A Review of pedestrian indoor positioning systems for mass market applications

In the last decade, the interest in Indoor Location Based Services (ILBS) has increased stimulating the development of Indoor Positioning Systems (IPS). In particular, ILBS look for positioning systems that can be applied anywhere in the world for millions of users, that is, there is a need for developing IPS for mass market applications. Those systems must provide accurate position estimations with minimum infrastructure cost and easy scalability to different environments. This survey overviews the current state of the art of IPSs and classifies them in terms of the infrastructure and methodology employed. Finally, each group is reviewed analysing its advantages and disadvantages and its applicability to mass market applications

A reduced complexity approach to IAA beamforming for efficient DOA estimation of coherent sources

Altres ajuts : Chair of Knowledge and Technology Transfer Parc de Recerca UAB-SantanderWe address the 2D direction-of-arrival (DOA) estimation problem in scenarios with coherent sources. More specifically, we adopt beamforming solutions based on the iterative adaptive approach (IAA) recently proposed in the literature. The motivation of such adoption mainly comes from the excellent behavior these beamformers provide in scenarios with coherent sources. Nonetheless, these strategies suffer from a prohibitive computational complexity, especially in 2D scenarios. In order to alleviate the, we propose two reduced-complexity (RC) versions of the IAA and IAA based on maximum likelihood (IAA-ML) algorithms. The proposed beamformers are referred to as IAA-RC and IAA-ML-RC and provide similar results to those obtained with their original counterparts. Computational complexity, however, is further reduced. Numerical results presented in the paper show that the computational burden can be decreased by a 52 with our proposed solutions in the considered scenarios

Cooperative strategies for imperfect CSI scenarios based on distributed Alamouti

Les comunicacions cooperatives estan guanyant un gran interès en les comunicacions modernes degut a que permeten millorar la transmissió dʼinformació entre un emissor i un receptor utilitzant una sèrie de terminals situats entre ells. Aquest projecte és un estudi complet del sistemes cooperatius, analitzant el seu rendiment i comparant lʼús dʼun sol dʼaquests terminals amb lʼús del codi Alamouti, que utilitza dos terminals. Primer hi ha una introducció als sistemes cooperatius i a la teoria de la informació. Després hem estudiat un sistema cooperatiu amb la teoria de la informació com a base, en termes de probabilitat de fallada del sistema, i posteriorment lʼhem adaptat a un sistema cooperatiu real utilitzant una modulació QPSK, estudiant la seva probabilitat dʼerror de paquet. Finalment es proposen diversos protocols que permeten millorar el rendiment del sistema cooperatiu estudiat.Las comunicaciones cooperativas están ganando mucho interés en las comunicaciones modernas debido a que permiten mejorar la transmisión de información entre un emisor y un receptor usando una serie de terminales intermedios. Este proyecto es un estudio completo de los sistemas cooperativos, analizando su rendimiento y comparando el uso de uno solo de estos terminales con el uso del código Alamouti, el cual usa dos terminales. Primero hay una introducción a los sistemas cooperativos y a la teoría de la información. Después hemos estudiado un sistema cooperativo con la teoría de la información como base, en términos de probabilidad de fallo del sistema, y posteriormente lo hemos adaptado a un sistema cooperativo real usando una modulación QPSK, estudiando su probabilidad de error de paquete. Finalmente se proponen varios protocolos que permiten mejorar el rendimiento del sistema cooperativo estudiado.Cooperative communications are gaining much interest in modern communications because they allow to improve the information transmission between a source and a destination using various intermediate terminals. This project is a complete study of cooperative systems, analyzing its performance and comparing the use of a single terminal with the use of the Alamouti code, which uses two terminals. First, there is an introduction to cooperative systems and to information theory. Then we have studied a cooperative system using the information theory, in terms of outage probability, and subsequently we have adapted it to a real cooperative system using a QPSK modulation, studying its packet error probability. Finally several protocols are proposed to improve the performance of the studied cooperative system

Wireless sensor networks in the future internet of things: density, mobility, heterogeneity and integration

