1. Tecniche di
LOCALIZZAZIONE
Una survey ragionata
Corso di Ubiquitous Computing / Sistemi Context Aware
Anno Accademico 2011/2012
Realizzato da: Adriana Lombardo, Fulvia Favore, Mattia Mori

2. Focus on
a. PARAMETRI DI LOCALIZZAZIONE
b. SISTEMI DI COORDINATE
c. CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI
DI LOCALIZZAZIONE
d.TECNOLOGIE DI LOCALIZZAZIONE

3. I sistemi di localizzazione
PARAMETRI DI UN SISTEMA DI LOCALIZZAZIONE
ACCURATEZZA massimo dettaglio in termini di
posizione ottenibile dal sistema
PRECISONE numero di volte il sistema
risponde con quell’accuratezza
SCALABILITA' numero di “elementi”
localizzabili e quantità di risorse
necessarie a tal fine

4. Sistemi di coordinate
SISTEMI DI RIFERIMENTO
COORDINATE GEOGRAFICHE
COORDINATE LOCALI
COORDINATE ASSOLUTE
COORDINATE RELATIVE

5. Sistemi di coordinate
COORDINATE GEOGRAFICHE
Identificano in modo univoco la
posizione di un punto sulla superficie
terrestre (es. GPS).
Esse sono: latitudine, longitudine, altitudine
COORDINATE LOCALI
Sistema di coordinate scelto a priori
localmente rispetto all’ambiente nel
quale si opera e mediante il quale si
identificano tutti gli oggetti di interesse

6. Sistemi di coordinate
COORDINATE RELATIVE
ogni oggetto possiede il proprio
sistema di riferimento, non valido per
gli altri.
COORDINATE ASSOLUTE
si ha un unico sistema di riferimento
condiviso e interpretabile da tutti gli
oggetti dello spazio di interesse.

7. Basi della localizzazione
TRIANGOLAZIONE
In molti sistemi, l’opera di localizzazione è basata sulla
cosiddetta “triangolazione” di informazioni provenienti
da terminali dell’infrastruttura.
Calcola le coordinate del nodo in relazione a nodi
ancora di coordinate note.
La triangolazione usa proprietà geometriche e si
presenta sotto due forme, chiamate “Lateration” e
“Angulation”.

8. Basi della localizzazione
LATERATION
La lateration di un punto incognito X si basa
sull’ utilizzo di distanze relative rispetto a punti
noti e non allineati.
In ambito 3-dimensionale, i punti necessari
saranno 4.

9. Basi della localizzazione
ANGULATION
Simile alla lateration eccettuato il fatto che utilizza angoli e distanze. In
generale, nel caso bidimensionale, è necessario conoscere una distanza (ad
esempio quella fra gli oggetti dell’infrastruttura) e due angoli.
Nel caso tridimensionale sono invece necessarie:
● una lunghezza
● due angoli
● misura di Azimuth
(ovvero altezza sopra l’orizzonte)

10. Classificazione dei sistemi di
localizzazione
SISTEMI DI LOCALIZZAZIONE E AMBITO DI APPLICAZIONE
OUTDOOR: tecnologie che sistemi satellitari (es. GPS),
permettono la localizzazione punti di accesso Wi-Fi, reti
nell’ambito di ambienti aperti cellulari (es. GSM, UMTS,
LTE).
INDOOR: tecnologie che, Wi-Fi, reti di sensori wireless
viceversa, permettono la che utilizzano segnali radio a
localizzazione in ambienti chiusi banda ultra-larga (ultra
wideband, UWB)

11. Sistemi di
Radiolocalizzazione
Richiedono la misura di una (o più) grandezze
(location parameters) relative alla posizione del
dispositivo mobile, in modo da rendere possibile
la stima della posizione del terminale.
Ogni valore misurato consente di individuare
una curva nel piano (line of position) sulla quale
può trovarsi il dispostivo mobile (MS) rispetto
alla Stazione di riferimento (RS) considerata. L’
intersezione delle varie lines of position relative
a diverse coppie MS-RS consente di individuare
la posizione del mobile.

12. Classificazione dei Metodi di
Localizzazione
● CELL ID BASED
● SIGNAL STRENGTH ANALYSIS
● AOA: ANGLE OF ARRIVAL
● TOA: TIME OF ARRIVAL
● TDOA: TIME DIFFERENCE OF ARRIVAL
● HYBRID TECNIQUES

13. Cell ID Based
La posizione del dispositivo mobile viene
associata a quella (nota) della Stazione di
Riferimento (RS) più vicina.
L'approssimazione della posizione sarà
tanto migliore quanto più ristretta sarà la
superficie coperta da ogni singola cella (il
Cell-ID risulta molto impreciso nelle aree
extraurbane dove le celle coprono superfici
dell'ordine di km)
Utilizzo del metodo di prossimità

