Método de localización inteligente sobre redes de sensores inalámbricos

ES 2 391 329 B1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 21 Número de publicación: 2 391 329 Número de solicitud: 201100463 51 Int. CI.: G01S 5/02 (2010.01) H04W 64/00 (2009.01) 12 PATENTE DE INVENCIÓN B1 54 Título: MÉTODO DE LOCALIZACIÓN INTELIGENTE SOBRE REDES DE SENSORES INALÁMBRICOS 73 Titular/es: UNIVERSIDAD DE SEVILLA (100.0%) OTRI-PABELLÓN DE BRASIL, PASEO DE LAS DELICIAS S/N 41012 SEVILLA (Sevilla) ES 72 Inventor/es: BARBANCHO CONCEJERO, Julio; LEÓN DE MORA, Carlos; LARIOS MARÍN, Diego Francisco; LUQUE RODRÍGUEZ, Joaquín y MOLINA CANTERO, Francisco Javier 22 Fecha de presentación: 26.04.2011 43 Fecha de publicación de la solicitud: 23.11.2012 Fecha de la concesión: 25.06.2013 45 Fecha de publicación de la concesión: 05.07.2013 57 Resumen: Método de localización inteligente sobre redes de sensores inalámbricos que comprende un primer proceso distribuido, ejecutado en cada nodo que realiza una estimación de la posible localización del Tag; y un segundo proceso centralizado, que une todas esas informaciones parciales en una única solución. Se puede realizar consulta prevista por el art. 37.3.8 LP. Aviso: 5 La presente invención para la estimación de posición es está referida la posición a partir de desconocida posición conocida. a un método y un sistema de equipos móviles, cuya una serie de equipos de El obj eto principal de la presente invención es un sistema de 10 localización inteligente sobre redes de sensores inalámbricos, caracterizado por su bajo consumo y por estar diseñado para ser empleado en redes de sensores inalámbricas, y que determina la posición de los nodos móviles mediante el uso de técnicas de inteligencia computacional. 15 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una red de sensores inalámbricos está formada por una serie de pequeños dispositivos de bajo consumo, con capacidad de 20 comunicación inalámbrica entre ellos y que colaboran para conseguir resolver un objetivo común. Cada uno de los elementos de esta red, denominados nodos o tags, están formados por un transceptor de comunicaciones inalámbricos que le permite la comunicación con otros nodos, un microcontrolador que procesa la 25 información, una periferia que permite la interconexión de sensores y un sistema de alimentación que le permite funcionar de manera autónoma. En un sistema de localización basado en redes de sensores 30 inalámbricos se distinguen dos clases de dispositivos: 35 (i) Nodos anclados: son aquellos que están en posiciones fijas y conocidas de antemano. (ii) Nodos no anclados: sus posiciones son desconocidas. Son los elementos a localizar.   2 ES 2 391 329 B1 DESCRIPCIÓN Método de localización inteligente sobre redes de sensores inalámbricos. La localización consiste en determinar las posiciones de los nodos no anclados a partir de datos interferidos de los nodos anclados. 5 Los métodos de localización existentes en la literatura se pueden clasificar en dos grandes familias: 1.- Métodos basados en mediciones (Range-based) Se basan en la estimación de la distancia punto a punto entre 10 todos los nodos. A partir de esta información y utilizando alguna teoría gráfica como la triangulación, se puede inferir la información de los nodos no anclados. Existen varios métodos de medida de distancia, tales como: 15 a) Los basados en la intensidad de campo recibida (RSSI) [A Awad, T Frunzke, F Dress~er, Adaptive distance estimation and ~oca~ization in WSN using RSSI measures, Proc.- Euromicro Conf. Digit. Syst. Des. Archit., Methods Too~s, DSD. (2007) 471-478]. 20 b) Tiempo de llegada (TOA) [S-Wu, N- Zhang. Two-step TOA estimation method for UWB based wire~ess sensor networks, Ruan Jian Xue Bao. 18 (2007) 1164-1172]. c) Diferencia de tiempo de llegada (TDOA) [S Xiaoyan, L Jiandong, H Pengyu, P Jiyong, Tota~ ~east-squares so~ution 25 of active target ~oca~ization using TDOA and FDOA measurements in WSN, Proc. Int. Conf. Adv. Inf. Netw. App~. AINA. (2008) 995-999]. 30 35 d) Ángulo de incidencia [D Nicu~escu, B Nath, Ad hoc posi tioning system (APS) using AOA, Proc IEEE INFOCOM. 