Las redes de sensores inalámbricos están destinadas a revolucionar nuestra manera de vivir, trabajar y relacionarnos con el entorno. Aunque este tipo de redes ha estado en el foco de la investigación científica durante la última década, su rendimiento en implementaciones prácticas está todavía muy por detrás de los resultados teóricos. Esto es en gran parte debido a los problemas prácticos que aparecen en entornos reales. Como resultado, su uso está generalmente limitado a aplicaciones simples de monitorización del entorno. El objetivo de esta tesis es reducir el margen entre el potencial teórico y real de las redes de sensores inalámbricos y de esta manera incrementar su integración dentro de la sociedad. En concreto, la tesis se centra en los siguientes cuatro obstáculos: alta densidad de nodos, movilidad de nodos, tráfico heterogéneo e integración en el internet de las cosas. Primero, el objetivo es el de reducir las interferencias en despliegues de alta densidad de nodos. Para ello se propone un esquema práctico para realizar el enrutado, el control de potencia y la selección de canal, basado en el protocolo RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks). Esta solución permite reducir las colisiones entre paquetes y además mejorar el consumo energético de este tipo de redes. Segundo, se pretende mejorar la baja fiabilidad y robustez de las redes de sensores inalámbricos con nodos móviles. Con este objetivo se presenta un método que combina RPL con un sistema de enrutado que considera la posición de los nodos basado en el filtro de Kalman. Éste combina la eficiencia y fiabilidad de RPL permitiendo además manejar nodos móviles. Tercero, se estudian maneras de proporcionar la calidad de servicio necesaria a las redes de sensores con tráfico heterogéneo. Para ello se propone una estrategia multi árbol basada en la construcción de múltiples instancias RPL. Ésta construye diferentes topologías virtuales para cada función objetivo, y de esta manera es posible atender los requisitos de cada flujo de tráfico de manera independiente. Finalmente, se estudia la manera de integrar las redes de sensores inalámbricos dentro de la nube y el internet de las cosas. Con este objetivo se propone una formulación para coordinar la utilización de los recursos de la red de manera conjunta usando estrategias de virtualización y computación móvil en la nube. Esto permite reducir el consumo energético de la red, teniendo en cuenta las capacidades y limitaciones de cada nodo, satisfaciendo tanto los requisitos de los diferentes servicios como los de los usuarios.Wireless sensor networks (WSNs) are expected to revolutionize the way we live, work, and interact with the physical environment. Although WSNs have been in the spotlight of the research community for the last decade, their performance in practical implementations is still far behind the theoretical results. This is mainly due to the practical issues that arise in real-life scenarios. As a result, WSNs are generally limited to simple environmental sensing applications. The aim of this thesis is to reduce the gap between the theoretical and real potential of WSNs, and therefore increase their integration in society. In particular, this thesis focuses on the following four practical obstacles: high node density, node mobility, traffic heterogeneity and integration with the future Internet of Things (IoT). First, we deal with the interference problem in high density sensor deployments. We address this issue proposing a pragmatic joint routing, transmission power control and channel allocation approach, built upon the well-known RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks). This reduces the average packet collisions and the energy consumption of WSNs. Second, we address the low communication reliability and robustness in WSNs with mobile nodes. In particular, we propose a solution that combines RPL with a position-based routing approach based on Kalman filtering. This provides the efficiency and reliability of RPL, and also includes mobility support for non-static nodes. Third, we study the problem of QoS (Quality of Service) provisioning in WSNs managing heterogeneous traffic. With this in mind, we propose a multi-tree approach based on the construction of multiple RPL Instances. This constructs multiple virtual topologies to address the particular requirements of each traffic flow individually. Finally, we focus on the efficient integration of wireless sensors with Cloud-based IoT platforms. In particular, we propose a formulation to orchestrate the resource utilization of the whole network, taking advantage of the recent advances in virtualization and mobile cloud computing. This optimizes the overall consumption, considering the capabilities and limitations of each node, while satisfying the service requirements and the individual users' demands

Cooperative strategies for imperfect CSI scenarios based on distributed Alamouti

Les comunicacions cooperatives estan guanyant un gran interès en les comunicacions modernes degut a que permeten millorar la transmissió dʼinformació entre un emissor i un receptor utilitzant una sèrie de terminals situats entre ells. Aquest projecte és un estudi complet del sistemes cooperatius, analitzant el seu rendiment i comparant lʼús dʼun sol dʼaquests terminals amb lʼús del codi Alamouti, que utilitza dos terminals. Primer hi ha una introducció als sistemes cooperatius i a la teoria de la informació. Després hem estudiat un sistema cooperatiu amb la teoria de la informació com a base, en termes de probabilitat de fallada del sistema, i posteriorment lʼhem adaptat a un sistema cooperatiu real utilitzant una modulació QPSK, estudiant la seva probabilitat dʼerror de paquet. Finalment es proposen diversos protocols que permeten millorar el rendiment del sistema cooperatiu estudiat.Las comunicaciones cooperativas están ganando mucho interés en las comunicaciones modernas debido a que permiten mejorar la transmisión de información entre un emisor y un receptor usando una serie de terminales intermedios. Este proyecto es un estudio completo de los sistemas cooperativos, analizando su rendimiento y comparando el uso de uno solo de estos terminales con el uso del código Alamouti, el cual usa dos terminales. Primero hay una introducción a los sistemas cooperativos y a la teoría de la información. Después hemos estudiado un sistema cooperativo con la teoría de la información como base, en términos de probabilidad de fallo del sistema, y posteriormente lo hemos adaptado a un sistema cooperativo real usando una modulación QPSK, estudiando su probabilidad de error de paquete. Finalmente se proponen varios protocolos que permiten mejorar el rendimiento del sistema cooperativo estudiado.Cooperative communications are gaining much interest in modern communications because they allow to improve the information transmission between a source and a destination using various intermediate terminals. This project is a complete study of cooperative systems, analyzing its performance and comparing the use of a single terminal with the use of the Alamouti code, which uses two terminals. First, there is an introduction to cooperative systems and to information theory. Then we have studied a cooperative system using the information theory, in terms of outage probability, and subsequently we have adapted it to a real cooperative system using a QPSK modulation, studying its packet error probability. Finally several protocols are proposed to improve the performance of the studied cooperative system

