WiFi-based indoor positioning.

Abstract

In this dissertation, the primary focus is the development of an indoor positioning system predicated on WiFi technology, harnessing both Round Trip Time (RTT) and Received Signal Strength Indication (RSSI) methodologies. RTT serves as a mechanism to quantify the duration required for WiFi signals to traverse between a specific device and its corresponding access point, thus facilitating the extrapolation of the distance between any Wireless Local Area Network (WLAN) device and said access point. Conversely, RSSI operates on the premise of ascertaining the triangulated coordinates of a designated target, achieved by a meticulous analysis of signal amplitude at diverse receiver locales. Within the framework of this research endeavor, an ESP32 microcontroller has been employed as the pivotal access point, purposed to approximate the spatial positioning of any WiFi-integrated device within a delineated architectural space or chamber.

We use the ping method to collect RTT and RSSI values of different APs in this project. We gather different RTT values from different esp32 microcontroller access points placed in the building and use them to locate the position for our device. Similarly, we gather RSSI values from different locations’ access points, and compare them to get more accurate and closer to real values results. Then we compare the final values of both RSSI and RTT to the original positioning value to evaluate which method is more accurate for indoor positioning.

This thesis can be useful for object tracing or object detection projects using WLAN network. For example, we can use it to locate our laptop or smartphone inside our house or office, or to detect any unauthorized devices in a restricted area.

The main findings of this thesis are that RTT method is more accurate than RSSI method for indoor positioning, and that combining both methods can improve accuracy even further. We also discuss the limitations and challenges of this project, such as the interference of other Wi-Fi signals and the calibration of different devices.

Σε αυτή τη μεταπτυχιακή διατριβή, η κύρια επικέντρωση είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος εσωτερικού εντοπισμού βασισμένου στην τεχνολογία WiFi, αξιοποιώντας και τις μεθοδολογίες Round Trip Time (RTT) και Received Signal Strength Indication (RSSI). Το RTT λειτουργεί ως μηχανισμός για τον προσδιορισμό της διάρκειας που απαιτείται για τα σήματα WiFi να διασχίσουν μεταξύ ενός συγκεκριμένου συσκευής και του αντίστοιχου σημείου πρόσβασης, διευκολύνοντας έτσι την εξαγωγή της απόστασης μεταξύ οποιασδήποτε συσκευής του Δικτύου Τοπικής Περιοχής (WLAN) και του εν λόγω σημείου πρόσβασης.

Αντιθέτως, το RSSI λειτουργεί στη βάση του προσδιορισμού των τριγωνισμένων συντεταγμένων ενός καθορισμένου στόχου, που επιτυγχάνεται με μια λεπτομερή ανάλυση της πλάτους του σήματος σε διάφορα σημεία λήψης. Στο πλαίσιο αυτής της ερευνητικής προσπάθειας, ένας μικροελεγκτής ESP32 έχει χρησιμοποιηθεί ως το κύριο σημείο πρόσβασης, με σκοπό την προσέγγιση της χωρικής θέσης οποιασδήποτε συσκευής με ενσωματωμένο WiFi εντός ενός καθορισμένου αρχιτεκτονικού χώρου ή δωματίου.

Χρησιμοποιούμε τη μέθοδο ping για τη συλλογή τιμών RTT και RSSI διαφορετικών σημείων πρόσβασης σε αυτό το έργο. Συλλέγουμε διαφορετικές τιμές RTT από διαφορετικά σημεία πρόσβασης μικροελεγκτή esp32 τοποθετημένα στο κτίριο και τα χρησιμοποιούμε για τον προσδιορισμό της θέσης της συσκευής μας. Ομοίως, συλλέγουμε τιμές RSSI από διαφορετικά σημεία πρόσβασης και τα συγκρίνουμε για να πάρουμε πιο ακριβείς και κοντά στα πραγματικά αποτελέσματα. Στη συνέχεια, συγκρίνουμε τις τελικές τιμές των RSSI και RTT με την αρχική τιμή εντοπισμού για να αξιολογήσουμε ποια μέθοδος είναι πιο ακριβής για τον εσωτερικό εντοπισμό.

Αυτή η διατριβή μπορεί να είναι χρήσιμη για έργα εντοπισμού ή ανίχνευσης αντικειμένων χρησιμοποιώντας δίκτυο WLAN. Για παράδειγμα, μπορούμε να τη χρησιμοποιήσουμε για τον εντοπισμό του φορητού ή του κινητού τηλεφώνου μας μέσα στο σπίτι ή στο γραφείο μας, ή για την ανίχνευση οποιασδήποτε μη εξουσιοδοτημένης συσκευής σε μια περιοχή με περιορισμούς.

Τα κύρια ευρήματα αυτής της διατριβής είναι ότι η μέθοδος RTT είναι πιο ακριβής από τη μέθοδο RSSI για τον εσωτερικό εντοπισμό και ότι ο συνδυασμός και των δύο μεθόδων μπορεί να βελτιώσει ακόμη περισσότερο την ακρίβεια. Συζητούμε επίσης τους περιορισμούς και τις προκλήσεις αυτού του έργου, όπως η παρεμβολή άλλων σημάτων Wi-Fi και η βαθμονόμηση διαφορετικών συσκευών.