Napredne tehnike sledenja žarkom za karakterizacijo radijskega okolja in radijsko lokalizacijo
Oznaka in naziv projekta
L2-7664 - Napredne tehnike sledenja žarkom za karakterizacijo radijskega okolja in radijsko lokalizacijo
L2-7664 - Advanced Ray-Tracing Techniques in Radio Environment Characterization and Radio Localization
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: prof. dr. Mihael Mohorčič
Sodelujoče raziskovalne organizacije: Povezava na SICRIS
Sestava projektne skupine: Povezava na SICRIS
Vsebinski opis projekta
Brezžična omrežja naslednje generacije se bodo za zagotavljanje bistveno višjih prenosnih kapacitet ob manjši porabi energije in bolj učinkoviti rabi radijskih virov morala natančno in v realnem času zavedati radijskega okolja, v katerem bodo obratovala in se mu prilagajala. V ta namen je projekt osredotočen na obravnavo metode sledenja radijskim žarkom z vidika optimizacije algoritmov za učinkovito karakterizacijo dinamičnih radijskih okolij. V metodo vpeljujemo nove koncepte, kot sta cevovodna arhitektura procesiranja in diskretizacija z rasterizacijo, z namenom pospešitve izvajanja algoritmov v bližino interaktivnih hitrosti. Cevovodne arhitekture so uveljavljen način pospeševanja v računalniški grafiki, ki je prilagojen strojnim arhitekturam z visoko stopnjo vzporednega izvajanja. Cilj projekta je prilagoditev cevovodnih arhitektur na telekomunikacijski problem. Z diskretizacijo s pomočjo rasterizacije pa želimo izkoristiti prostorsko koherentnost radijskih valov in prilagoditi uveljavljeno metodo slik za izvajanje na grafičnih pospeševalnikih.
Karakterizacija radijskega okolja je računsko zelo zahtevna naloga in zahteva učinkovito implementacijo predlaganih algoritmov na večjedrnih platformah in kot storitev v oblaku. Takšna implementacija bo omogočila uporabo natančnejše deterministične karakterizacije radijskega okolja v telekomunikacijskih problemih, preko storitve v oblaku pa bo izračun radijskega okolja dostopen širokemu krogu potencialnih uporabnikov, od razvijalcev različnih spletnih in mobilnih aplikacij do načrtovalcev brezžičnih omrežij in omrežnih operaterjev.
Kot primer uporabe karakterizacije dinamičnega radijskega okolja smo v projektu izbrali problem radijske lokalizacije brezžičnih naprav znotraj stavb. Poudarek preučevanja je na izboljšanju natančnosti izračuna pozicije s podporo karakterizacije radijskega okolja v heterogenih komunikacijskih sistemih. Poznavanje natančne lokacije brezžičnih naprav namreč pridobiva na pomenu ne le za aplikacije končnih uporabnikov ampak tudi za optimizacijo delovanja omrežja in izkoristka radijskih virov.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani. Povezava na SICRIS.
Delovni sklopi projekta
Projekt sestavljajo trije vsebinski sklopi (S) s pripadajočimi aktivnostmi (A):
S1 - Novi koncepti algoritmov za sledenje radijskim žarkom
- A1.1 - Analiza zadnjih dosežkov na področju deterministične karakterizacije radijskega okolja
- A1.2 - Primernost grafičnih cevovodov za radijsko sledenje žarkom
- A1.3 - Pospešitev slednja žarkom z diskretizacijo problema in izkoriščanjem lokalne prostorske koherentnosti elektromagnetnega valovanja
S2 - Učinkovita implementacija algoritmov na večjedrnih platformah in kot storitev v oblaku ter integracija v vizualizacijsko okolje
- A2.1 - Izbira primerne vzporedne računalniške arhitekture za implementacijo izbranih algoritmov
- A2.2 - Definicija in postavitev testnega in produkcijskega okolja storitev v oblaku
- A2.3 - Zasnova uporabniškega vmesnika in vmesnika oddaljenih klicev procedur
- A2.4 - Implementacija in testiranje razvitih algoritmov
S3 - Lokalizacija brezžičnih naprav v dinamičnem heterogenem radijskem okolju
- A3.1 - Analiza stanja na področju lokalizacije senzorskih vozlišč
- A3.2 - Izboljšava izbranih postopkov lokalizacije senzorskih vozlišč z vključevanjem predikcije
- A3.3 - Integracija izbranih rešitev z algoritmi sklopa S1 in uporabo storitev sklopa S2