3 (2003) 1734-1743] [K Kucuk, A Kavak, H Yigit, C Ozdemir, A nove~ ~oca~ization technique for wire~ess sensor networks using adapti ve antenna arrays, IEEE Radio Wire~. Symp., RWS. (2008) 483-486][D Nicu~escu, B Nath. Loca~ized positioning in ad hoc networks, Ad Hoc Networks. 1 (2003) 247-259] [K Kucuk, A Kavak. Sca~ab~e ~ocation estimation using smart antennas in wire~ess sensor networks, Ad Hoc   3 ES 2 391 329 B1 5 10 Net-works. 8 (2010) 889-903] rUS 2007/0076638 Al] o los descritos en la patentes 2007/0005292 Al] . rUS 2008/0080441 Al Y US e) Otros métodos recientemente propuestos [F Su, W Ren, H Jin, Loca~ization a~gorithm based on difference estimation for wire~ess sensor networks, Proc. Int. Conf. Commun. Softw. Netw., ICCSN. (2009) 499-503J, se cálculos estadísticos para la distancia. basan en el empleo de determinación de la De todos ellos, el único que no requiere del empleo de hardware adicional es el de lectura de la intensidad de campo recibida (RSSI, acrónimo en inglés de "Recei ved Signal Strength Indication"), puesto que esta función la integraQ todos los 15 transceptores de radio actuales. De todas formas, estas técnicas presentan el problema de ser muy sensibles al ruido electromagnético. Por ello, para mejorar la precisión L estos sistemas requieren de una calibración que además depende de características cambiantes, tales como la climatología. 20 Por ello, la determinación de mejores modelos y técnicas para mejorar el comportamiento de los sistemas de localización basados en la medida del RSSI es un campo actualmente muy activo [H Miura, K Hirano, N Matsuda, H Taki, N Abe, S Hori, 25 Indoor ~oca~ization for mobi~e node based on RSSI, Lect. Notes Computo Sci. 4694 LNAI (2007) 1065-1072J [S Tian, X Zhang, P Liu, P Sun, X Wang, A RSSI-based DV-hop a~gorithm for wire~ess sensor networks, Int Conf Wire~ Commun Networking Mob Comput. (2007) 2555-2558J [Z Shan, T-P Yum, Precise ~oca~ization with 30 smart antennas in ad-hoc networks, GLOBECOM IEEE G~oba~ Te~ecommun. Conf. (2007) 1053-1057J. 2.- Métodos basados en conectividad (Range-free). En estos métodos, la localización se obtiene a partir de 35 características implícitas en las comunicaciones, tales como:   4 ES 2 391 329 B1 5 10 15 (i) Condiciones de cobertura: Los nodos anclados tratan de localizar a los no anclados partiendo de la información de si están o no en su rango de cobertura de comunicaciones. Partiendo de estos datos, la posición se puede estimar como la intersección de las áreas de todos los nodos con los que puede establecer la comunicación. Ejemplo de esto, es la patente US2005/0080924Al. (ii) Números de sal tos: La localización se establece en función del número de saltos que hay entre los nodos no anclados y algunos nodos anclados. Con estos datos y considerando una distancia media entre nodos, la localización se puede establecer utilizando métodos como la multirateración. Ejemplo de esto, es la patente US2007/0159986Al. Los mecanismo empleados para obtener esta información se basan generalmente en el intercambio de mensajes, denominados generalmente balizas (beacons). El problema fundamental de estas 20 técnicas reside en el hecho de necesitar una gran cantidad de intercambio de mensajes para obtener la posición estimada. Esto exige tener que llegar a una solución de compromiso entre la duración de la batería y el número de mensajes enviados, puesto que la radio es el elemento que más energía gasta en estos 25 dispositivos. De todas formas, en comparación con las técnicas basadas en mediciones, el consumo de los intercambios de mensajes es generalmente menor que el consumido por el hardware específico 30 que requiere las técnicas basadas en mediciones. Además, el uso de hardware adicional incrementa el costo y el peso de los dispositivos, característica especialmente importante en los nodos móviles. 35 Existen varios métodos de localización en la literatura, tales como:   5 ES 2 391 329 B1 a) La técnica del Centroide (CL) [N Bu~usu, J Heidemann, D Estrin. GPS-~ess ~ow-eost outdoor ~oea~ization for very sma~~ deviees, IEEE Pers Commun. 7 (2000) 28-34], DV-Hop [GQ Gao, L Lei, An improved node ~oea~ization a~gorithm 5 based on DV-HOP in WSN, Proe. IEEE Int. Conf. Adv. Computo Contro~, ICACC. 