Did You See Bob?: Human Localization using Mobile Phones

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Octavio Mirandela
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1 Did You See Bob?: Human Localization using Mobile Phones Ionut Constandache, Xuan Bao, Martin Azizyan, Romit Roy Choudhury Susanna F. de Rezende IME - USP Junho 2012 Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 1 / 33

2 Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 2 / 33

3 O problema: Have you seen Bob? Solução ideal: Uma pessoa que escolte a Alice até o Bob Escort : sistema de navegação em ambientes populados Implementação em 4 aparelhos Navegadores Nokia e Google Android Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 3 / 33

4 Funcionamento Alice pede para encontrar com Bob O sistema calcula uma sequencia de < n, α >, onde n é o número de passos na direção do ângulo α O dispositivo mostra o angulo atual e no n-ésimo passo mostra o próximo angulo Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 4 / 33

5 Funcionamento Sensores nos dispositivos e no beacon Encontros entre usuários e entre usuário e beacon formam (e corrigem) o grafo relativo entre usuários A navegação ocorre através desse grafo Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 5 / 33

6 Panorama: Aceleração e Compasso Cliente Escort mede aceleração e compasso do dispositivo Existe um padrão de caminhada através do qual é possível computar o número de passos Multiplicado pelo tamanho do passo, temos uma aproximação do deslocamento O compasso dá a direção do movimento <deslocamento, direção, tempo>: rastro de caminhada do usuário Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 6 / 33

7 Panorama: Correções do rastro Periodicamente, o rastro de caminhada é enviado ao servidor do Escort através de WiFi/3G Métodos de correção de variações devido a ruído: (i) encontro com o beacon (ii) encontro com usuários que encontraram com o beacon recentemente A diferença entre as estimativas é usada para corrigir o rastro Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 7 / 33

8 Panorama: Detecção de encontros Periodicamente envia sinais e escuta por outros dispositivos Sinais via audio (frequências quase inaudíveis) Um tom é designado ao dispositivo quando registrado no serviço do Escort Quando A detecta encontro com B, A envia esse encontro juntamente com seu rastro para o sevidor Servidor corrige o rastro e cria uma visão global de movimetações e intersecções espaciais Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 8 / 33

9 Panorama: Grafo de encontros Visão global de movimentação: Grafo Vértices: intersecções de caminhos e os próprios devices Arestas: caminhos andados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 9 / 33

10 Panorama: Grafo de encontros Assumimos rota biderecional (grafo não dirigido) Desafio: Grafos grandes Solução: heuristica de pruning Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 10 / 33

11 Acelerômetro Para calcular o deslocamento Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 11 / 33

12 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Compasso Muito ruídos: balanço do usuário, irregularidades de movimentação, campos magnéticos, erro sistemático interno Identificar duas situações: (i) usuário está andando em direção constante - média das leituras do compasso (ii) usuário está virando - normaliza a sequência de leituras do compasso Esses métodos heurísticos ainda geram erros grandes, que precisam se corrigidos Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 12 / 33

13 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Correção de Posição via Difusão Correção de posição através de encontro com o beacon Correção de posição através de encontro com usuário que encontrou o beacon mais recentemente Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 13 / 33

Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Como detectar encontros?

14 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Como detectar encontros? Primeira tentativa: Bluetooth Segunda tentativa: sinais de audio Possíveis dificuldades: ambientes com muito barulho Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 14 / 33

15 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Como detectar encontros? Possíveis dificuldades: como calcular distância Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 15 / 33

16 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Correção do Rastro Encontros possibilitam correção de rastro passado Amortiza o vetor de correção no tempo (assume desvio linear) Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 16 / 33

17 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Cálculo de direções de navegação Grafo de rastros cresce rapidamente Heurísticas de Pruning Algoritmo de Floyd-Warshall Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 17 / 33

18 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Heurísticas de Pruning Para cada par de usuários, mantém apenas intersecções (espacialmente) mais próximas Mantém caminhos mais curtos entre os usuários Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 18 / 33

Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Identificação

19 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Identificação Visual Alice não conhece Bob Identificação através da câmera Processamento de imagens Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 19 / 33

20 Sensores ruidosos Correção de Posição Correção do Rastro Cálculo de direções de navegação Identificação Visual Escort nas Núvens Escort nas Núvens Upload periódico do compasso, acelerômetro e gravações de som Pode ser implementado com computação nas núvens Transformadas de Fourier para gravações de som e processamento de imagens podem ser computadas rapidamente Os testes foram rodados em um laptop comum (4 usuários) e não apresentou dificuldades de performance Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 20 / 33

21 Banco de provas Metodologia Resultados Testes Dificuldade para medir localização com precisão (para medir erro de posição e erro final do destino) Objetivo: estimativa de 1 metro GPS: erro de 10 metros Solução: diversos marcadores formando uma grade (i) densidade alta (ii) precisão na posição dos marcadores Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 21 / 33

22 Banco de provas Metodologia Resultados Estacionamento Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 22 / 33

23 Banco de provas Metodologia Resultados Um andar do departamento Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 23 / 33

24 Banco de provas Metodologia Resultados Metodologia Primeiro passo: data collection Segundo passo: user routing Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 24 / 33

25 Banco de provas Metodologia Resultados Resultados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 25 / 33

26 Banco de provas Metodologia Resultados Resultados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 26 / 33

27 Banco de provas Metodologia Resultados Resultados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 27 / 33

28 Banco de provas Metodologia Resultados Resultados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 28 / 33

29 Banco de provas Metodologia Resultados Resultados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 29 / 33

30 Banco de provas Metodologia Resultados Resultados Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 30 / 33

31 Limitações e trabalhos futuros Consumo de energia Instruções para atravessar obstáculos Caminhos longos (mas podem também significar caminhos interditados) Navegação quando se tem uma precisão baixa de localização Posição do aparelho (testes foram feitos com aparelho na mão) Comportamento com muitos usuários Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 31 / 33

32 Trabalhos relacionados Navegação x Localização Hardware especializado Calibrar sinais de WiFi Mapas ou floor plans, GPS Landmarks por robos Localização absoluta Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 32 / 33

33 Perguntas? Constandache, Bao, Azizyan, Choudhury Did You See Bob? 33 / 33

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