Doktorska disertacija
Identifikacija lastnosti notranjega radijskega okolja na podlagi informacij o stanju kanala z uporabo pristopov strojnega učenja
Ogledi: 4 | Prenosi: 7
Povzetek
Opis in označba notranjega radijskega okolja (RE) je predpogoj za napredek pri načrtovanju
in optimizaciji brezžičnih omrežij naslednje generacije v notranjih okoljih ter za izgradnjo
digitalnega dvojčka stavbe. Potreba po celoviti in natančni oceni in označbi notranjega
RE bo še posebej očitna v prihodnjem hiper-povezanem mešanem realno-virtualnem svetu,
kjer bodo nastajajoče aplikacije na različnih področjih, kot so brezžične komunikacije, prostorsko
razumevanje, lokalizacija, avtomatizacija, posredovana resničnost, itd., temeljile na
zavedanju okolice. Zato potrebujemo nove, varčne in inteligentne metodologije zaznavanja
okolja, ki niso odvisne od specializirane infrastrukture in ročnega posredovanja.
Disertacija obravnava problem ocene in označbe notranjega okolja z uporabo najsodobnejših
brezžičnih tehnologij in pristopov strojnega učenja (ML). Predlagana, formalizirana
in ovrednotena je nova metodologija za ugotavljanje lastnosti notranjega RE na podlagi
informacij o stanju kanala (CSI) z uporabo pristopov ML. Metodologija temelji na dveh
predpostavkah: sprejeti signal vsebuje podpis RE in podpis RE je mogoče oceniti z analizo
brezžične povezave.
Postopek izgradnje ML identifikacijskega modela RE iz podpisov RE je strnjen v razvojno
ogrodje, ki določa podpis RE, pridobivanje podpisa RE, izbiro značilnosti iz CSI,
obdelavo in shranjevanje CSI, naloge in delovni tok ML. Ustvarili smo tudi velik nabor
podatkov CSI, pridobljenih z upoštevanjem ultra širokopasovne tehnologije (UWB) v mikrovalovnem
frekvenčnem področju. CSI smo opremili tudi z oznakami lastnosti okolja.
Nabor podatkov vključuje podatke CIR velikega števila sob različnih velikosti, katerih stene
so iz različnih materialov. Podatke smo pridobili z različnimi položaji radijskih vozlišč.
Testni scenariji, predstavljeni v disertaciji, zagotavljajo oceno ustreznosti predlagane
metodologije za prepoznavanje površinskih materialov iz CIR, ki smo jih pridobili z metodo
sledenja žarkom v preprostih notranjih okoljih. Opravili smo primerjalno analizo glede na
tri glavne vidike, in sicer velikost sobe, strategijo pridobivanja podatkov CIR in metodo
učenja. Ocenjena je sposobnost posplošitve modelov na strategije pridobivanja CIR in
velikosti prostorov, ki niso bile upoštevane v postopku učenja. Rezultati kažejo, da se
metodologija lahko uporablja za identifikacijo materiala ene stene in materialov vseh sten
v preprostih notranjih okoljih. Rezultati tudi potrjujejo, da položaj radijskih vozlišč in
velikost prostora vplivata na lastnosti modelov.
Metodologija je eden glavnih prispevkov disertacije. Identifikacija materiala stene v
notranjih okoljih, predstavljena v disertaciji, je začetni primer uporabe predlagane metodologije.
Mogoče jo je obravnavati ločeno ali kot del večje metodologije za izdelavo
natančnega in podrobnega digitalnega dvojčka stavbe. Ena od njenih glavnih vrednosti je
razširljivost na različne lastnosti CSI, metode ocenjevanja CSI, notranja okolja in naloge
opisovanja notranjih prostorov. Metodologija zagotavlja podlago (ali okoljski kontekst), ki
je potrebna za razvoj najsodobnejših metod za okoljsko ozaveščene brezžične komunikacije
v notranjih okoljih. Njen pomen je poudarjen v luči komunikacije naslednje generacije,
kjer bo podroben opis okolja razširjanja radijskih signalov predpogoj za izboljšanje komunikacijske
zmogljivosti za potrebe nastajajočih aplikacij.