4 (2010) 321-324]. b) Convex [L Doherty, KSJ Pister, L E~ Ghaoui, Convex position estimation in wire~ess sensor networks, Proe IEEE INFOCOM. 3 (2001) 1655-1663]. 10 c) APIT [Y Zhou, X Ao, S Xia, An improved APIT node se~f- ~oea~ization a~gorithm in WSN, Proe. Wor~d Congr. Inte~~igent Contro~ Autom. WCICA. (2008) 7576-7581]. Siendo de ellas la más representativa la técnica del centroide 15 (CL) [Bulusu, op. ci t]. Esta técnica estima la posición del nodo no anclado calculando el centroide de las posiciones de todos los nodos anclados que han recibido la baliza. En la literatura hay propuestas algunas modificaciones de la 20 técnica del centroide, ya sea buscando obtener un mejor comportamiento bajo ciertas condiciones particulares, tales como el uso de pesos en la estimación, obtenidos del valor medido del RSSI [J B~umentha~, R Grossmann, F Go~atowski, D Timmezmann, Weighted eentroid ~oea~ization in Zigbee-based sensor networks, 25 IEEE Int. Symp. Inte~~igent Signa~ Proeess., WISP. (2007)] o del LQI [S Sehuhmann, K Herzmann, K Rotherme~, J B~umentha~, D Timmezmann, Improved weighted eentroid ~oea~ization in smart ubiquitous environments, Leet. Notes Computo Sei. 5061 LNCS (2008) 20-34]. 30 Otros autores se centran en reducir el consumo energético [R Behnke, D Timmezmann, AWCL: Adaptive weighted eentroid ~oea~ization as an effieient improvement of eoarse grained ~oea~ization, Workshop Positioning, Navig. Commun., WPNC. (2008) 35 243-250], modificando el método para que no requiera de   6 ES 2 391 329 B1 funciones costosas para este tipo de procesadores, tales como la raíz cuadrada. Otros autores [R Behnke, J Sa~zmann, R Grob~mann, D LieekÍe~dt, 5 D Timmermann, K Thurow, Strategies to overeome border area eÍÍeets oÍ eoarse grained ~oea~ization, Proe. Workshop Positioning, Navig. Commun. ,WPNC. (2009) 95-102J se centran en estudiar las zonas donde el sistema obtiene un mayor error, así como en acotar su precisión en función de las características de 10 la instalación. Otras técnicas de localización basadas en conectividad han sido propuestas recientemente, algunas centradas en el estudio de la intersección del área de cobertura entre nodos anclados [H Lee, 15 JL We~eh, NH Vaidya. Loeation traeking using quorums in mobi~e ad hoe networks, Ad Hoe Networks. 1 (2003) 371-381J, y otras centradas en modificar características de la baliza, tales como la potencia de emisión [H- Chu, R- Jan. A GPS- ~ess, outdoor, se~Í-posi tioning method Íor wire~ess sensor networks, Ad Hoe 20 Netw. 5 (2007) 547-557], con la finalidad de determinar el área mínima de cobertura en la que se tiene conectividad con el nodo a localizar. También existen algunas técnicas híbridas que fusionan varios 25 métodos de localización distintos para mej orar la precisión, como el descrito en la patente [US 2007/0111735 Al] . DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 30 Las técnicas de localización para redes de sensores son soluciones específicas que deben tratar de cumplir los siguientes objetivos, por un lado deben ser fáciles de extender en redes externas, por otro, utilizar métodos que no consuman mucha energía, y por último, tratar de utilizar la menor 35 cantidad de hardware adicional posible, con el fin de mantener el consumo, costo y dimensiones a valores reducidos.   7 ES 2 391 329 B1 A la vista de estos objetivos, en muchas de las aplicaciones de redes de sensores el uso de dispositivos externos, tales como el GPS queda descartado debido fundamentalmente a que consume mucha 5 energía, con lo que no se podría realizar una aplicación portable de poco peso y con una autonomía alta (tal y como se necesita para el Tag a integrar en la localización de animales). Además de no poder ser utilizable en algunos ambientes, tal y como se da en interiores. 