RFID Design of Indoor positioning and Tracking algorithm

主動式RFID室內定位追蹤演算法與系統設計 Design of Indoor positioning and Tracking algorithm and system based on Active RFID Technology Speaker：Kung Che-Chen 龔哲幀 Advisor：Dr. Ke Kai-Wei 柯開維 博士 Date： 07/27/2010 1

Outline • Motivation • Background • Proposed Indoor Positioning & Tracking • System Design • Results and Analysis • Conclusion • Demo 2

Background - Measurement Principles of Wireless Positioning System • 以目前在無線環境下進行定位大致有以下四 種方法： 1. 接收信號角度定位法 (Angle of Arrival；AOA) 2. 訊號抵達時間定位法 (Time of Arrival；TOA) 3. 訊號抵達時間差定位法 (Time Difference of Arrival；TDOA) 4. 接收訊號強度定位法 (Received Signal Strength indicator；RSSI) 5

System Design • Hardware Deployment 10

System Design • Software Flowchart(一) 11

System Design • Software Flowchart(二) 12

System Design – 5個 – 10個 – 超過10個 14

System Design • Virtual tag group-based RFID positioning (虛擬標籤群組定位法) – 流程圖 16

System Design • Ex: – 16 Reference Tag – 1 Reader 3, 5 3 2, 5 Reference Tag 2 Tracking Tag 1, 5 Reader 1 0, 5 0 0 1 2 3 4 設定各個Group 17

Results and Analysis – 當 選 擇 的 鄰 近 參 考 點 數 在 4~7 時，有最小的平均誤差，與LANDMARC相吻合。 (m) 1, 2 1, 1 1 Average Error 0, 9 0, 8 0, 7 0, 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 鄰近參考點數 Average Error 20

Results and Analysis • 距離對訊號強度分析 – 理 論 上 ， Tag與 Reader 之間隨著距離的增加，訊號強度會隨之衰減。 – 實際量測在一個室內的長廊，以 1公尺為單位從 1 公尺量測至 15公尺。 190 180 170 160 RSSI 150 140 130 120 110 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Distance(m) RSSI 180, 47175156, 37 139, 37 152, 31 148, 97 146, 44 141, 28 139, 99126134, 02 133, 25 132, 01 128, 01130, 2 距離與訊號強度關係圖 21

Results and Analysis • 實體與虛擬參考點佈局一之平均誤差比較 1, 2 (m) 1 1, 0525 0, 915 0, 8525 0, 8650000002 0, 935 0, 805 0, 8 Average Error 0, 6 0, 4 0, 2 0 Latest RSSI Moving average Segmenting average Real Virtual 訊號強度處理法 24

Results and Analysis – 佈局二 • 六個參考點均勻設置於 2*1公尺空間中。 • Reader設置參考點區域外 1公尺處。 • 定位點隨機取 4個位置。 6 5 4 Reference Tag 3 Tracking Tag Reader 2 1 Case 2 0 0 5 10 15 20 25

Results and Analysis • 實體與虛擬參考點佈局二之平均誤差比較 (m) 0, 76 0, 74 0, 72 Average Error 0, 7775000001 0, 78 0, 7175 0, 7075 0, 7 0, 68 0, 700000001 0, 695 0, 6775000002 0, 66 0, 64 Real Virtual Latest RSSI Moving average Segmenting average 訊號強度處理法 • 實體與虛擬參考點綜合平均誤差比較 0, 88 (m) 0, 86 0, 84 0, 82 0, 8 0, 78 Average Error 0, 76 0, 74 0, 72 Real Virtual 0, 88 0, 81625 0, 8175 0, 79125 0, 77375000002 0, 77125000002 Latest RSSI Moving average 訊號強度處理法 Segmenting average 26

Results and Analysis – 佈局二 • 16個參考點均勻設置於 3*3公尺空間中。 • Reader位置與定位點位置取與佈局一相同。 4 3 Reference Tag 2 Tracking Tag 1 Reader 0 0 0, 5 1 1, 5 2 2, 5 3 3, 5 Case 2 – 參考點密度綜合平均誤差比較 (m) Average Error Case 1 0, 760000002 0, 78 0, 740000002 0, 76 0, 720000000000001 0, 74 0, 700000001 0, 72 0, 7 0, 670000002 0, 68 0, 66 0, 64 Latest RSSI Moving average Segmenting average 訊號強度處理法 28

Results and Analysis • Reader設置位置於Case 1綜合平均誤差比較 1, 51125 1, 6 1, 50313 1, 50188 1, 4 1, 2 (m) 1, 11822 1, 11759 1, 11572 1 0, 8 Average Error 0, 6 0, 4 0, 2 0 Latest RSSI (2. 2, 0. 8) 1, 11822 (5, 0) 1, 51125 Moving average 1, 11759 1, 50188 Segmenting average 1, 11572 1, 50313 訊號強度處理法 30

Results and Analysis – Case 2 • 在 2*2公尺空間中以 1公尺為單位均勻設置參考點。 • 定位點隨機取 5點。 • 分別把Reader設置於((15, 0)、(25, 0)、(45, 0)與(7, 7)。 12 10 8 Reference Tag 6 Tracking Tag 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 / 5 (m)Case 2 31

Results and Analysis – Reader設置位置於Case 2綜合平均誤差比較 (m) 1, 2 1, 15 1 0, 83 0, 8 1, 14 0, 96 0, 90 0, 94 0, 80 0, 68 0, 73 0, 66 0, 80 0, 74 0, 6 Average Error 0, 4 0, 2 0 Latest RSSI Moving average Segmentingaverage Latest RSSI average (15, 0) 1, 145333333 1, 144666667 0, 936666667 (25, 0) 0, 8280000001 0, 802 0, 7326666667 (45, 0) 0, 90066666670, 9640000001 0, 804 (7, 7) 0, 67733333350, 66200000020, 736666667 訊號強度處理法 32

Results and Analysis • 隔牆綜合平均定位誤差比較 1, 2 1, 027778 1, 062222 0, 96333299998 0, 872593 1 (m) 0, 8 0, 6 Average Error 0, 4 0, 2 0 佈局一 佈局二 A 1, 062222 N N 1, 027778 0, 96333299998 0, 872593 A 訊號強度處理法 36

Results and Analysis 12 10 W a 8 l Reference Tag l 6 Tracking Tag Reader 4 Wall 2 0 0 2 4 6 8 10 12 – 隔牆佈局一定位區域判別 (2, 7) (1, 9) (3, 5) (7, 2) (10, 1) (8, 7) (10, 10) (5, 6) (6, 8) 成功率 A ˇ ˇ ˇ ˇ × × 78% N ˇ ˇ ˇ × × 67% G ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 100% 38

Results and Analysis – 隔牆佈局二定位區域判別 (5, 2) (9, 1) (15, 3) (20, 0) (25, 10) (5, 10) A ˇ ˇ ˇ × N ˇ ˇ ˇ × G ˇ ˇ ˇ (29, 18) (10, 27) (7, 17) (3, 29) (16, 26) (26, 30) 成功率 A ˇ × × × ˇ × 58% N ˇ × × × ˇ × 58% G ˇ ˇ × ˇ ˇ ˇ 92% – 隔牆綜合定位平均誤差比較 2, 066667 2, 5 (m) 1, 945556 2 1, 5 1 Average Error 2, 053889 0, 611111 0, 63407400002 0, 50740699997 0, 5 0 佈局一 佈局二 A A 0, 611111 N N GG 0, 634074000020, 50740699997 2, 066667 訊號強度處理法 2, 053889 1, 945556 40

Demo 43

Demo 44

Q&A Thanks for your attention 45