editoria, Comunicazione Multimediale e Giornalismo Il futuro dei Real Time Location System, integrazione tra sistemi e piattaforme Relatore: Prof. Carlo Maria Medaglia Correlatore: Prof. Ugo Biader Ceipidor Candidato: Andrea Ingrosso matr Anno Accademico 2006/2007 1

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3 A Sabrina, che mi ha insegnato il valore di un sorriso 3

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5 Indice Introduzione... 7 Capitolo 1 Real Time Location System GPS Global Positioning System LaTrilaterazione A GPS Accenni di localizzazione GSM WLAN WI FI Wlan Positioning Fingerprinting Ultra Wide Band UWB Positioning RFId RFId Positioning ZigBee ZigBee positioning Capitolo 2 I nuovi sistemi di computing Ubiquitous Computing Location Based Service Tassonomia dei Location Based Service Gli attori dei Location Based Service LBS, applicazione pratica

6 Introduzione Capitolo 3 LBS e Privacy L ordinamento nazionale. Codice in materia di protezione dei dati personali Disposizioni generali (Parte I) Disposizioni relative a specifici settori (Parte II) Il provvedimento del Garante (9 marzo 2005) Il problema della privacy negli ambiti di applicazione Capitolo 4 La piattaforma Ubiquicom Struttura del software Installazione, configurazione, fase di Learning i test di localizzazione CATTID CNIPA Caratterizzazione e testing del sistema Modalità e prove sul campo Risultati Capitolo cinque Idee progettuali Child control Idee progettuali (parte seconda) Conclusioni Allegati Bibliografia Sitografia Ringraziamenti

7 Introduzione Questo lavoro di tesi nasce dopo quasi due anni di lavoro all interno dell RFId Lab del Cattid all Università Sapienza di Roma. Conosciuto il Prof. Medaglia, il mondo RFId e quello della geolocalizzazione il passo per decidere di concludere il mio corso di studi con una tesi tecnologica è stato davvero molto breve. L ambiente di laboratorio e l aver trovato splendide persone con cui lavorare è stato il completamento di un esperienza che mi ha insegnato molto sotto il profilo umano e culturale. L ambiente di ricerca in laboratorio mi ha dato inoltre la possibilità di toccare con mano le tecnologie rendendomi sicuramente più partecipe ed interessato ad argomenti che fino a poco tempo prima rimanevano soltanto interessate letture. Questa esperienza oltre a questi tesi ha prodotto anche un articolo pubblicato sul mensile Wireless Management che mi ha visto impegnato insieme alla presenza del Prof. Ugo Biader Ceipidor e del prof. Carlo Medaglia. L argomento della mia tesi è il mondo della geolocalizzazione, dai Real Time Location System (la tecnologia) ai servizi sviluppati e sviluppabili (Location 7

8 Introduzione Based Service). Obiettivo della stessa è esplorare l intero universo di componenti che costruiscono un servizio di localizzazione, studiarne le potenzialità, i limiti ed i possibili sviluppi futuri. Tutto questo senza dimenticare come la tecnologia si sia evoluta e conseguentemente di come si sia evoluto il rapporto dell uomo con essa. Nel primo capitolo prendo in esame le tecnologie che al momento sono le più utilizzate per la localizzazione, esponendo pregi e difetti di ognuna e facendo i dovuti confronti. Il secondo è diviso in due parti; la prima in cui ho esposto la base teorica dei nuovi mezzi di comunicazione e dell evoluzione del mondo del computing, la seconda si occupa dei Location Based Service, dalla loro tassonomia ad esempi pratici. Il terzo capitolo va ad esaminare il rapporto fra il rispetto della privacy e l installazione e l utilizzo dei sistemi di localizzazione nei vari contesti d uso. Il quarto capitolo riassume la mia esperienza di laboratorio incentrata fondamentalmente sull utilizzo della piattaforma di localizzazione di Ubiquicom, il lavoro effettuato per installare la piattaforma ed i vari test condotti. 8

9 Introduzione Infine nella quinta ed ultima parte di questo lavoro propongo due servizi progettati a conclusione di questo lavoro di ricerca. 9