10 Si se pretender tener disposi ti vos pequeños, económicos y de alta autonomía, las técnicas de media del tiempo de vuelo de la señal de comunicaciones no resultan buena opción, puesto que la potencia de cómputo de estos dispositivos es muy reducida y para 15 poder tener una precisión cercana al metro, se requeriría relojes de al menos 300 MHz. Las medidas del tiempo de vuelo de ul trasonidos, si bien son realizables con estos sistemas, se descartan por la necesidad de requerir hardware adicional, además de que plantean la necesidad de requerir visión directa y 20 sin obstáculos, teniendo un alcance típico de unos tres metros. Por ello, se considera que la mejor solución pasa por el empleo de la radio para la localización, no considerándose válidas las técnicas clásicas basadas en mediciones que emplean el RSSI 25 debido a su alta sensibilidad a las perturbaciones. En su lugar, se propone una técnica que utiliza la estimación de la potencia recibida de un nodo y sus vecinos para realizar una estimación local de la posición del nodo a localizar. Dicha 30 información se envía al nodo coordinador que calcula la posición estimada del nodo a partir de la recepción de todos los procesados locales enviados por los nodos anclados, realizando en el nodo coordinador un cálculo que une todos los resultados parciales en una solución única, denominada posición estimada.   8 ES 2 391 329 B1 Para paliar los problemas anteriormente descritos, se presenta el método y sistema de localización inteligente sobre redes de sensores inalámbricos, que está basado en técnicas de redes de sensores inalámbricos, buscando no añadir complej idad hardware 5 al dispositivo que incrementen su coste y su peso. La principal ventaj a del presente método con respecto a los otros que se proponen en el estado de la técnica, se resume, en la no necesidad de disponer de un entorno calibrado de antemano, siendo además, un sistema robusto frente al ruido. 10 A diferencia de otros métodos propuestos, para realizar esto no se requiere de ningún tipo de hardware adicional más allá del medidor de RSSI, integrado hoy en día en todos los transceptores comerciales de radio. Esto permite diseñar dispositivos livianos 15 y con autonomía limitada, con lo que se obtiene un sistema aplicable a todos aquellos casos donde la autonomía y el peso sean restricciones importantes. Todo ello, se logra empleado técnicas de inteligencia 20 computacional, basadas en un motor de inferencia difuso y un procesado distribuido que no requiere de grandes capacidades de computación. Además, el sistema permite monitorizar el entorno y recolectar información de posibles sensores presentes en el nodo móvil, de manera similar a como se realiza habitualmente en las 25 redes de sensores inalámbricos. 30 El sistema y método de la invención permite la estimación de la posición de equipos móviles, cuya posición es desconocida a partir de una serie de equipos de posición conocida. Se parte de una red de dispositivos de posiciones fijas denominados nodos anclados. Estas posiciones se suponen conocidas de antemano y son estáticas, pudiéndose obtener en el momento de realizar la instalación mediante el uso de algún 35 medio de localización, como por ejemplo la tecnología GPS, los planos cartográficos, etc. El sistema de localización propuesto   9 ES 2 391 329 B1 5 10 15 20 25 30 35 Es importante tener en cuenta que cada nodo tiene una información parcial, ya que solo tiene información de su estimación de la potencia recibida y la de sus vecinos, pero puede haber otros nodos no vecinos que también hayan recibido el mensaje, cuya potencia recibida ignora este nodo. Con dicha información parcial, y a partir de la ejecución del motor de inferencia difuso, el nodo determina los cuadrantes probables de localización, habiéndose considerado probables aquellos que ofrecen una salida mayor de 0,1. El método difuso es siempre el mismo, y se ejecuta una vez por cada cuadrante. (iv) una cuarta etapa de envío de los cuadrantes propuestos al nodo coordinador, tal y como se muestra en la FIG.lD, cada uno de los nodos anclados que han recibido el mensaje y que el método difuso haya dado una salida significativa, enviarán un mensaje al nodo coordinador indicando aquellos cuadrantes por los que "vota", es decir, informará de aquellos que han ofrecido una salida del motor de inferencia superi'or a 0,1. Además de ello, en caso de que el mensaj e contuviera información útil, también la envía en la misma trama al nodo coordinador; en donde si ninguno de los cuadrantes ofrece una salida superior a 0,1, el nodo anclado, aunque haya recibido el mensaj e, no "votará" por ningún cuadrante, es decir, no enviará ningún mensaje; y (v) una