A Review of pedestrian indoor positioning systems for mass market applications

In the last decade, the interest in Indoor Location Based Services (ILBS) has increased stimulating the development of Indoor Positioning Systems (IPS). In particular, ILBS look for positioning systems that can be applied anywhere in the world for millions of users, that is, there is a need for developing IPS for mass market applications. Those systems must provide accurate position estimations with minimum infrastructure cost and easy scalability to different environments. This survey overviews the current state of the art of IPSs and classifies them in terms of the infrastructure and methodology employed. Finally, each group is reviewed analysing its advantages and disadvantages and its applicability to mass market applications

Wireless sensor networks in the future internet of things : density, mobility, heterogeneity and integration /

Premi Extraordinari de Doctorat concedit pels programes de doctorat de la UAB per curs acadèmic 2017-2018Las redes de sensores inalámbricos están destinadas a revolucionar nuestra manera de vivir, trabajar y relacionarnos con el entorno. Aunque este tipo de redes ha estado en el foco de la investigación científica durante la última década, su rendimiento en implementaciones prácticas está todavía muy por detrás de los resultados teóricos. Esto es en gran parte debido a los problemas prácticos que aparecen en entornos reales. Como resultado, su uso está generalmente limitado a aplicaciones simples de monitorización del entorno. El objetivo de esta tesis es reducir el margen entre el potencial teórico y real de las redes de sensores inalámbricos y de esta manera incrementar su integración dentro de la sociedad. En concreto, la tesis se centra en los siguientes cuatro obstáculos: alta densidad de nodos, movilidad de nodos, tráfico heterogéneo e integración en el internet de las cosas. Primero, el objetivo es el de reducir las interferencias en despliegues de alta densidad de nodos. Para ello se propone un esquema práctico para realizar el enrutado, el control de potencia y la selección de canal, basado en el protocolo RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks). Esta solución permite reducir las colisiones entre paquetes y además mejorar el consumo energético de este tipo de redes. Segundo, se pretende mejorar la baja fiabilidad y robustez de las redes de sensores inalámbricos con nodos móviles. Con este objetivo se presenta un método que combina RPL con un sistema de enrutado que considera la posición de los nodos basado en el filtro de Kalman. Éste combina la eficiencia y fiabilidad de RPL permitiendo además manejar nodos móviles. Tercero, se estudian maneras de proporcionar la calidad de servicio necesaria a las redes de sensores con tráfico heterogéneo. Para ello se propone una estrategia multi árbol basada en la construcción de múltiples instancias RPL. Ésta construye diferentes topologías virtuales para cada función objetivo, y de esta manera es posible atender los requisitos de cada flujo de tráfico de manera independiente. Finalmente, se estudia la manera de integrar las redes de sensores inalámbricos dentro de la nube y el internet de las cosas. Con este objetivo se propone una formulación para coordinar la utilización de los recursos de la red de manera conjunta usando estrategias de virtualización y computación móvil en la nube. Esto permite reducir el consumo energético de la red, teniendo en cuenta las capacidades y limitaciones de cada nodo, satisfaciendo tanto los requisitos de los diferentes servicios como los de los usuarios.Wireless sensor networks (WSNs) are expected to revolutionize the way we live, work, and interact with the physical environment. Although WSNs have been in the spotlight of the research community for the last decade, their performance in practical implementations is still far behind the theoretical results. This is mainly due to the practical issues that arise in real-life scenarios. As a result, WSNs are generally limited to simple environmental sensing applications. The aim of this thesis is to reduce the gap between the theoretical and real potential of WSNs, and therefore increase their integration in society. In particular, this thesis focuses on the following four practical obstacles: high node density, node mobility, traffic heterogeneity and integration with the future Internet of Things (IoT). First, we deal with the interference problem in high density sensor deployments. We address this issue proposing a pragmatic joint routing, transmission power control and channel allocation approach, built upon the well-known RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks). This reduces the average packet collisions and the energy consumption of WSNs. Second, we address the low communication reliability and robustness in WSNs with mobile nodes. In particular, we propose a solution that combines RPL with a position-based routing approach based on Kalman filtering. This provides the efficiency and reliability of RPL, and also includes mobility support for non-static nodes. Third, we study the problem of QoS (Quality of Service) provisioning in WSNs managing heterogeneous traffic. With this in mind, we propose a multi-tree approach based on the construction of multiple RPL Instances. This constructs multiple virtual topologies to address the particular requirements of each traffic flow individually. Finally, we focus on the efficient integration of wireless sensors with Cloud-based IoT platforms. In particular, we propose a formulation to orchestrate the resource utilization of the whole network, taking advantage of the recent advances in virtualization and mobile cloud computing. This optimizes the overall consumption, considering the capabilities and limitations of each node, while satisfying the service requirements and the individual users' demands