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11 Capitolo 1 Real Time Location System Immaginiamo di aver spedito un pacco e di volerne conoscere la posizione momento per momento, fino al suo arrivo; oppure di trovarci in una città sconosciuta e di voler sapere qual è il ristorante più vicino alla nostra posizione; o ancora voler controllare a distanza il percorso che sta compiendo un automezzo della nostra compagnia, oppure semplicemente sapere se al prossimo incrocio dobbiamo svoltare a destra o sinistra per raggiungere il nostro nuovo posto di lavoro. Queste operazioni sono possibili grazie all uso dei sistemi di localizzazione in tempo reale (Real Time Location System o RTLS in inglese). Nella loro accezione più generale, gli RTLS sono la varietà di sistemi atti a fornire informazioni sulla posizione nello spazio di oggetti e persone in tempo reale. Sotto la spinta dell esigenza di una sempre più puntuale e precisa localizzazione, lo sviluppo tecnologico è stato considerevole. Negli ultimi 10 anni, lo sviluppo e la messa a regime di nuovi standard tecnologici ha reso possibile la nascita di 11

12 Capitolo uno Real Time Location System un ampia gamma di sistemi RTLS che riescono a soddisfare le esigenze dei numerosi campi di applicazione in cui oggi vengono utilizzati. Basti considerare che fino a poco tempo fa l unica tecnologia disponibile era il GPS, con tutti i limiti che verranno descritti nel prosieguo del capitolo. L attuale trend, invece, vede diverse tecnologie quali GPS, Wi Fi 1, ZigBee 2, Ultra Wide Band 3 ed RFId concorrere a creare RTLS di varia natura che si adattano perfettamente a diverse esigenze in numerosi campi di applicazione. L utilizzo di una soluzione invece di un altra è strettamente correlato con le esigenze da soddisfare: ogni tecnologia ha caratteristiche peculiari per quanto concerne le caratteristiche di costo, accuratezza e copertura del sistema di localizzazione. Lo schema (Figura 1) riassume le caratteristiche in termini di accuratezza nella localizzazione delle varie tecnologie a disposizione per la creare di sistemi RTLS. La regola generale chiaramente deducibile dallo schema è che ad una maggiore copertura del segnale 1 fi.org WI FI Alliance 2 Zigbee Alliance 3 Ultra Wide Band Forum 12

13 Capitolo uno Real Time Location System corrisponde una sempre minore precisione della localizzazione. Figura 1 Modelli di funzionamento, precisione, consumo energetico e costo d implementazione rendono una tecnologia più o meno adatta all applicazione in un dato ambiente. In molti casi, soprattutto in ambienti con esigenze eterogenee si può ricorrere all integrazione tra 13

14 Capitolo uno Real Time Location System più tecnologie. Questo è reso possibile dall utilizzo di middleware 4, software che consentono di utilizzare tecnologie diverse ma di gestirle con un unica piattaforma. 4 Il termine middleware è una caratterizzazione generica per tutti quei programmi che fanno da collante tra altri programmi e tecnologie diverse, facendo in modo che le varie applicazioni possano comunicare 14

15 Capitolo uno Real Time Location System 15

16 Capitolo uno Real Time Location System Nel prosieguo del capitolo saranno prese in esame alcune tecnologie: GPS, Wi Fi, UWB, RFId e Zigbee. Questi sistemi sono, allo stato attuale di avanzamento, i più diffusi e testati in ambito commerciale. Le caratteristiche tecniche dei diversi sistemi fanno sì che ognuno di questi sia collocabile in un particolare ambito applicativo. Il Gps si colloca oramai nel paradiso dei sistemi di localizzazione: bassi costi di utilizzo e versatilità, sono ottime caratteristiche per renderlo appetibile sia in ambito privato che in ambito commerciale. La localizzazione della propria autovettura dopo un furto o di un automezzo della flotta aziendale piuttosto che il cercare la strada migliore per arrivare a destinazione sono applicazioni standard e ampiamente testate. Il più grande limite del GPS è la sua precisione: margini d errore nell ordine dei 20 metri sono accettabili solo se dobbiamo localizzare asset di grosse dimensioni come auto, navi, container o treni. Non sarà ovviamente possibile applicare sistemi di localizzazione GPS su asset di piccole dimensioni, o utilizzarlo in ambienti chiusi 5 5 Limite imposto dalla necessità del sistema di inviare/ricevere i segnali dai satelliti 16