quinta etapa de cálculo de la posición estimada con un proceso centralizado, en donde a partir de cada uno de los resultados parciales recibidos de los diferentes nodos anclados que han votado por algún cuadrante, el nodo coordinador elabora un mapa de puntos con todos los resul tados, considerando que el nodo se encuentra en el   16 ES 2 391 329 B1 5 área delimitada por todos estos cuadrantes. Con dicha información el sistema determina la posición estimada a partir del cálculo del centroide de toda esta área formada por el conjunto de puntos por el que han votado los nodos anclados. En este simplificar calculando la parciales. caso, el centroide se puede media de los resul tados Como se puede apreciar, la técnica consiste en el empleo de dos 10 procesos diferenciados, siendo uno de ellos un proceso difuso distribuido, que se ejecuta en cada uno de los nodos que reciben el "beacon", y posteriormente a eso, un proceso centralizado realizado por el nodo coordinador que reúne todos los resultados parciales obtenidos por los distintos nodos. 15 Se podría haber realizado un método de localización similar al propuesto empleando un único método centralizado, pero en este caso, exigiría que el nodo coordinador realizara todos los cálculos. Además presentaría un consumo energético mucho mayor 20 ante la necesidad de enviar todos los datos de RSSI recibidos por todos al nodo coordinador. Por esto se ha empleado esta división en dos métodos, al considerar este sistema más eficiente, tanto desde el punto de 25 vista de los recursos, ya que el sistema de esta forma realiza una computación distribuida, como desde el punto de vista energético. 30 1.- Proceso difuso distribuido En la FIG.3 se muestra la función difusa para el método de localización, teniendo en cuenta que esta función deberá ejecutarse en la mota una vez por cada cuadrante que se tenga, entendiendo por cuadrante, cada una de las áreas formadas por el 35 nodo y dos vecinos adyacentes, es decir, si hay cuatro vecinos,   17 ES 2 391 329 B1 se obtienen en total cuatro cuadrantes alrededor del nodo anclado, tal y como se muestra en la FIG.2. La salida difusa ofrece un resultado por cuadrante, decidiendo 5 cada nodo a partir de esta información el "voto" que transmite al nodo coordinador en donde informa de los cuadrantes representativos encontrados, habiéndose considerado representativos aquellos que ofrecen una salida superior a 0,1. Este valor de umbral se ha ajustado mediante simulación, siendo 10 el mejor compromiso encontrado entre precisión e inmunidad al ruido. 15 Para facilitar la explicación del método distribuido, se ha dividido en varias fases: a) explicación de los conjuntos de entrada al motor de inferencia difuso; b) explicación conjunto de salida del motor de inferencia difuso; y explicación del motor de inferencia implementado. 1.1 Conjuntos de entrada al motor de inferencia difuso del c) 20 Las entradas del sistema de lógica difusa están formadas por una entrada que representa la potencia recibida por el nodo en cuestión, más un conjunto de entradas que representan a todos sus vecinos. Cada una de ellas, tiene definido un conjunto borroso formado por tres funciones que representan el valor 25 bajo, medio y alto de la señal de potencia definida (tal y como se muestra en la FIG.4). Se entiende como baj o un conj unto tropeizoidal con función de pertenencia 1 para un valor de potencia igual a la sensibilidad 30 y cayendo linealmente desde este punto, al valor definido como centro del triángulo de la potencia media. Con este conjunto se representa a la señal recibida si el nodo anclado está muy alejado del no anclado, recibiendo por tanto una señal de RSSI baja o incluso nula, tal y como se recibiría si no recibiera el 35 beacon.   