The Applicability of RFID for Indoor Localization

Chapter 11 : The applicability of RFID for indoor localizatio

Localisation en intérieur et gestion de la mobilité dans les réseaux sans fils hétérogènes émergents

Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins d'une évolution considérable dans l'informatique mobile, réseau sans fil et des appareils portatifs. Dans les réseaux de communication à venir, les utilisateurs devraient être encore plus mobiles exigeant une connectivité omniprésente à différentes applications qui seront de préférence au courant de leur contexte. Certes, les informations de localisation dans le cadre de leur contexte est d'une importance primordiale à la fois la demande et les perspectives du réseau. Depuis l'application ou de point de vue utilisateur, la fourniture de services peut mettre à jour si l'adaptation au contexte de l'utilisateur est activée. Du point de vue du réseau, des fonctionnalités telles que le routage, la gestion de transfert, l'allocation des ressources et d'autres peuvent également bénéficier si l'emplacement de l'utilisateur peuvent être suivis ou même prédit. Dans ce contexte, nous nous concentrons notre attention sur la localisation à l'intérieur et de la prévision transfert qui sont des composants indispensables à la réussite ultime de l'ère de la communication omniprésente envisagé. Alors que les systèmes de positionnement en plein air ont déjà prouvé leur potentiel dans un large éventail d'applications commerciales, le chemin vers un système de localisation à l'intérieur de succès est reconnu pour être beaucoup plus difficile, principalement en raison des caractéristiques difficiles à l'intérieur et l'exigence d'une plus grande précision. De même, la gestion de transfert dans le futur des réseaux hétérogènes sans fil est beaucoup plus difficile que dans les réseaux traditionnels homogènes. Régimes de procédure de transfert doit être sans faille pour la réunion strictes de qualité de service (QoS) des applications futures et fonctionnel malgré la diversité des caractéristiques de fonctionnement des différentes technologies. En outre, les décisions transfert devraient être suffisamment souples pour tenir compte des préférences utilisateur d'un large éventail de critères proposés par toutes les technologies. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point précis, l'heure et l'emplacement de puissance et de systèmes efficaces de gestion de transfert afin de mieux satisfaire applications sensibles au contexte et mobiles. Pour obtenir une localisation à l'intérieur, le potentiel de réseau local sans fil (WLAN) et Radio Frequency Identification (RFID) que l'emplacement autonome technologies de détection sont d'abord étudiés par des essais plusieurs algorithmes et paramètres dans un banc d'essai expérimental réel ou par de nombreuses simulations, alors que leurs lacunes sont également été identifiés. Leur intégration dans une architecture commune est alors proposée afin de combiner leurs principaux avantages et surmonter leurs limitations. La supériorité des performances du système de synergie sur le stand alone homologues est validée par une analyse approfondie. En ce qui concerne la tâche de gestion transfert, nous repérer que la sensibilité au contexte peut aussi améliorer la fonctionnalité du réseau. En conséquence, deux de tels systèmes qui utilisent l'information obtenue à partir des systèmes de localisation sont proposées. Le premier schéma repose sur un déploiement tag RFID, comme notre architecture de positionnement RFID, et en suivant la scène WLAN analyse du concept de positionnement, prédit l'emplacement réseau de la prochaine couche, c'est à dire le prochain point de fixation sur le réseau. Le second régime repose sur une approche intégrée RFID et sans fil de capteur / actionneur Network (WSAN) de déploiement pour la localisation des utilisateurs physiques et par la suite pour prédire la prochaine leur point de transfert à deux couches de liaison et le réseau. Etre indépendant de la technologie d'accès sans fil principe sous-jacent, les deux régimes peuvent être facilement mises en œuvre dans des réseaux hétérogènes [...]Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savingsEVRY-INT (912282302) / SudocSudocFranceF

Localisation en intérieur et gestion de la mobilité dans les réseaux sans fils hétérogènes émergents

Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savingsAu cours des dernières décennies, nous avons été témoins d'une évolution considérable dans l'informatique mobile, réseau sans fil et des appareils portatifs. Dans les réseaux de communication à venir, les utilisateurs devraient être encore plus mobiles exigeant une connectivité omniprésente à différentes applications qui seront de préférence au courant de leur contexte. Certes, les informations de localisation dans le cadre de leur contexte est d'une importance primordiale à la fois la demande et les perspectives du réseau. Depuis l'application ou de point de vue utilisateur, la fourniture de services peut mettre à jour si l'adaptation au contexte de l'utilisateur est activée. Du point de vue du réseau, des fonctionnalités telles que le routage, la gestion de transfert, l'allocation des ressources et d'autres peuvent également bénéficier si l'emplacement de l'utilisateur peuvent être suivis ou même prédit. Dans ce contexte, nous nous concentrons notre attention sur la localisation à l'intérieur et de la prévision transfert qui sont des composants indispensables à la réussite ultime de l'ère de la communication omniprésente envisagé. Alors que les systèmes de positionnement en plein air ont déjà prouvé leur potentiel dans un large éventail d'applications commerciales, le chemin vers un système de localisation à l'intérieur de succès est reconnu pour être beaucoup plus difficile, principalement en raison des caractéristiques difficiles à l'intérieur et l'exigence d'une plus grande précision. De même, la gestion de transfert dans le futur des réseaux hétérogènes sans fil est beaucoup plus difficile que dans les réseaux traditionnels homogènes. Régimes de procédure de transfert doit être sans faille pour la réunion strictes de qualité de service (QoS) des applications futures et fonctionnel malgré la diversité des caractéristiques de fonctionnement des différentes technologies. En outre, les décisions transfert devraient être suffisamment souples pour tenir compte des préférences utilisateur d'un large éventail de critères proposés par toutes les technologies. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point précis, l'heure et l'emplacement de puissance et de systèmes efficaces de gestion de transfert afin de mieux satisfaire applications sensibles au contexte et mobiles. Pour obtenir une localisation à l'intérieur, le potentiel de réseau local sans fil (WLAN) et Radio Frequency Identification (RFID) que l'emplacement autonome technologies de détection sont d'abord étudiés par des essais plusieurs algorithmes et paramètres dans un banc d'essai expérimental réel ou par de nombreuses simulations, alors que leurs lacunes sont également été identifiés. Leur intégration dans une architecture commune est alors proposée afin de combiner leurs principaux avantages et surmonter leurs limitations. La supériorité des performances du système de synergie sur le stand alone homologues est validée par une analyse approfondie. En ce qui concerne la tâche de gestion transfert, nous repérer que la sensibilité au contexte peut aussi améliorer la fonctionnalité du réseau. En conséquence, deux de tels systèmes qui utilisent l'information obtenue à partir des systèmes de localisation sont proposées. Le premier schéma repose sur un déploiement tag RFID, comme notre architecture de positionnement RFID, et en suivant la scène WLAN analyse du concept de positionnement, prédit l'emplacement réseau de la prochaine couche, c'est à dire le prochain point de fixation sur le réseau. Le second régime repose sur une approche intégrée RFID et sans fil de capteur / actionneur Network (WSAN) de déploiement pour la localisation des utilisateurs physiques et par la suite pour prédire la prochaine leur point de transfert à deux couches de liaison et le réseau. Etre indépendant de la technologie d'accès sans fil principe sous-jacent, les deux régimes peuvent être facilement mises en œuvre dans des réseaux hétérogènes [...

Deploying wireless sensor/actuator networks and RFID for handoff enhancement

International audienceThe architecture for next generation wireless networks aims to integrate various heterogenous access technologies, the synergy of which offers insights for enhancing traditional network functionalities. In this paper, we propose taking advantage of the Radio Frequency Identification (RFID) and Wireless Sensor/Actuator Networks (WSANs) pervasive technologies for enhancing the handoff process at the link and network layers on the principal communication channel, such as Wireless LAN (WLAN). In our system architecture, an RFID tag deployment is used for capturing the movement pattern of a roaming Mobile Node (MN) with an RFID reader-enabled terminal. This information is utilized for predicting its next point of attachment. The WSAN serves as an overlay control network on the top of the WLAN and is responsible for initiating or ceasing the handoff process, performing handoff prediction and communicating handoff-relevant information. Analysis and simulation-based results show considerable benefits of our scheme compared to Standard solutions, regarding energy consumption and handoff latency dela

