Distributed and adaptive location identification system for mobile devices
- 1. Jordan University of Science and Technology
Description
Indoor location identification and navigation need to be as simple, seamless, and ubiquitous as its outdoor GPS-based counterpart is. It would be of great convenience to the mobile user to be able to continue navigating seamlessly as he or she moves from a GPS-clear outdoor environment into an indoor environment or a GPS-obstructed outdoor environment such as a tunnel or forest. Existing infrastructure-based indoor localization systems lack such capability, on top of potentially facing several critical technical challenges such as increased cost of installation, centralization, lack of reliability, poor localization accuracy, poor adaptation to the dynamics of the surrounding environment, latency, system-level and computational complexities, repetitive labor-intensive parameter tuning, and user privacy. To this end, this paper presents a novel mechanism with the potential to overcome most (if not all) of the abovementioned challenges. The proposed mechanism is simple, distributed, adaptive, collaborative, and cost-effective. Based on the proposed algorithm, a mobile blind device can potentially utilize, as GPS-like reference nodes, either in-range location-aware compatible mobile devices or preinstalled low-cost infrastructure-less location-aware beacon nodes. The proposed approach is model-based and calibration-free that uses the received signal strength to periodically and collaboratively measure and update the radio frequency characteristics of the operating environment to estimate the distances to the reference nodes. Trilateration is then used by the blind device to identify its own location, similar to that used in the GPS-based system. Simulation and empirical testing ascertained that the proposed approach can potentially be the core of future indoor and GPS-obstructed environments.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يجب أن يكون تحديد الموقع الداخلي والتنقل في الأماكن المغلقة بسيطًا وسلسًا وفي كل مكان مثل نظيره الخارجي القائم على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). سيكون من المريح للغاية لمستخدم الهاتف المحمول أن يكون قادرًا على مواصلة التنقل بسلاسة أثناء انتقاله من بيئة خارجية خالية من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى بيئة داخلية أو بيئة خارجية يعوقها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مثل نفق أو غابة. تفتقر أنظمة التوطين الداخلية القائمة على البنية التحتية الحالية إلى هذه القدرة، بالإضافة إلى احتمال مواجهة العديد من التحديات التقنية الحرجة مثل زيادة تكلفة التركيب، والمركزية، ونقص الموثوقية، وضعف دقة التوطين، وسوء التكيف مع ديناميكيات البيئة المحيطة، والكمون، والتعقيدات على مستوى النظام والحسابية، وضبط المعلمات كثيفة العمالة المتكررة، وخصوصية المستخدم. وتحقيقا لهذه الغاية، تقدم هذه الورقة آلية جديدة مع إمكانية التغلب على معظم (إن لم يكن كل) التحديات المذكورة أعلاه. الآلية المقترحة بسيطة وموزعة وقابلة للتكيف وتعاونية وفعالة من حيث التكلفة. استنادًا إلى الخوارزمية المقترحة، يمكن لجهاز أعمى محمول أن يستخدم، كعُقد مرجعية تشبه نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، إما أجهزة محمولة متوافقة مع الموقع داخل النطاق أو عُقد منارة منخفضة التكلفة مثبتة مسبقًا بدون بنية تحتية. النهج المقترح قائم على النموذج وخالي من المعايرة يستخدم قوة الإشارة المستقبلة لقياس وتحديث خصائص التردد اللاسلكي لبيئة التشغيل بشكل دوري وتعاوني لتقدير المسافات إلى العقد المرجعية. ثم يتم استخدام التثليث بواسطة الجهاز الأعمى لتحديد موقعه الخاص، على غرار ذلك المستخدم في النظام القائم على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). أكدت المحاكاة والاختبار التجريبي أن النهج المقترح يمكن أن يكون جوهر البيئات الداخلية والبيئات التي يعوقها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في المستقبل.Translated Description (French)
L'identification et la navigation de l'emplacement intérieur doivent être aussi simples, transparentes et omniprésentes que son homologue GPS extérieur. Il serait très pratique pour l'utilisateur mobile de pouvoir continuer à naviguer en toute transparence lorsqu'il passe d'un environnement extérieur sans GPS à un environnement intérieur ou à un environnement extérieur obstrué par GPS tel qu'un tunnel ou une forêt. Les systèmes de localisation intérieure basés sur l'infrastructure existants manquent de cette capacité, en plus de faire face à plusieurs défis techniques critiques tels que l'augmentation des coûts d'installation, la centralisation, le manque de fiabilité, la faible précision de la localisation, la mauvaise adaptation à la dynamique de l'environnement environnant, la latence, les complexités au niveau du système et du calcul, le réglage répétitif des paramètres à forte intensité de main-d' œuvre et la confidentialité des utilisateurs. À cette fin, cet article présente un nouveau mécanisme susceptible de surmonter la plupart (sinon la totalité) des