Estudo e implementação de sistemas de localização em hardware de lógica programável para utilização em rede de sensores sem fio

• Main Author: Shirai, Alysson Hikaru
• Other Authors: Pedroni, Volnei Antonio
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2013
• Subjects: Algorítmos; Sistemas de comunicação sem fio; Arranjos de lógica programável em campo; Métodos de simulação; Algorithms; Wireless communication systems; Field programmable gate arrays; Simulation methods
• Online Access: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/511

CAPES === Redes de sensores sem fio (RSSF) têm sido tema central de diversos estudos na atualidade. Em certas aplicações, como, por exemplo, as que necessitam saber de onde os dados estão sendo enviados ou em casos em que o próprio nó sensor precisa saber sua posição para executar alguma ação, mecanismos de localização se tornam imprescindíveis. Porém, a execução deste tipo de algoritmo é custosa para os nós sensores. Concomitantemente, o advento das low power FPGAs têm viabilizado a aplicação de dispositivos programáveis em RSSFs e aplicações envolvendo reconfiguração dinâmica de FPGA em nós sensores têm aumentado o uso destes dispositivos nestas redes. Unindo-se estas demandas, o objetivo desta dissertação é estudar e implementar sistemas de localização em hardware de lógica programável, visando atender aplicações voltadas a RSSF. Utilizando-se no nó sensor um bloco de hardware dedicado para realizar os cálculos de posição minimiza a utilização de seu CPU, podendo este hardware, inclusive, ser apenas uma parte de um sistema maior implementado na FPGA. O processo de localização baseia-se na utilização das distâncias entre o nó de posição desconhecida e os nós de referência, determinadas através de medição de RSSI, e o uso de algoritmos específicos que calculam a posição desejada. As principais etapas foram: revisão da literatura, modelagem do comportamento das medições de RSSI, análise do desempenho dos algoritmos e projeto de hardware. Através das simulações realizadas pôde-se desenvolver metodologias e ferramentas para a geração otimizada do hardware de localização. O desenvolvimento deste trabalho possibilitou analisar a aplicabilidade do ponto flutuante e ponto fixo, definir a arquitetura adequada para o hardware e o dimensionamento adequado da quantidade de bits necessária nas implementações. === Wireless sensor networks (WSN) have been the central theme of many researches in actuality. In certain applications, like, for example, the ones that need to know from where the data is being sent or in cases which the sensor node need to know its own position to perform some action, location mechanism is indispensable. However, the execution of these algorithms is costly for the sensor nodes. Concomitantly, the advent of low power FPGAs made feasible the application of programmable devices in WSNs and applications involving dynamic reconfiguration of FPGA in sensor nodes increased the use of these devices in WSNs. Joining these demands, the goal of this master thesis is to study and implement locating systems in programmable logic hardware, aiming at meeting applications in WSN. Employing a dedicated hardware block in sensor node to compute the position minimizes its CPU usage, and this hardware can even be just a part of a larger system implemented in FPGA. The localization process is based on the use of distances, measured between the sensor node with unknown position and the reference nodes, determined from RSSI measurements, and the use of specific algorithms that calculate the desired position. The main steps were: review of the literature, modeling the behavior of the RSSI measurements, performance analysis of the algorithms and hardware design. Through the performed simulations it was possible to develop methodologies and tools to generate optimized locating hardware. The development of this work allowed to evaluate the feasibility of the floating point and fixed point, to set the appropriate architecture for the hardware and to find the proper dimension of the number of bits required in the implementations.