Handoff with energy awareness for future pervasive environments

International audienceHandoff management is one of the main research challenges for the realization of the envisioned mobile and wireless Internet. This is mainly due to the latency delay and energy consumption introduced during handoff, which are of major concern for real-time applications and battery-constrained mobile terminals. In this paper, we explore whether handoff management can benefit from the pervasiveness of future communication networks. The key idea is to follow the ambient intelligence paradigm for the purpose of context-aware handoff. More precisely, we focus on the Radio Frequency Identification (RFID) and Wireless Sensor and Actuator Networks (WSANs) pervasive technologies, and propose two schemes for handoff prediction at the network layer or at both link and network layers, respectively. Analytical models for their time response and energy consumption are firstly derived. Then simulation-based results show that both of our schemes can achieve 38% to 93% reduction in time response while the second scheme provides 88% energy savings, validating their superiority over the standard solutions

Handoff management relying on RFID technology

International audienceHandoff management is the main research challenge encountered for providing mobility support over the wireless Internet. Actually, during the migration of a mobile node (MN) among different network domains, its IP traffic is interrupted due to the latency delay introduced by the handoff process. The main source of such latency is attributed to the Movement Detection (MD) stage, whereby the MN becomes aware of its new IP network. In this paper, we propose a novel MD scheme relying on the Radio Frequency IDentification (RFID) technology aiming to reduce this latency. The main concept of our proposal is to predict the next point of attachment (PoA) of an RFID-enabled MN by using topology information provided by the network with the collaboration of an RFID system. The proposed scheme is fast, introduces low message overhead and is independent of the underlying radio access technology. An analytical model for its time behavior is firstly derived and finally simulation-based results validate its performance in detecting fast and accurately the MN's movemen

Cooperative fingerprint-based indoor localization using self-organizing maps

International audienceIndoor positioning techniques based on radio fingerprints outstand over other localization methods because of their independence from radio propagation models and cost-effectiveness in terms of hardware and deployment requirements. However, their reported best achieved accuracy is bounded due to the random environmental changes which cause the inconsistency between the stored fingerprints and the current radio behavior. In order to overcome this limitation, we propose a cooperative localization scheme, whereby users exchange their real-time signal measurements in order to update and improve their estimated location. The update process relies on a modified version of the neural network structure of Self-Organizing Maps by considering the signal relationship between users. Performance evaluation results demonstrate accuracy improvement over the baseline fingerprinting technique while keeping the communication and complexity overheads lo

LTE femtocell integration with wireless sensor/actuator networks and RFID technologies

With the rapid growth of wireless access networks, the great advances in mobile computing, and the overwhelming success of the Internet, a new communication paradigm has emerged, whereby mobile users require ubiquitous access to their services while roaming, preferably without interruption or degradation of their communication quality. One of the research challenges for next generation (NG) all-IP-based wireless and mobile systems is the design of intelligent mobility management techniques that take advantage of IP-based technologies to achieve global roaming among heterogeneous access technologies [1]

Path selection algorithms for fault tolerance in wireless mesh networks

International audienceRecently Wireless Mesh Networks (WMNs) have emerged as a key technology for providing high-bandwidth networking among peer nodes over a specific coverage area. Features such as low cost, ease of deployment, self-configuration and self-healing make them one of the most promising global telecommunication systems. Despite their advantages, however, several research challenges remain in all protocol layers. In this paper, we address the main challenging issues related to the routing aspects in a WMN. Routing in such networks is performed through multi-hop paths where intermediate nodes cooperatively make forwarding decisions based on their knowledge regarding the network topology. However, in an unideal dynamic environment due to frequent or rare node failures/misbehavior, traditional ad-hoc routing protocols suffer from high routing overhead or energy consumption. Motivated by this, we propose several path selection algorithms which adapt to such topology dynamics. The main objective of these routing schemes is to provide fault tolerance without sacrificing the energy and computational complexity efficiency. Numerical investigations, based on extensive simulations, validate the effectiveness of our proposals even when faulty nodes subsist in the environment