défis susmentionnés. Le mécanisme proposé est simple, distribué, adaptatif, collaboratif et rentable. Sur la base de l'algorithme proposé, un dispositif mobile aveugle peut potentiellement utiliser, en tant que nœuds de référence de type GPS, soit des dispositifs mobiles compatibles avec la localisation à portée, soit des nœuds de balise sans localisation et à infrastructure à faible coût préinstallés. L'approche proposée est basée sur un modèle et sans étalonnage qui utilise l'intensité du signal reçu pour mesurer et mettre à jour périodiquement et en collaboration les caractéristiques de radiofréquence de l'environnement d'exploitation afin d'estimer les distances aux nœuds de référence. La trilatération est ensuite utilisée par le dispositif aveugle pour identifier son propre emplacement, similaire à celui utilisé dans le système GPS. La simulation et les tests empiriques ont permis de déterminer que l'approche proposée peut potentiellement être au cœur des futurs environnements intérieurs et obstrués par le GPS.Translated Description (Spanish)
La identificación de ubicaciones interiores y la navegación deben ser tan simples, fluidas y omnipresentes como su contraparte al aire libre basada en GPS. Sería de gran conveniencia para el usuario móvil poder continuar navegando sin problemas a medida que se mueve de un entorno exterior despejado por GPS a un entorno interior o un entorno exterior obstruido por GPS, como un túnel o un bosque. Los sistemas de localización de interiores basados en infraestructura existentes carecen de dicha capacidad, además de enfrentar potencialmente varios desafíos técnicos críticos, como el aumento del costo de instalación, la centralización, la falta de confiabilidad, la poca precisión de la localización, la mala adaptación a la dinámica del entorno circundante, la latencia, el nivel del sistema y las complejidades computacionales, el ajuste repetitivo de parámetros que requiere mucha mano de obra y la privacidad del usuario. Con este fin, este documento presenta un mecanismo novedoso con el potencial de superar la mayoría (si no todos) de los desafíos mencionados anteriormente. El mecanismo propuesto es simple, distribuido, adaptativo, colaborativo y rentable. Con base en el algoritmo propuesto, un dispositivo móvil ciego puede utilizar potencialmente, como nodos de referencia similares al GPS, dispositivos móviles compatibles con la ubicación dentro del rango o nodos de baliza preinstalados sin infraestructura de bajo costo. El enfoque propuesto está basado en modelos y sin calibración que utiliza la intensidad de la señal recibida para medir y actualizar periódica y colaborativamente las características de radiofrecuencia del entorno operativo para estimar las distancias a los nodos de referencia. El dispositivo ciego utiliza la trilateración para identificar su propia ubicación, similar a la utilizada en el sistema basado en GPS. La simulación y las pruebas empíricas determinaron que el enfoque propuesto puede ser potencialmente el núcleo de futuros entornos interiores y con GPS obstruido.Files
s13634-018-0583-3.pdf
Files
(4.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2d4d1e934a7dcbd2a8a64d66b564c49c
|
4.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نظام تحديد موقع موزع ومتكيف للأجهزة المحمولة
- Translated title (French)
- Système d'identification de localisation distribué et adaptatif pour appareils mobiles
- Translated title (Spanish)
- Sistema de identificación de ubicación distribuido y adaptativo para dispositivos móviles
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3103708428
- DOI
- 10.1186/s13634-018-0583-3
References
- https://openalex.org/W1988951879
- https://openalex.org/W1992102129
- https://openalex.org/W2003738415
- https://openalex.org/W2013503669
- https://openalex.org/W2042742742
- https://openalex.org/W2051420530
- https://openalex.org/W2059519800
- https://openalex.org/W2091107418
- https://openalex.org/W2107093695
- https://openalex.org/W2108467170
- https://openalex.org/W2116070975
- https://openalex.org/W2117668287
- https://openalex.org/W2120350100
- https://openalex.org/W2134041135
- https://openalex.org/W2135401627
- https://openalex.org/W2145417574
- https://openalex.org/W2151323551
- https://openalex.org/W2216587193
- https://openalex.org/W2289104696
- https://openalex.org/W2417291942
- https://openalex.org/W2554734818
- https://openalex.org/W2559849382
- https://openalex.org/W2561675875
- https://openalex.org/W2613506699
- https://openalex.org/W2614087510
- https://openalex.org/W2620352722
- https://openalex.org/W2621125221
- https://openalex.org/W2736525866
- https://openalex.org/W2744484140
- https://openalex.org/W2752023969
- https://openalex.org/W2761292292
- https://openalex.org/W2766379701
- https://openalex.org/W2779232835
- https://openalex.org/W2793202091
- https://openalex.org/W4212888567