Addressing mobility in RPL with position assisted metrics

Mobility is still an open challenge in wireless sensor networks (WSNs). Energy efficient routing strategies designed for static WSNs, such as routing protocol for low-power and lossy networks (RPL), generally have a slow response to topology changes. Moreover, their high signalling cost to keep up-to-date routes in the presence of mobile nodes makes them inefficient in these scenarios. In this paper, we introduce Kalman positioning RPL (KP-RPL), a novel routing strategy for WSNs with both static and mobile nodes, based on RPL. The objective of KP-RPL is to provide robust and reliable routing, considering the positioning inaccuracies and node disconnections that arise in real-life WSNs. This considers the original RPL for the communication among static nodes and position-based routing for mobile nodes, which use a novel RPL metric that combines Kalman positioning and blacklisting. The simulation results show that the reliability and the robustness of the network in harsh conditions are enhanced compared with geographical routing. Moreover, KP-RPL reduces the density and the number of simultaneously active anchor nodes for positioning. As a result, the infrastructure cost is lower, and the network lifetime is extended

Cooperative strategies for imperfect CSI scenarios based on distributed Alamouti

Les comunicacions cooperatives estan guanyant un gran interès en les comunicacions modernes degut a que permeten millorar la transmissió dʼinformació entre un emissor i un receptor utilitzant una sèrie de terminals situats entre ells. Aquest projecte és un estudi complet del sistemes cooperatius, analitzant el seu rendiment i comparant lʼús dʼun sol dʼaquests terminals amb lʼús del codi Alamouti, que utilitza dos terminals. Primer hi ha una introducció als sistemes cooperatius i a la teoria de la informació. Després hem estudiat un sistema cooperatiu amb la teoria de la informació com a base, en termes de probabilitat de fallada del sistema, i posteriorment lʼhem adaptat a un sistema cooperatiu real utilitzant una modulació QPSK, estudiant la seva probabilitat dʼerror de paquet. Finalment es proposen diversos protocols que permeten millorar el rendiment del sistema cooperatiu estudiat.Las comunicaciones cooperativas están ganando mucho interés en las comunicaciones modernas debido a que permiten mejorar la transmisión de información entre un emisor y un receptor usando una serie de terminales intermedios. Este proyecto es un estudio completo de los sistemas cooperativos, analizando su rendimiento y comparando el uso de uno solo de estos terminales con el uso del código Alamouti, el cual usa dos terminales. Primero hay una introducción a los sistemas cooperativos y a la teoría de la información. Después hemos estudiado un sistema cooperativo con la teoría de la información como base, en términos de probabilidad de fallo del sistema, y posteriormente lo hemos adaptado a un sistema cooperativo real usando una modulación QPSK, estudiando su probabilidad de error de paquete. Finalmente se proponen varios protocolos que permiten mejorar el rendimiento del sistema cooperativo estudiado.Cooperative communications are gaining much interest in modern communications because they allow to improve the information transmission between a source and a destination using various intermediate terminals. This project is a complete study of cooperative systems, analyzing its performance and comparing the use of a single terminal with the use of the Alamouti code, which uses two terminals. First, there is an introduction to cooperative systems and to information theory. Then we have studied a cooperative system using the information theory, in terms of outage probability, and subsequently we have adapted it to a real cooperative system using a QPSK modulation, studying its packet error probability. Finally several protocols are proposed to improve the performance of the studied cooperative system