14. Signal Strenght Analysis
La stima della posizione del terminale
mobile avviene utilizzando la forza del
segnale considerato il fenomeno dei
attenuzione che ha luogo durante la
propagazione. Nota la legge con cui questo si
attenua è possibile ricavare la distanza dalla
singola RS.
numero (minimo) di RS: 3
Utilizzo tecnica triangolazione.
(problemi in ambienti indoor per riflessione
e assorbimento)

15. AOA - Angle of arrival
La posizione del dispositivo mobile viene
individuata utilizzando la direzione dei
segnali in entrata inviati da altri
trasmettitori di posizione nota .
Utilizzo di Antenne direzionali (settoriali o
"intelligenti") per la stima dell’angolo di
arrivo dei segnali.
Utilizzo della tecnica di triangolazione.

16. TOA - Time of arrival
La posizione è stimata utilizzando il
tempo di propagazione del segnale in
relazione alla distanza tra i nodi.
La distanza da un dispositivo mobile a tre
dispositivi fissi è stimata con
l'intersezione delle circonferenze del
segnale delle RS.
Accuratezza elevata, richiede orologi
molto precisi
ƒ
Numero (minimo) di RS: 3
Utilizzo della tecnica di triangolazione

17. TDOA - Time difference of
arrival
Si basa sulla conoscenza della differenza dei
ritardi di trasmissione.
Ogni dispositivo mobile riceve
contemporaneamente il segnale proveniente
da più celle: in base ai ritardi di
propagazione misurati o alla differenza tra i
ritardi stessi è possibile stimare con buona
approssimazione la posizione dell'apparato

18. Hybrid Techniques
La rete dati (di qualsiasi natura) aiuta il
dispositivo mobile nel processo di
localizzazione, con l'invio di segnali
ausiliari, coordinate dei punti di
riferimento, informazioni temporali.
Es.
GPS + triangolazione reti wifi

19. Tecnologie di localizzazione
● Ultra wide band
● Sistemi RFID
● GPS/GPRS
● Sistemi AVL/AVM

20. Localizzazione con segnali
ULTRA WIDE BAND: Indoor
Tecnica di trasmissione sviluppata per
trasmettere e ricevere segnali
mediante l'utilizzo di impulsi di
energia a radiofrequenza di durata
temporale estremamente ridotta.
Uno dei maggiori vantaggi offerti dai
segnali UWB in ambito indoor
riguarda la maggiore probabilità delle
frequenze di attraversare ostacoli
come muri o pavimenti.

21. Localizzazione basata su
sistemi RFID: Indoor
E' un sistema di identificazione automatica a
radiofrequenza (RFId) a di persone o oggetti, costituito da
tre componenti fondamentali:
● apparecchiatura di lettura e scrittura
● una o più etichette RFID (tag o trasponder)
● sistemi di gestione dati per il trasferimento da e verso i
lettori

22. Localizzazione basata su
sistemi RFID: Indoor
Se è attiva, dispone di:
● una batteria per alimentarla
● una o più antenne per inviare il segnale di lettura e ricevere le risposte anche su frequenze
diverse
● uno o più transponder/tag RFID e possono contenere sensori.
● in genere hanno distanze operative maggiori dei tag passivi ed in genere arrivano al massimo a
200m
Se è passiva contiene:
● un microchip privo di alimentazione elettrica,
● un'antenna
● un materiale che fa da supporto fisico chiamato "substrato" e che viene "eccitato, alimentato e/o
scritto" al passaggio di un lettore che emette un segnale radio a frequenze basse o medie o di
alcuni gigahertz.
La radiofrequenza attiva il microchip e gli fornisce
l'energia necessaria a rispondere al lettore,
ritrasmettendogli un segnale contenente le
informazioni memorizzate nel chip ma che,
può anche scrivere dati sul tag.

23. Localizzazione basata su
sistemi RFID: Indoor
La tecnologia RFID ha alcuni vantaggi semplici rispetto alle tradizionali tecnologie dei codici a barre e
delle bande magnetiche:
● Non deve essere a contatto per essere letto come le bande magnetiche
● Non deve essere visibile per essere letto come per i codici a barre
● Si possono anche aggiungere informazioni sui chip in funzione della tipologia del chip
L'RFID è una valida alternativa sia alle tecnologie di personal identification tradizionali (badge,
tesserini, ecc.), sia alle tecnologie di strong authentication basate sul riconoscimento degli attributi
biometrici di un individuo.

