Multilink para determinação da taxa de ocupação em ambientes internos utilizando uma rede de sensores sem fio

Abstract

Este trabalho tem por objetivo a obtenção de um modelo matemático para a determinação da taxa de ocupação de ambientes internos baseado na intensidade de sinal de uma Rede de Sensores sem Fio em 915 MHz utilizando quatro links rádio no ambiente. Foi montada uma rede com uma base e quatro nós sensores em um laboratório como intuito de coletar a RSSI (Received Signal Strenght Indication) de cada link para cada diferente ocupação do espaço para cada grupo de pessoas. Com base nos dados coletados, foram calculados a média, desvio padrão e variância de cada link e cada grupo de pessoas. Esses dados foram utilizados como entrada em modelos matemáticos para a determinação da taxa de ocupação do ambiente. Foram propostos três modelos matemáticos para tal estimação. Os três modelos se mostraram aptos a estimar o número de pessoas utilizando a média geral dos links. Os resultados iniciais mostraram que a tendência é de diminuição da RSSI e o aumento do desvio padrão quanto maior o número de pessoas no ambiente. Alguns links analisados de forma individual se mostraram com uma variação grande e não seguindo inteiramente a tendência mencionada, mas apesar disso a média geral dos links segue essa tendência, ou seja, apesar de um link demonstrar uma grande variação, os outros links tenderam a compensar essa variação. Com a média geral é possível chegar a um erro pequeno entre o número real de pessoas e o número estimado de pessoas. Para a escolha do melhor modelo foi utilizado o RAM (Resíduo Absoluto Médio) e para a média geral dos links o modelo de segunda ordem foi o que se mostrou melhor com um resíduo abaixo de meia pessoa. Por fim os resultados obtidos com multilink foram comparados com resultados obtidos em um trabalho em que foi utilizado single-link para a obtenção da taxa de ocupação em um ambiente interno. Multilink, com um RAM de aproximadamente 0,5 pessoas, se mostrou com um erro menor comparado com o single-link, que obteve um erro de aproximadamente duas pessoas.

This work aims to obtain a mathematical model to determinate the occupancy rate in indoor environment based on signal strength of a wireless sensor network (WSN) in 915 MHz using four links at the environment. It was set a network with one sink and four node sensors in a laboratory in order to collect the RSSI (Received Signal Strength Indication) of each individual link for every different space occupation for each group of people. Based on the data collected, it was calculated the mean, standard deviation and the variance of each individual link and the overall average of links for each group of people. The data was used as input in mathematical models to determine the occupancy rate of the environment. Three mathematical models have been proposed to estimate the occupancy rate. All of them proved capable to estimate the number of people using the overall average of links. The results showed that the tendency is to decrease the RSSI and increase the standard deviation the greater the number of people in the environment. Some links analyzed individually showed a large variation and not following entirely the tendency mentioned. Nevertheless the overall average of links follows this tendency showing that despite a link shows a great variation, the other links tended to compensate this variation and with the overall average of links is possible to get a small error between the real number of people and the estimated number of people. To choose the best model it was used the MAE (Mean Absolute Error). The second order model was the best model with a MAE slightly below of a half people. The results obtained using multilink were compared with a work that used single-link to predict the number of people in a indoor environment. Multilink had a smaller error compared with single-link, which obtained an error of about two people.