17 Capitolo uno Real Time Location System Per quanto riguarda la tecnologia Wi Fi, sebbene la tecniche di localizzazione non siano standard 6, si può affermare che sia un sistema affermato e sufficientemente testato. Molti dei vendor presenti sul mercato riescono ad offrire prestazioni che si attestano attorno ai 5 metri di margine d errore. Ciò consente l utilizzo di questo tipo di localizzazione in numerosi ambiti, soprattutto in ambienti indoor 7. Inoltre, la presenza di diversi tipi di tag (per dimensioni e peso), applicabili a persone o cose ne consente un utilizzo abbastanza flessibile. I sistemi fin qui presentati hanno margini d errore abbastanza elevati, ed è qui che si inserisce il discorso sulla tecnologia Ultra Wide Band. Questo sistema di localizzazione consente precisione fino a cm, questo lo colloca in una fascia fin ora rimasta scoperta; di contro, il raggio di azione è limitato a circa metri il che consente quindi una ottima applicazione in ambito indoor. 6 La maggior parte dei software usano lo stesso algoritmo di localizzazione, ma gestiscono in modo molto diverso le interferenze di segnale e il calcolo effettivo. 7 In ambienti outdoor, come si noterà successivamente, sono possibili maggiori interferenze di segnale. 17

18 Capitolo uno Real Time Location System La tecnologia RFId, esplosa negli ultimi 10 anni, ma ancora in piena fase di espansione, consente, più che la localizzazione in senso stretto, una attività di monitoraggio della posizione 8. L utilizzazione di RFId consente di sapere la posizione di un pacco o di un paziente (se ha attraversato determinati punti di passaggio). 1.1 GPS Global Positioning System Subito dopo la seconda Guerra mondiale le agenzie delle forze armate americane insieme alla NASA ed al Ministero dei Trasporti cominciarono ad occuparsi di sistemi di localizzazione basati sull utilizzo di satelliti. Nel 1970 Il Ministero della Difesa degli Stati Uniti creò il NAVSTAR GPS (Navigation System with Timing and Ranging Global Positioning System) oggi chiamato semplicemente GPS..Dopo i test iniziati nel 1974, nel 1984 fu lanciato in orbita il primo satellite. Nel 1990 i satelliti in orbita erano già 12. Con 21 satelliti dedicati al 8 Utilizzando RFID non è possibile effettuare operazioni di triangolazione di segnale. 18

19 Capitolo uno Real Time Location System sistema e 3 di riserva nel 1993 furono effettuati i test di funzionamento generale del sistema; nel 1995 (con 24 satelliti dedicati al sistema) ne fu dichiarata la piena funzionalità. Fino al 2000, il segnale per uso civile veniva degradato per ridurre la precisione attraverso la Selective Availability (SA), consentendo precisioni nellʹordine di m. Nel 2003 l allora presidente degli Stati Uniti Bill Clinton decise di disattivare la degradazione del segnale consentendo quindi una accuratezza della localizzazione che si attesta attorno ai 10 metri. Inoltre nei ricevitori GPS è presente un dispositivo che ne limita il funzionamento ad altezze e velocità inferiori a determinati valori in modo da impedirne l uso su missili artigianali. In modo da garantire la copertura globale del pianeta i 24 satelliti si muovono in 6 differenti orbite (Fig. 2). Il movimento dei satelliti è studiato in modo tale che da qualsiasi punto della terra ne siano raggiungibili da quatto a undici. A causa della presenza di ostacoli (edifici, montagne) i satelliti effettivamente raggiungibili possono diminuire. Per avere un posizionamento si ha bisogno di almeno tre satelliti. La presenza del segnale del quarto satellite serve solo come conferma della 19

20 Capitolo uno Real Time Location System posizione dedotta grazie agli altri segnali 9. Oltre ai satelliti, il sistema GPS comprende anche 4 stazioni di controllo a terra che si occupano costantemente di verificare lo stato dei satelliti, di correggere i loro orologi atomici 10 e la loro posizione orbitale. Senza queste stazioni terrestri il sistema non sarebbe coordinato e quindi in grado di funzionare. La costante manutenzione del sistema è fondamentale per il suo corretto funzionamento: si calcola che senza di essa il sistema diventerebbe inutile in circa due settimane. La localizzazione si basa su 5 punti: 1. La trilaterazione dai satelliti è la base del sistema GPS 2. Il GPS misura la distanza dai satelliti conoscendo il tempo impiegato dal segnale del 10 I Satelliti di navigazione satellitare hanno orologi atomici a bordo, estremamente precisi. Vengono chiamati così perché usano le oscillazioni di un particolare atomo come loro metronomo, il più preciso e accurato riferimento temporale mai sviluppato. Gli orologi atomici sono indispensabili per il posizionamento, in quanto il GPS sfrutta anche la differenza di tempo nell arrivo dei segnali. 20