24. Localizzazione basata su
sistemi RFID: Indoor
Le tecnologie RFID non richiedono contatto visivo per l'identificazione e permettono il
riconoscimento anche "a distanza".
Le distanze di lettura in generale dipendono fortemente dalle condizioni ambientali e dalle tecnologie
utilizzate: in linea teorica è possibile l'identificazione a migliaia di metri di distanza, ma le normative
degli standard attualmente prevedono alcune misure tipo:
● nel caso dei tag passivi 125-134.2 kHz la distanza di lettura varia da quasi a contatto al metro.
● nel caso dei tag 13,56 MHz la distanza di lettura prevista dalla normativa è tra quasi a contatto e
circa 1 m
● nel caso di tag UHF passivi (860-960 MHz), usati per la logistica, la distanza tipica prevista dalla
normativa è di 1÷10 metri.

25. Global Position System:
Outdoor
(GPS) è costituito da una “rete” di satelliti (di proprietà del Dipartimento della Difesa americana) che
trasmette in continuazione segnali radio di bassa potenza. I ricevitori GPS, interpretando questi
segnali, sono in grado di calcolare l'esatta distanza dai satelliti e conseguentemente la propria univoca
posizione sulla terra.
E' un sistema di posizionamento e navigazione satellitare che fornisce posizione ed orario in ogni
condizione meteorologica, ovunque sulla Terra, o nelle sue immediate vicinanze, ove vi sia un contatto
privo di ostacoli con almeno quattro satelliti del sistema.
l sistema GPS è composto da tre segmenti :
● SATELLITI : 24 in orbita intorno alla terra, 21 attivi e 3 di riserva
● GLI UTENTI
● I SISTEMI SU CONTROLLO A TERRA
Il funzionamento del sistema GPS è (relativamente) semplice e si basa sulla misura del tempo di
percorrenza del segnale trasmesso dall'antenna del satellite fino all'antenna del ricevitore utente a
terra

26. Tecnologia General Packet
Radio Service: Indoor
Il GPRS è un sistema basato sulla commutazione di
pacchetto tramite onde radio.
Facilita le connessioni istantanee perchè l'informazione può
essere mandata o ricevuta immediatamente appena se ne
ha bisogno.

27. Global Position System:
Outdoor
● integrate: sono dispositivi portatili all-in-one , che
incorporano un ricevitore GPS, uno schermo LCD, un
altoparlante, un processore che esegue le istruzioni, date
solitamente da un sistema operativo proprietario, uno
slot per schede di memoria ove memorizzare la
cartografia
● ibride: sono dispositivi portatili (personal computer,
palmari, smartphone) nati per scopi diversi, sono resi
adatti alla navigazione satellitare attraverso un ricevitore
GPS integrato oppure con il collegamento di un ricevitore
GPS esterno (Bluetooth o via cavo) e l'adozione di un
software dedicato in grado di gestire la cartografia.

28. Global Position System:
Outdoor
Con la diffusione dei sistemi GPS, ed il conseguente
abbattimento dei costi dei ricevitori, molti produttori di
telefoni cellulari hanno cercato di inserire un modulo GPS
all'interno dei loro prodotti, aprendosi quindi al nuovo
mercato dei servizi (anche sul web) basati sul
posizionamento.

29. Tecnologia GPRS: Indoor
GPRS consente di raggiungere velocità di 57.6 Kbit/s in download e di 14.4
Kbit/s in upload e mantenere una connessione permanente ad Internet.
Le caratteristiche principali che contraddistinguono il Gprs sono :
● una discreta velocità di trasmissione dati ;
● trasmissione dati basata sulla commutazione a pacchetto;
● connettività always on (sempre aperta);
● possibilità di accesso ai servizi internet;
● tariffazione costi per quantità dati e non rispetto al tempo come nel GSM.

30. I sistemi AVL / AVM:
Outdoor
● I sistemi AVL (Automated Vehicle Location): Rilevano, monitorano e
tracciano la localizzazione geografica dei veicoli sul territorio in tempo
reale, integrando la tecnologia di posizionamento satellitare (GPS) con i
sistemi informativi geografici (GIS)
● I sistemi AVM (Automatic Vehicle Monitoring): hanno il compito di
monitorare lo stato operativo dei veicoli, rilevando e tracciando un insieme
di informazioni e di parametri (stato di fermo/in moto, velocità,
accelerazione, livello carburante, livello olio ecc.)

31. AVL / AVM
Come funzionano?
Centrale operativa: raccoglie, integra
e rende fruibili i dati di localizzazione e
monitoraggio.
Sistemi di bordo: rileva le
informazioni e i dati relativi alla
localizzazione, e allo stato del veicolo
e li trasmette alla Centrale Operativa.
Rete di comunicazione: si occupa del
trasferimento dei dati fra il veicolo e la
centrale operativa.

32. Grazie per l'attenzione
Sitografia:
(1) http://www.csd.uoc.gr/~hy439/lectures11/hightower2001survey.pdf
(2) http://didawiki.cli.di.unipi.it/lib/exe/fetch.php/rhs/localizzazione.pdf
(3) http://www.fub.it/files/Radiolocalizzazione.pdf
Realizzato da: Adriana Lombardo, Fulvia Favore, Mattia Mori