18 ES 2 391 329 B1 Se define como potencia media, a un conjunto triangular con el primer vértice definido en la sensibilidad, el vértice central (con valor de pertenencia 1) a la potencia que recibiría un nodo si tuado en el centro del triángulo formado por los tres nodos 5 anclados y el vértice de la derecha en la potencia de transmisión. Con este conjunto se representa a la señal recibida en un punto estratégico, siendo este punto el centroide formado por los tres nodos que determinan el cuadrante. A este punto, se le considera el punto medio, definiéndose alejado el Tag si está 10 por detrás de dicho punto, y cercano en caso contrario. Por último, es definido, como potencia alta, un conjunto trapezoidal que empieza a crecer literalmente desde el punto de la potencia media a la potencia de transmisión, teniendo un 15 valor de pertenencia 1, para la potencia de transmisión. Con este conjunto se representa a la señal que se recibiría si el nodo no anclado está muy cercano al nodo anclado. 1.2 Salida del motor de inferencia difuso 20 La salida está formada por tres conjuntos triangulares, que se corresponden con los valores bajo, medio y alto, tal y como se muestra en la FIG.5. Se considera baj o al triángulo definido por los puntos -0,5 y 25 0,5, teniendo un valor de pertenencia 1 en el O. Se considera medio, al triángulo definido entre los puntos O; 0,5 y 1, teniendo un valor de pertenencia 1 en el 0,5. Y por último, se considera alto, al triángulo definido entre los puntos 0,5, 1 y 1,5, teniendo un valor de pertenencia 1 en el 1. 30 El sistema calculará una salida por cuadrante formado por el nodo en cuestión, y sus respectivos vecinos, realizando una transmisión al nodo coordinador si el valor de salida es superior a 0,1. Como se puede apreciar en la FIG.5, si el valor 35 es solo bajo, el centroide del área se corresponde con el punto 0, si es el medio con el punto 0,5 y si es alto con el punto 1.   19 ES 2 391 329 B1 1.3 Motor de inferencia El motor de inferencia propuesto se corresponde con una base del conocimiento de reglas de Mandani, usando una agregación de las 5 reglas mediante la función máximo y una implicación de las salidas mediante la función mínimo. Todo esto, se ha elegido atendiendo a criterios de eficiencia de cómputo, puesto que la capacidad de procesamiento de los microcontroladores habituales en las redes de sensores es generalmente limitada. 10 Esta base de conocimiento consiste en evaluar condiciones de las reglas, que son del tipo: es ... y ... ENTONCES Salida es ... cada una de las Si A es... y B 15 El motor difuso calculará el antecedente de cada regla mediante la intersección de los conjuntos de entrada, para lo que se ha usado la función mínimo para el operador "y" y el máximo para la función "o", que son fáciles de implementar en dispositivos con hardware limitado. 20 Con el valor calculado de los antecedentes con este método, se calcula la implicación de la salida mediante la función mínimo. Posteriormente, se hace la unión de todas las reglas y se calcula un valor concreto a partir de dicha intersección. A este 25 proceso se le llama concresión, habiéndose utilizado en este caso un concresor de centroide, que lo que hace es ofrecer como dato de salida el centro de gravedad de la figura resultante de la unión de la salida de todas las reglas. Experimentalmente se ha comprobado que este concresor es el que ofrece mejores 30 resultados. El motor de inferencia, consta de un total de dieciocho reglas, que se deben ejecutar una vez por cada cuadrante formado entre el nodo y sus vecinos, las reglas pueden resumirse en la 35 siguiente tabla:   20 ES 2 391 329 B1 RSSI del nodo RSSI de los vecinos Salida Alto. Todos medios. Alta. Bajo. Tados bajos. Baja. Medio. Todos medios. Alta. Medio. Todos bajos. Baia. Alto. Todos altos. Media. 5 Medio. Media en el sector actual. Alta. Baja en el resto. Medio. Alta en algún sector, excepto en el actual. Baja. Baja en el resto. Alto. Alta en algún vecino del sector actual. Medio. Baja en el resto. Alto. Alta en algún nodo, excepto en los del sector actual. Baja. Baja en el resto. Medio. Medio en algún veGino del sector actual. Medio. Baja en el resto. Medio. Medio en algún nodo, excepto en los del sector actual. Baja. Bajo en el resto. 10 2.- Proceso centralizado. 