- A3.4 - Izvedba demonstracije lokalizacije v eksperimentalnem senzorskem omrežju LOG-a-TEC
Faze projekta
- Faza 1.3.2016 – 28.2.2017
- Faza 1.3.2017 – 28.2.2018
- Faza 1.3.2018 – 28.2.2019
Bibliografske reference
NOVAK, Roman. Discrete method of images for 3D radio propagation modelling. 3D research, ISSN 2092-6731, 2016, vol. 7, no. 3, str. 26-1-26-12, doi: 10.1007/s13319-016-0102-y [COBISS.SI-ID 29665319] pdf
BREGAR, Klemen, HROVAT, Andrej, MOHORČIČ, Mihael. NLOS channel detection with multilayer perceptron in low - rate personal area networks for indoor localization accuracy improvement. V: PAVLIN, Majda (ur.), et al. Zbornik : 1. del, Mednarodna podiplomska šola Jožefa Stefana, 2016, str. 130-139 [COBISS.SI-ID 29537575] pdf
NOVAK, Roman. Double refraction modelling for accurate visibility trees in the method of images. WSEAS transactions on communications, ISSN 1109-2742, 2017, vol. 17, str. 43-49. [COBISS.SI-ID 30271015] pdf
HROVAT, Andrej, MOHORČIČ, Mihael, NOVAK, Roman, JAVORNIK, Tomaž. Radijska lokalizacija v notranjih okoljih: pregled pristopov, Elektrotehniški vestnik online, ISSN 2232-3236, 2017, vol. 84, no. 4, str. 155-166. [COBISS.SI-ID 30913063] pdf
BREGAR, Klemen, MOHORČIČ, Mihael. Improving indoor localization using convolutional neural networks on computationally restricted devices. IEEE access, ISSN 2169-3536, 2018, vol. 6, str. 17429-17441, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2817800 (http://dx.doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2817800). [COBISS.SI-ID 31291943]
- BREGAR, Klemen, NOVAK Roman, MOHORČIČ, Mihael. Combining measurements and simulations for evaluation of tracking algorithms, Proceedings of the 27th European Conference on Networks and Communications, EuCNC, 18-21 junij 2018, Ljubljana Slovenija, str. 339-344.
BREGAR, Klemen, HROVAT, Andrej, NOVAK, Roman, JAVORNIK, Tomaž. Channel impulse response based vehicle analysis in tunnels. Proceedings of the 13th European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP, 31. March - 5. April 2019, Krakow, Poland. pdf
NOVAK, Roman. Bloom filter for double counting avoidance in radio frequency ray tracing. IEEE transactions on antennas and propagation, ISSN 0018-926X. [Print ed.], [in press] 2019, 15 str., doi: 10.1109/TAP.2019.2905780. [COBISS.SI-ID 32211239] pdf
- BREGAR, Klemen, NOVAK, Roman, HOHORČIČ, Miha. Evaluation of range-based indoor tracking algorithms by merging simulation and measurements. submitted for publication
NOVAK, Roman. Deterministic radio propagation modelling state-of-the-art as of 2016, (IJS delovno poročilo, 12268). 2017. [COBISS.SI-ID 30179879] pdf
ČUČEK, Vito, ŠTERK, Marjan, HERMAN, Matic, PIPAN, Gregor. Arhitektura in izbor programske ter strojne opreme za poganjanje ray-tracing algoritmov : tehnično poročilo. Ljubljana: Xlab, 2017. [COBISS.SI-ID 30331431] pdf
JAVORNIK, Tomaž, HROVAT, Andrej, OZIMEK, Igor, NOVAK, Roman, MOHORČIČ, Mihael. Localization toolbox : user manual : version 1.0, (IJS delovno poročilo, 12298). 2017. [COBISS.SI-ID 30331175] pdf
OZIMEK, Igor. Reduction of diffraction edges in RTX, (IJS delovno poročilo, 12505). 2018. [COBISS.SI-ID 31280167] pdf
NOVAK, Roman. Cloud-based radio frequency ray tracer: XML application Interface v3.0, (IJS delovno poročilo, 12586). 2018. [COBISS.SI-ID 31510055] pdf
ČUČEK, Vito, ŠTERK, Marjan, HERMAN, Matic, PIPAN, Gregor. Dokumentacija ART sistema, navodila za uporabo : rev. 1.2 : tehnično poročilo, (ARRS-ART). Ljubljana: XLAB, 2018. 27 str., graf. prikazi. [COBISS.SI-ID 31510311] pdf
ČUČEK, Vito, ŠTERK, Marjan, PIPAN, Gregor. Končni rezultati testiranj in uporabe distribuiranega sistema ART : navodila za uporabo, (Tehnično poročilo). Ljubljana: Xlab, 2019. 42 str., ilustr. [COBISS.SI-ID 32181031] pdf
Orodja in zbirke podatkov
Radiofrekvenčno sledenje žarkom Signal3D in RTX
Platforma za radijsko lokalizacijo
UWB meritve v LOS in NLOS pogojih
UWB meritve za potrebe lokalizacije