21 Capitolo uno Real Time Location System satellite per raggiungere il punto di ricezione e la velocità del segnale 3. Per poter misurare la distanza dai satelliti con la dovuta precisione è necessario l orologio atomico e un quarto satellite 4. I satelliti trasmettono la loro posizione e conoscendone la distanza, è possibile calcolare la posizione del ricevitore 5. Si analizzano infine i vari errori dovuti alla propagazione del segnale nellʹatmosfera e alla geometria dei satelliti Figura 2 21

22 Capitolo uno Real Time Location System LaTrilaterazione La trilaterazione è il calcolo effettivo utilizzato per ottenere la posizione. Il GPS fornisce informazioni sulla posizione in tre dimensioni. In seguito si riporta un esempio riguardante la localizzazione in 11 due dimensioni, ove facilitarne la comprensione. Per calcolare la nostra posizione abbiamo bisogno di almeno tre dati, ovvero distanze da punti noti. Il primo dato potrebbe essere: Distanza da Napoli = 215 Km Figura 2 22

23 Capitolo uno Real Time Location System Se consideriamo Napoli come centro significa che si potrebbe essere in un qualsiasi punto della circonferenza considerata (Fig. 3). Introduciamo adesso la seconda informazione: Distanza da Firenze = 271 Km Rappresentando graficamente anche questa informazione avremo la seguente situazione: Figura 3 Considerando le due informazioni, si può essere sicuri di essere in un punto che dista 271 Km da Firenze e 215 da Napoli. Solo due punti (le intersezioni fra le due circonferenze) rispondono a queste caratteristiche (Fig.4). 23

24 Capitolo uno Real Time Location System In conclusione si ha bisogno della terza informazione per ottenere con precisione la posizione: Distanza da Roma = 80 Km A questo punto possiamo con certezza affermare che ci troviamo nell unico punto al mondo che dista 271 Km da Firenze, 215 da Napoli e 80 da Roma. Il risultato in questo caso è Rieti (Fig. 5). Rieti Figura 4 24

25 Capitolo uno Real Time Location System In realtà il GPS utilizza 4 misurazioni e il calcolo viene effettuato nello spazio tridimensionale, quindi al posto delle circonferenze ci sono delle sfere. Il terminale GPS riceve il segnale dai satelliti (le frequenze usate sono MHz e MHz) e, per ottenere la distanza tra il dispositivo ed il satellite, si deduce il tempo che il segnale ha impiegato per arrivare a terra. La misurazione avviene secondo un procedimento abbastanza complesso. Ad un ora prestabilita il satellite genera un codice (pseudo random code) e lo trasmette. Nello stesso istante anche il dispositivo GPS genera lo stesso codice e registra l orario per cui, quando il segnale dal satellite arriva a terra e viene letto dal dispositivo, questo lo riconosce ed è in grado di calcolare quanto tempo ha impiegato per percorrere la distanza che separa il ricevitore dal satellite. L effettiva distanza viene poi calcolata in quanto nota la velocità di propagazione del segnale (velocità della luce nel vuoto e nell atmosfera). Per ottenere la distanza tra il satellite ed il dispositivo GPS si deve moltiplicare il tempo per la velocità della luce (che nel vuoto è circa Km/s, nell atmosfera è 25

26 Capitolo uno Real Time Location System inferiore che nel vuoto e dipende anche dalle condizioni atmosferiche stesse). In questo processo la precisione è necessaria per una buona accuratezza della localizzazione. L orario preciso in cui il segnale parte dal satellite è di fondamentale importanza: un solo millesimo di secondo di differenza potrebbe causare nella rilevazione un errore dell ordine dei 300 Km. Come accennato precedentemente, per evitare errori di questo tipo, i satelliti sono dotati di quattro orologi atomici, che sfruttano le oscillazioni degli atomi di Cesio e Rubidio e che garantiscono uno standard di precisione assoluto (l errore è di circa un secondo ogni anni). Il dispositivo GPS non può, per ovvi motivi di costi, essere dotato di orologi atomici, quindi sono dotati di orologi cmq molto precisi che si auto correggono sfruttando il segnale dei satelliti A GPS L assisted GPS o A GPS è un sistema che consente di abbattere i tempi necessari alla prima localizzazione GPS. È particolarmente utile nei punti in cui si ha difficoltà a reperire la lista dei satelliti visti dal terminale (vie strette, 26