15 El nodo coordinador es un nodo especial de una red de sensores, siendo este elemento un nodo que se encarga de recibir los datos que envían todos los demás nodos de la red y redirigirlos por la red adecuada, actuando de pasarela generalmente entre las redes de sensores, y un PC industrial o un PC embebido, que a su vez 20 se encargará de distribuir la información recolectada por otros tipos de redes, tales como wifi o ethernet. Se considerará como nodo coordinador al nodo que cumple con las funciones anteriores, y no al PC conectado a él. Debido a esto, 25 el método propuesto se implantará en un nodo con los mismos recursos que el resto de los nodos sensores de la red, utilizando el PC para transmitir los resultados de localización obtenido, así como si redirigir el resto de información de los sensores presentes en la red. 30 2.1 Etapas del proceso centralizado El nodo coordinador es un nodo especial que tiene que ejecutar las siguientes acciones para localizar al nodo no anclado. Se parte del hecho de que no el nodo coordinador, tiene acceso a 35 una tabla de datos en la que está recogido el mapa de distribución de los nodos anclados. También se parte de que el   21 ES 2 391 329 B1 hecho de que aunque no se conoce su posición, el periodo mínimo entre mensajes que envía el Tag es conocido. Los pasos a realizar son: 5 a) Recepción de datos: a partir del mensaje del nodo no anclado, y mediante el método distribuido comentando anteriormente, algunos nodos de la red deciden votar por una localización, para lo que envían al nodo coordinador un dato indicando por cuales de todos los sectores formado entre él, y 10 sus vecinos decide votar, además de la información recogida del nodo no anclado, en caso de existir. El nodo coordinador recibe este mensaje, y determina las coordenadas de los nodos que forman el sector por el que "vota" 15 el nodo a partir de leer el estado de los bits que forman la palabra recibida y de conocer el identificador del nodo que originó el mensaj e, ya que cada uno de los sectores siempre formo un triángulo. 20 b) Determinación de un punto representativo: una vez completado el paso anterior, el nodo coordinador tiene las coordenadas de los tres vértices de cada triángulo. A partir de ellos, aplica un método para determinar un punto que representa a dicho triángulo, que en este ca~o se ha optado por utilizar el 25 centro de gravedad. Hay que tener en cuenta que puesto que los nodos anclados no varían su posición, no es necesario estar recalculando continuamente dichos centros de gravedad de todos los 30 triángulos, sino que es suficiente con calcularlos una vez (o tenerlos calculados previamente a la hora de programación) y acceder a sus coordenadas mediante el acceso a una tabla, pudiéndose ahorrar recursos de este modo. 35 c) Añadir el punto a la tabla de votaciones: los puntos obtenidos anteriormente se consideran representativos, de forma   22 ES 2 391 329 B1 que en el caso de que el sistema solo vote por un triángulo, el centro de gravedad de dicho triángulo se considerará la posición estimada. 5 Lo que hace el sistema para poder estimar la posición es añadir los puntos obtenidos a una tabla en la que se almacenarán las coordenadas de todos los votos que decidan transmitir los nodos anclados. 10 d) Espera de un tiempo determinado para la votación de 15 20 25 los nodos: debido a que el tiempo entre balizas del Tag es conocido de antemano, el nodo coordinador establece a partir de dicho periodo una ventana de tiempo durante el cual esperará la recepción de los votos de los nodos. Hay que tener en cuenta que un nodo puede votar por varias regiones, pero solo puede votar una vez. En caso de que lleguen varios mensajes del mismo nodo en la misma ventana, solo se considerará el primero y se rechazarán todos los demás. e) cálculo de la posición estimada: una vez cerrada la ventana de tiempo para las votaciones, el nodo coordinador accede a la tabla con todos los votos y los concreta en la posición estimada. Para ello se ha optado por el uso del método de cálculo del centro de gravedad, en el que para su cálculo se consideran como posiciones representativas de los sectores que el los centros de gravedad de cada uno nodo coordinador ha recibido como 30 resultados parciales de la red de sensores. Una vez obtenido las coordinadas estimadas, se transmiten del nodo coordinador al pe, y el nodo queda a la espera de que se cumpla el tiempo para abrir una nueva ventana.   