REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Razvoj brezžičnih omrežij v obsežne in heterogene sisteme interneta stvari (ang. Internet
of Things, IoT) izkazuje potrebo po komunikacijskih infrastrukturah, ki so sposobne tako
izmenjave podatkov kot tudi zaznavanja in razumevanja okolice. Integrirano zaznavanje
in komunikacija (ang. Integrated Sensing and Communication, ISAC) se je pojavilo kot
obetaven pristop, katerega cilj je združiti brezžično komunikacijo in radarsko zaznavanje v
enoten sistem. Čeprav ISAC v zadnjih letih priteguje veliko pozornosti v visokozmogljivih
in kompleksnih telekomunikacijskih sistemih, njegova uvedba v nizkoenergijskih omrežjih
IoT ostaja odprt raziskovalni izziv. Omejeni računski in energijski viri ter uporaba cenovno
ugodne in strojno omejene opreme močno otežujejo izvedbo sočasne lokalizacije in komunikacije.
Disertacija obravnava izzive z razvojem metod za uvedbo natančnih in energijsko
učinkovitih funkcij lokalizacije in zaznavanja v standard IEEE 802.15.4 in njegov protokol
preskakovanja kanala s časovno režo (ang. Time Slotted Channel Hopping, TSCH).
Prvi del disertacije obravnava umestitev metode merjenja razdalje na osnovi faze (ang.
Phase-Based Ranging, PBR) v komunikacijski protokol TSCH. Predlagani pristop omogoča
oceno razdalje ob vsakem poslanem paketu. Z uporabo tehnik stisnjenega vzorčenja
se bistveno zmanjša število potrebnih meritev, pri čemer se ohrani natančnost določanja
razdalje pod enim metrom. V drugem delu disertacija predlaga integracijo ocene kota
prihoda signala (ang. angle-of-arrival, AoA) z vpeljavo postopkov merjenja faze v časovne
reže protokola TSCH. Vpliv napak zaradi odmika nosilne frekvence (ang. Carrier Frequency
Offset, CFO) je zmanjšan z dvostopenjskim postopkom kalibracije, ki temelji na
novo razvitem algoritmu za ocenjevanje CFO. Na podlagi razvitih metod vzorčenja kanala
je zasnovana hibridna lokalizacijska shema, ki združuje ocenjevanje razdalje in kota prihoda
signala. Z izkoriščanjem topologije omrežij TSCH predlagani sistem omogoča sočasno
komunikacijo in lokalizacijo z uporabo ene same sidrne naprave, ne da bi pri tem posegal
v delovanje komunikacijskega dela omrežja. Četrti del naslavlja osrednji izziv koncepta
ISAC, in sicer medsebojno interferenco med komunikacijo in zaznavanjem pri sočasnem
delovanju v istem spektru. Predlagani algoritem za rekonstrukcijo kanala izboljša točnost
ocenjevanja razdalje v primerjavi z obstoječimi pristopi in izkazuje zaneslivejše delovanje
v večpotnih okoljih z nizkim razmerjem signal-šum (ang. Signal-to-Noise Ratio, SNR).
Razvite metode so implementirane na cenovno ugodnih IoT platformah, njihovo delovanje
pa je ovrednoteno z obsežnimi meritvami v realnih okoljih. Rezultati potrjujejo,
da je z IoT platformami mogoče doseči natančnost lokalizacije boljšo od enega metra, ob
zgolj minimalnih posegih v obstoječ komunikacijski protokol. Odprtokodne programske
implementacije in javno dostopni merilni nabori podatkov, nastali v okviru disertacije,
zagotavljajo ponovljivost in spodbujajo nadaljnji razvoj sistemov ISAC. Vzpostavljeni viri
predstavljajo izhodišče za prihodnje raziskave, saj omogočajo dosledno primerjavo in nadaljnje
izboljševanje lokalizacijkih algoritmov v realnih scenarijih. Rezultati disertacije
dokazujejo, da je znotraj obstoječih sistemov IoT mogoče zagotoviti natančno lokalizacijo
in zaznavanje, kar postavlja temelj za razvoj nove generacije energijsko učinkovitih in samozavednih
omrežij IoT, ki v enotnem okviru ISAC združujejo povezljivost in lokalizacijo.