27 Capitolo uno Real Time Location System viali alberati). Uno dei problemi principali dei dispositivi GPS è quello della prima localizzazione (il Fixing). Il dispositivo alla prima accensione deve ottenere la lista dei satelliti che riesce a vedere in quel momento per riuscire ad agganciarli ed a usarli per la localizzazione. Tale processo è in genere alquanto dispendioso in termini di tempo e risorse, ed il sistema A GPS è stato studiato al fine di limitare questi problemi, anche in previsione di un utilizzo su dispositivi con basse capacità di elaborazione o con risorse energetiche limitate, come i telefoni cellulari. Lo scopo di questo sistema è quello di assistere il ricevitore GPS nel calcolo della posizione cercando di fornirgli informazioni sui satelliti in vista. Il sistema funziona sfrutta il principio che ogni cella 12 di 12 Una cella radio è lʹelemento unitario di una rete radio cellulare usata per la telefonia mobile (GSM/UMTS). La copertura radio di una cella è garantita da particolari antenne che, a seconda della tecnologia di rete mobile utilizzata, vengono chiamate BTS (per il GSM) o Node B(per lʹumts). Le singole celle sono collegate agli altri network element della rete cellulare tramite specifici cavi o ponti radio, talvolta anche satellitari. Fonte: ʺCella radio.ʺ Wikipedia, Lʹenciclopedia libera. 4 mag 2007, 16:33 < 13>. 27

28 Capitolo uno Real Time Location System telefonia mobile ha una sua posizione fissa e si fa in modo che sia la cella stessa a ricavare quale siano i satelliti GPS ad essa in vista momento per momento. Quando un dispositivo A GPS vuole conoscere la posizione, si collega tramite la rete cellulare ad un Assistance Server al quale viene inviata l informazione della cella al quale è agganciato il dispositivo. Visto che i satelliti visti dalla cella sono una informazione disponibile si può ipotizzare che anche il dispositivo Lo scopo principale di questo sistema è quello di ʺassistereʺ il ricevitore GPS nel calcolo della posizione, fornendogli informazioni sui satelliti in vista. Tale metodologia richiede il supporto dellʹoperatore di possa contattare gli stessi satelliti. Quindi il server crea la lista dei satelliti e la invia al dispositivo mobile che può ricavare la posizione così la sua posizione. 1.2 Accenni di localizzazione GSM I metodi di localizzazione utilizzati nel contesto GSM per localizzare i terminali radiomobili all interno delle aree coperte dal segnale sono sostanzialmente tre: Cell Global Identity: questa tecnica si basa sull individuazione della cella radio entro cui si 28

29 Capitolo uno Real Time Location System trova il terminale da localizzare; la precisione di questa tecnica può andare da 35km a 100m. Una differenza così netta è giustificata dalla grandezza della cella entro cui il terminale si trova, più piccola è la cella, maggiore sarà la precisione. Figura 6 Una prima ottimizzazione può essere ottenuta nel caso in cui le antenne riescano a distinguere più settori all interno della cella; in tal caso si può identificare quello dal quale proviene il segnale: Figura G. Raffa, Monitoraggio della posizione di unità mobili in aree confinate, resi di laurea, Università degli studi di Bologna, a.a 2001/

30 Capitolo uno Real Time Location System Cell Global Identity + Timing Advance Questo metodo si base sull individuazione di un arco di una cella entro cui si trova il terminale da localizzare. Questo offre una precisione di circa 500m. Enhanced Observed Time Difference: si basa sulla misura da parte del terminale delle differenze dei tempi di arrivo di una stessa sequenza di bit proveniente da più stazioni radio base; offre una precisione dell ordine di m; 1.3 WLAN WI FI Con il termine WLAN si indica una rete locale che sfrutta le tecnologie wireless per connettere dispositivi di diversa natura senza l utilizzo di cavi. La tecnologia wireless, cioè senza fili, è principalmente utilizzata per trasferire dati tra computer o dispositivi similari, sfruttando un segnale radio ad alta frequenza. La comunicazione è garantita dallʹuso di 30

