Objetivos y metodología

Esta tesis está enfocada en la mejora de los sistemas de posicionamiento de dispositivos móviles en entornos de interior basados en tecnologías inalámbricas de comunicaciones de voz y datos, y se centra en el empleo de los métodos fingerpinting para llevar a cabo el citado posicionamiento.

Para alcanzar este objetivo, se proponen dos innovaciones concretas, según se ha apuntado ya en la sección anterior. Esas contribuciones son resultado de la metodología seguida, descrita de forma gráfica y resumida en la Figura 1, y que ha pasado por los siguientes procesos:

1) Revisión del estado del arte relativo a la localización en interiores, usando las tecnologías de comunicaciones inalámbricas para voz y datos disponibles actualmente.

En este proceso se han identificado las técnicas fingerprinting como las más adecuadas actualmente para llevar a cabo este tipo de localización en interiores.

2) Identificación de puntos débiles en posibles sistemas de localización reales actuales, basados en tecnologías fingerprinting.

A ese respecto, se han identificado una serie de problemas inherentes a los métodos fingerprinting, claramente deficitarios de soluciones en algunos aspectos débiles de los mismos. En concreto, de entre las posibles áreas de mejora, el presente trabajo se ha centrado en el estudio de las siguientes:

a. Se carece de unas reglas claras y precisas para llevar a cabo el dimensionamiento inicial del sistema. Estas reglas deberían permitir, al menos, establecer un dimensionamiento del sistema en función de las prestaciones que se le van a exigir al mismo, en términos de posicionamiento.

b. Calibración costosa en términos de tiempo y esfuerzo. Por tanto, es difícil mantener las prestaciones del sistema a lo largo del tiempo, ya que no es viable llevar a cabo nuevas calibraciones con la frecuencia necesaria.

c. No se dispone generalmente de una visión de conjunto de los sistemas reales, con la debida interrelación de los distintos componentes que pueden formar parte de los mismos.

3) Aporte de innovaciones y mejoras.

Se han revisado a fondo los anteriores puntos débiles, y se han identificado una serie de puntos concretos sobre los que realizar nuevas aportaciones, con la premisa inicial de acotar el trabajo de verificación a la simulación por ordenador de las mismas. Para realizar estas simulaciones se han empleado, principalmente, herramientas que reproducen en ordenador la transmisión de la señal radio en entonos de interior.

Las dos ideas innovadoras que se aportan en este trabajo, en línea con los puntos débiles identificados, son las siguientes:

a. La primera mejora es relativa al dimensionamiento inicial del sistema, cuando este se basa en métodos fingerprinting, y por tanto afecta a una fase incluso anterior a la calibración del mismo. Ofrece un método que puede ser usado para determinar el número mínimo de emisores de señal a desplegar, así como la granularidad o densidad mínima requerida al mapa radio, teniendo en cuenta los requerimientos de posicionamiento concretos que se le demanda al sistema de partida.

En relación a las entidades emisoras de señal a desplegar se constata que, a lo largo de la evolución de las tecnologías de acceso radio, se han llevado a cabo abundantes investigaciones en relación con la optimización en el despliegue de estaciones emisoras para redes de comunicaciones móviles y, en este aspecto, se han tomado especialmente en cuenta las consideraciones relativas a los requerimientos para la transmisión de voz y datos a través de la citadas redes (consultar, por ejemplo, [MOL09]). Sin embargo, ha habido un número limitado de estudios publicados en esta área que hayan tenido presentes los requerimientos de los servicios de localización, y que ofrezcan algunas líneas de actuación, o resultados aplicables a esta área (entre ellos se puede citar, por ejemplo, [AOM11]).

La investigación llevada a cabo en este trabajo comienza precisamente ahí, dado que éste ha sido identificado como un campo relativamente poco explorado, y el objetivo ha sido encontrar un número de entidades emisoras justo para llevar a cabo el procedimiento de localización, sin sobredimensionarlo de forma innecesaria.

En relación al mapa radio, se ha intentado establecer una indicación sobre el número mínimo de puntos sobre los que se han de registrar medidas durante la fase de calibración, en función igualmente de los requerimientos de localización.

El conocimiento de ese dato redundará de forma positiva en el sistema de dos formas distintas:

o Acortamiento del tiempo necesario para llevar a cabo la fase de calibración.

o Mejora de la respuesta del sistema en el momento de realizar el posicionamiento. Cuantos menos puntos haya en el mapa radio, menor tamaño se requerirá para su almacenamiento, y su procesamiento será más rápido.

b. La segunda mejora que se propone, relativa al mantenimiento del sistema con unos valores de referencia adecuados, y que debe ser llevada a cabo durante la fase de localización sin tener que volver a llevar a cabo la costosa fase de calibración, consiste en una técnica de recalibración automática de los valores almacenados en el mapa radio.

