Indoor positioning and ZigBee - A study of ZigBee technology and it’s feasibility in indoor positioning
Hautamäki, Jaakko (2019)
2019
Tietotekniikka
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-05-21
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905311769
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905311769
Tiivistelmä
Sisätilapaikannus, kotiautomaatio ja sensoriverkot yleistyvät nykyajan yhteiskunnassa. ZigBee on lyhyen matkan langaton verkkoteknologia, jota yleisesti käytetään juuri langattomissa sensori- ja kotiautomaatioverkoissa. Tämä työ pyrkii selvittämään onko ZigBee kykenevä sisätilapaikannukseen tehokkaalla tavalla.
ZigBee tukee mesh verkkotopologiaa ja sitä pidetään yleisesti toimintavarmana turvallisena teknologiana. ZigBee toteuttaa yleisesti signaalinvoimakkuusindikaattorin (received signal strength indicator) kaikille viesteille, jota voidaan käyttää paikannukseen useammalla eri algoritmilla. ZigBee laitteet lähettävät säännöllisesti radiomajakkasignaaleja (beacons) puu- ja tähtitopologiassa, Bluetooth low energy (BLE) - radiomajakkasignaalien tapaan. Tämä toiminnallisuus auttaa erityisesti radiosormenjälkipaikannuksessa (fingerprinting). Radiomajakkasignaaleja ei lähetetä ZigBee mesh -verkoissa.
Työssä saadaan selville että ZigBee on täysin kykenevä signaalinvoimakkuusindikaattoriin perustuvaan paikannukseen, kuten kaksi työssä käsiteltyä dokumentoitua ZigBee-paikannustoteutusta todistaa. Molemmat toteutukset käyttävät radiosormenjälkimetodia. Toinen paikannustoteutus saavuttaa 0.51 m paikannustarkkuuden testiympäristössään ja toinen toteutus todistaa että paikannustarkkuutta voidaan parantaa hyödyntämällä useampaa paikannusalgoritmia samanaikaisesti. ZigBee on myös pätevä teknologia tukemaan paikannusteknologioita, jotka vaativat toimiakseen langattomia sensoriverkkoja, kuten infrapuna ja ultraääni. Työssä käsitelty ultraäänellä toimiva dokumentoitu toteutus saavuttaa jopa senttimetriluokan paikannustarkkuuden.
ZigBeen tehonkulutus on hyvin lähellä BLE:n tehonkulutusta, toisin kuin WiFi:n, joka on huomattavasti ZigBee:n ja BLE:n kulutusta korkeampi. WiFi-paikannus hyödyntää yleensä valmista WiFi-arkkitehtuuria, joka on varsin kattava kaupunkialueilla. Tämä mahdollistaa lähes ilmaisen paikannuksen. ZigBee-kotiautomaatioverkot voisivat mahdollisesti toimia samalla tavoin. Teknologioiden keskinäiset kommunikaatioteknologiat kuten FreeBee, BlueBee ja LongBee voisivat myös huomattavasti parantaa WiFi:n BLE:n ja ZigBee:n välistä yhteiseloa ja suorituskykyä niin paikannuksessa kuin kommunikaatiossa.
ZigBee tukee mesh verkkotopologiaa ja sitä pidetään yleisesti toimintavarmana turvallisena teknologiana. ZigBee toteuttaa yleisesti signaalinvoimakkuusindikaattorin (received signal strength indicator) kaikille viesteille, jota voidaan käyttää paikannukseen useammalla eri algoritmilla. ZigBee laitteet lähettävät säännöllisesti radiomajakkasignaaleja (beacons) puu- ja tähtitopologiassa, Bluetooth low energy (BLE) - radiomajakkasignaalien tapaan. Tämä toiminnallisuus auttaa erityisesti radiosormenjälkipaikannuksessa (fingerprinting). Radiomajakkasignaaleja ei lähetetä ZigBee mesh -verkoissa.
Työssä saadaan selville että ZigBee on täysin kykenevä signaalinvoimakkuusindikaattoriin perustuvaan paikannukseen, kuten kaksi työssä käsiteltyä dokumentoitua ZigBee-paikannustoteutusta todistaa. Molemmat toteutukset käyttävät radiosormenjälkimetodia. Toinen paikannustoteutus saavuttaa 0.51 m paikannustarkkuuden testiympäristössään ja toinen toteutus todistaa että paikannustarkkuutta voidaan parantaa hyödyntämällä useampaa paikannusalgoritmia samanaikaisesti. ZigBee on myös pätevä teknologia tukemaan paikannusteknologioita, jotka vaativat toimiakseen langattomia sensoriverkkoja, kuten infrapuna ja ultraääni. Työssä käsitelty ultraäänellä toimiva dokumentoitu toteutus saavuttaa jopa senttimetriluokan paikannustarkkuuden.
ZigBeen tehonkulutus on hyvin lähellä BLE:n tehonkulutusta, toisin kuin WiFi:n, joka on huomattavasti ZigBee:n ja BLE:n kulutusta korkeampi. WiFi-paikannus hyödyntää yleensä valmista WiFi-arkkitehtuuria, joka on varsin kattava kaupunkialueilla. Tämä mahdollistaa lähes ilmaisen paikannuksen. ZigBee-kotiautomaatioverkot voisivat mahdollisesti toimia samalla tavoin. Teknologioiden keskinäiset kommunikaatioteknologiat kuten FreeBee, BlueBee ja LongBee voisivat myös huomattavasti parantaa WiFi:n BLE:n ja ZigBee:n välistä yhteiseloa ja suorituskykyä niin paikannuksessa kuin kommunikaatiossa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8261]