31 Capitolo uno Real Time Location System interfacce o schede di rete atte a trasmettere e ricevere segnali radio. La tecnologia WLAN più diffusa è quella basata sulle specifiche IEEE (nota anche con il nome commerciale Wi Fi). Il primo standard della famiglia IEEE (IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers), il protocollo di riferimento per le WLAN, risale al 1977 e garantiva una velocità nella trasmissioni dati assai limitata rispetto alle odierne possibilità e pari a circa 1 o 2 Mbps. Dal 1977 questo protocollo ha subito continue evoluzioni fino ad approdare allʹattuale versione, IEEE b/g, detto anche Wi fi, cioè il marchio che indica i dispositivi che permettono di effettuare comunicazioni digitali proprio con questo protocollo. L attuale protocollo utilizzato consente velocità di trasferimento che si aggirano intorno ai 54 Mbit/s. Per la realizzazione di una rete Wi Fi vengono utilizzati dispositivi chiamate access point che comunicano attraverso onde radio nelle bande dei 2,4 Ghz e 5,5 Ghz. Gli access point costituiscono una sorta di collegamento tra la sottorete wireless e il network tradizionale. La copertura che offrono gli access point è 31

32 Capitolo uno Real Time Location System abbastanza limitata. In ambiente indoor la copertura può arrivare fino a 300 metri, a condizione però che il segnale nella sua linea non incontri alcun ostacolo (in pratica però è impossibile trovare uno spazio al chiuso di lunghezze tali senza la presenza di ostacoli), solitamente i valori reali si attestano attorno ai 100 metri. Per coprire grandi aree, centri commerciali, aeroporti, si costituiscono reti composte da numerosi access point Gli access point possono avere antenne di due tipi: omnidirezionali e direzionali. Le prime sono utilizzate per coprire ambienti piccoli, come uffici e abitazioni. Le antenne direzionali invece consentono una copertura misurata in chilometri quadrati, vengono utilizzate infatti per portare la banda larga in zone non raggiunte dall ADSL. In questo caso però non si parla più di access point ma di collegamenti punto punto Wlan Positioning Le reti WLAN Wi Fi sono oramai una realtà ben sviluppata e consolidata. Numerosi edifici pubblici, aeroporti, stazioni, grandi ambienti di lavoro hanno risolto il problema del cablaggio degli edifici in modo semplice ed indolore: eliminando i cablaggi. 32

33 Capitolo uno Real Time Location System Inoltre un numero sempre maggiore di PDA e telefoni cellulari dispone di una scheda per il collegamento Wi Fi. Questi due fattori rendono questa tecnologia un campo aperto e sempre maggiormente sviluppato per la localizzazione indoor. Tutti i sistemi di localizzazione si basano su tre tipi di misurazioni sul segnale Wi Fi: SNR Signal to Noise Ratio: rapporto fra segnale e rumore 14 Proximity Sensing: potenza del segnale più forte RSS Received Signal Strength: potenze dei segnali ricevuti 15 Le misurazioni dei segnali vengono effettuate dal dispositivo che si intende localizzare, un software dedicato calcolerà la posizione usando dei modelli matematici. 14 Vedi Allegato A1 15 RSS o RSSI ( Information): misura (generalmente in scala logaritmica) del segnale ricevuto da unʹantenna o da qualsiasi dispositivo ricevitore, rappresenta una delle grandezze più importanti nella stima complessiva delle prestazioni di un sistema di comunicazione. 33

34 Capitolo uno Real Time Location System L osservazione dei segnali sia inviati che ricevuti dai dispositivi conduce all applicazione di tre metodi di localizzazione: Proximity sensing: La posizione del dispositivo è calcolata in base alla posizione dell access point da cui il dispositivo ha ricevuto il segnale più forte. Lateration: Le distanze tra gli access point ed il terminale sono determinate dalla perdita di intensità del segnale 16 durante la trasmissione dello stesso. Fingerprinting: Il pattern RSS creato dalla ricezione dei segnali dei vari access point viene messo a confronto con i vari pattern osservati durante la fase di addestramento. Fra i tre metodi, il fingerprinting è la tecnica che è stata scelta da tutte le applicazioni commerciali nate in questo campo. Nel paragrafo successivo ne viene data una breve spiegazione. 16 Path Loss vedi Allegato A2 34