La citada recalibración automática toma en cuenta las medidas reportadas por unos pocos puntos estáticos de calibración, y éstas son aplicadas a los puntos circundantes en el mapa radio mediante técnicas geométricas. Esto se realiza con el

esta forma, el mapa radio puede ser frecuentemente actualizado, buscando el incremento constante de la exactitud resultante del sistema.

Obviamente, la variación constante de la señal radio debida a diversos factores que influyen en la propagación de la misma (fading, principalmente) obligan a que la recalibración sea realizada solamente cuando las medidas en los puntos de calibración exceden determinados niveles de potencia umbrales prefijados, intentando evitar recalibraciones demasiado frecuentes que puedan provocar la inestabilidad en el sistema.

En el campo de la recalibración, se pueden encontrar varios trabajos realizados con anterioridad, como [YIN05] o [WAN11], pero la mayoría de ellos confían en una densidad muy alta de puntos de calibración y en cálculos inabordables en tiempo real. El autor considera que la contribución de esta tesis aporta una forma mucho más simple y realista de aproximarse a la cuestión de la recalibración que las conocidas con anterioridad. Eso debe facilitar su aplicabilidad en sistemas comerciales reales, más allá de los entornos de laboratorio empleados para la investigación, y contribuir a incrementar el grado de difusión de las aplicaciones LBS para entornos de interior. Por último, y aunque no constituya una idea puramente innovadora, sino más bien un trabajo ahondando en un camino poco explorado:

c. Se han llevado a cabo trabajos de integración, avanzando en la identificación de las necesidades de un sistema real, que incorporase al menos las dos innovaciones anteriormente citadas. A lo largo de todo este trabajo, siempre ha estado subyacente la idea de intentar avanzar en el sentido de la integración de las diferentes partes que componen el sistema, intentando actuar siempre desde el punto de vista del conjunto, y no de las diferentes partes que lo componen por separado. Por tanto, se ha validado con simulaciones que las dos innovaciones planteadas por separado pueden funcionar también de manera integrada, sobre un escenario cercano a la realidad.

4) La fase final del trabajo ha consistido en la consolidación de los resultados obtenidos, y el reporte ordenado de los mismos, con el objetivo de facilitar el avance en trabajos futuros a partir de los puntos y conclusiones a los que se ha llegado en el presente trabajo.

A más largo plazo, el objetivo de este trabajo y otros que vendrán debe ser la incorporación de sus resultados a los diseños de sistemas de comunicaciones en entornos de interior, de forma que se tengan presentes los servicios de localización como una faceta más entre los requerimientos de los mismos.

La parte principal de este trabajo, que cubre aspectos relativos a las dos innovaciones previamente descritas, se ha publicado en [BAR13], si bien los trabajos en ambas líneas de investigación han continuado, y en la presente tesis se muestran nuevos resultados que aportan mayor profundidad a las mismas, principalmente en lo relativo a las reglas de dimensionamiento del sistema. Estos nuevos resultados están pendientes de ser convenientemente compilados y resumidos para su divulgación en un nuevo artículo, evolución del anterior.

Otra parte del trabajo realizado, aportando mejoras a las fases de calibración y recalibración de los sistemas fingerprinting, fue publicada en [MOL13],

En relación a la fase de integración de los sistemas, y en especial en lo relativo a los aspectos de gestión de red de los mismos, he colaborado también en [FOR15]. Además de lo expuesto en ese artículo, en esta tesis se avanza en la integración de sistema de las dos aportaciones de [BAR13], actualizadas con los últimos resultados obtenidos.

El germen de los trabajos anteriormente citados se encuentra en el ámbito de investigación del Proyecto MONOLOC, que es un proyecto financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad dentro del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2008-2011 (nº expediente IPT-430000-2011-1272) y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

El objetivo del citado proyecto MONOLOC, finalizado en el año 2014, fue desarrollar una Plataforma Avanzada de gestión de redes Móviles heterogéneas de nueva generación, con localización de usuarios en interiores.

Dentro de ese proyecto realicé tareas de coordinación de actividades, y participé directamente en la generación y divulgación de resultados de investigaciones directamente relacionadas con esta tesis, si bien parte de los trabajos descritos en ella han sido obtenidos a continuación, tras la finalización del proyecto, a título personal.