35 Capitolo uno Real Time Location System Fingerprinting Tutti i sistemi di localizzazione Wi Fi per un loro corretto funzionamento hanno bisogno di una attenta e curata fase di addestramento. In pratica si insegna al sistema la composizione dell ambiente all interno del quale vogliamo localizzare cose o persone. In questa fase la tecnica del Fingerprinting ci aiuta a creare delle reference position che vengo memorizzate in un database che costituirà la nostra mappa dei segnali. Le reference position sono dei punti sulla cartina dove viene posizionato fisicamente il nostro dispositivo (Laptop, cellulare, PDA) e registriamo l intensità dei segnali ricevuti dagli access point in quel determinato punto. Questo fa sì che all interno del database si crei una tabella di valori, dove ad una posizione sono associati i segnali ricevuti dei vari access point (Tabella 1). La scelta delle posizioni dove effettuare le misurazioni per l addestramento, risulta quindi essere una delle fasi più importanti per ottenere poi una buona localizzazione. Si deve tener conto della posizione degli access point, della conformazione dello spazio (spessore dei muri), posizione di eventuali ostacoli che possono ostacolare la 35

36 Capitolo uno Real Time Location System normale propagazione del segnale (strutture in ferro, armadi, ecc). Position X Y AP 1 AP 2 AP 3 AP 4 235,2 122,7 35 db 70 db 67 db 11 db 123,5 321,8 72 db 66 db 88 db 78 db 211, db 43 db 11 db 77 db 234,6 321,6 32 db 77 db 78 db 82 db ,9 67 db 90 db 45 db 56 db 562,4 345,3 12 db 23 db 27 db 43 db 765,3 567,4 56 db 45 db 21 db 89 db Tabella 1 Nella fase di runtime il software usa i valori in tabella 1 valori per calcolare la posizione dei dispositivi. L approccio più utilizzato in questa procedura è quello statistico. Per spiegare la base del procedimento prendiamo in considerazione una tabella formata soltanto da tre misurazioni. Position X Y AP 1 AP 2 AP 3 AP 4 235,2 122,7 35 db 70 db 67 db 11 db 123,5 321,8 72 db 66 db 88 db 78 db 211, db 43 db 11 db 77 db Tabella 2 36

37 Capitolo uno Real Time Location System I tre punti presi in considerazione formano un triangolo con una superficie definita grazie ai valori delle potenze dei vari access point. (Tabella 2). In base a queste informazioni il software può dirci con una buona approssimazione se il dispositivo che stiamo localizzando sia presente o assente all interno del triangolo di valori che stiamo considerando. Considerando spazi molto piccoli questo dato potrebbe anche essere interessante, ma nel caso di spazi più o meno estesi si ha bisogno di sapere la posizione di un dato dispositivo all interno del triangolo, non la sua semplice presenza o assenza. 37

38 Capitolo uno Real Time Location System Figura 8 Per aumentare la precisione delle localizzazione ci si serve del concetto di granularità del dato. I valori degli access point vengono utilizzati per calcolare la posizione di punti intermedi all interno del triangolo. In questo modo si vedrà la creazione di alcuni sotto triangoli che andranno ad accrescere la precisione del posizionamento all interno della superficie considerata (Fig. 8 9). 38

39 Capitolo uno Real Time Location System Figura 9 In questa situazione il software potrà dirci in quali dei quattro triangoli si trova il nostro dispositivo. Aumentando la granularità (Fig. 10) possiamo ovviamente avere risultati migliori, a patto però di non considerare soltanto tre reference position, perché ovviamente più un singolo dato viene scomposto e più ne risente la precisione in ambiente reale. Il margine d errore di questo tipo di sistemi è intorno ai 3/5 m, ragion per cui abbiamo bisogno di un cospicuo numero 39

40 Capitolo uno Real Time Location System di registrazioni per avvicinare quanto più è possibile il calcolo del software alle reali posizioni nello spazio. 1.4 Ultra Wide Band Figura 10 Con Ultra Wide Band (banda ultra larga) (UWB) si indica una tecnologia sviluppata per trasmettere e ricevere segnali mediante lʹutilizzo di impulsi di energia in radiofrequenza di durata estremamente ridotta (da 40