23 ES 2 391 329 B1 1. - Método de localización inteligente sobre redes de sensores inalámbricos que comprende un primer proceso 5 distribuido, ejecutado en cada nodo que realiza una estimación de la posible localización del Tag; y un segundo proceso centralizado, que une todas esas informaciones parciales en una única solución, en donde dicho método se caracteriza porque comprende, a su vez, las etapas de: 10 (i) una primera etapa de envío de baliza por parte del Tag 15 20 a localizar, en donde el Tag no anclado envía un mensaje o una baliza; siendo dicho mensaje o baliza, enviado cíclicamente al nodo no anclado, siendo este periodo únicamente durante el cual tendrá la radio activada; (ii) una segunda etapa de recepción de la potencia recibida por los nodos anclados a sus vecinos; en donde cada nodo anclado que esté lo suficientemente cercano para poder recibir el mensaje del nodo a localizar, envía un mensaje a todos sus vecinos con el valor de la potencia con la que él ha recibido el mensaje; de tal forma que los nodos alrededor del nodo a localizar terminen una tabla con la potencia de la señal que ellos han recibido, así como de sus vecinos; y en donde los nodos 25 vecinos que no hayan recibido el "beacon" no transmitirán respuesta alguna; 30 35 (iii) una tercera etapa de ej ecución de un proceso difuso distribuido de localización, en donde a partir del valor de potencia recibida por el nodo y aquella que le (iv) han transmitido sus vecinos que también han recibido el mensaje, el nodo ejecuta un proceso difuso para determinar el/los cuadrantes más probables donde pueda estar situado el nodo móvil; una cuarta etapa de envío de los cuadrantes propuestos al nodo coordinador, donde cada uno de los nodos anclados que han recibido el mensaj e y que el método   24 ES 2 391 329 B1 REIVINDICACIONES 5 (v) 10 difuso haya dado una salida significativa, enviarán un mensaje al nodo coordinador indicando aquellos cuadrantes por los que "vota", es decir, informará de aquellos que han ofrecido una salida del motor de inferencia superior a 0,1; y una quinta etapa de cálculo de la posición estimada con un proceso centralizado, en donde a partir de cada uno de los resultados parciales recibidos de los diferentes nodos anclados que han votado por algún cuadrante, el nodo coordinador elabora un mapa de puntos con todos los resultados, considerando que el nodo se encuentra en el área delimitada por todos estos cuadrantes. 2.- Método de acuerdo con la reivindicación 1 en donde 15 en la primera etapa se enviará un mensaje o baliza en función de la aplicación que se pretenda desarrollar, donde se considerará mensaj e en el caso de incluir información útil que haya que reencaminar al nodo coordinador, y donde la potencia de emisión del Tag tiene que garantizar que la comunicación llegue al menos 20 a un nodo fijo. 3.- Método de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 en donde el Tag incluye medios para modificar el período de muestreo en función de las necesidades, bien sea mediante un 25 calendario o usando sensores externos. 4.- Método de acuerdo con las reivindicaciones anteriores en donde en la recepción de la baliza por parte de los nodos anclados, dichos nodos anclados cercanos al Tag que 30 han recibido la baliza o el mensaje, miden el nivel de RSSI con el que llega, así como los datos de información de los sensores, en caso de existir. 35 5.- anteriores en cuadrantes, en Método de donde en caso de acuerdo con las rei vindicaciones la cuarta etapa de envío de los que el mensaj e contuviera información   25 ES 2 391 329 B1  ES 2 391 329 B1 32 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 21 N.º solicitud: 201100463 22 Fecha de presentación de la solicitud: 26.04.2011 32 Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA 51 Int. Cl. : G01S5/02 (2010.01) H04W64/00 (2009.01) DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas X A A A A LARIOS, D.F. et al, "Locating sensors with fuzzy logic algorithms," IEEE Workshop On Merging Fields Of Computational Intelligence And Sensor Technology (CompSens), 2011, pp.57-64, 11-15 Abril de 2011. doi: 10.1109/MFCIST.2011.5949514.Todo el documento YUN S. EL AL, “A soft computing approach to localization in wireless sensor networks”, Experts Systems with applications,Vol. 36, Número 4, pp. 7552 – 7561. Mayo de 2009. DOI:10.1016/j.eswa.2008.09.064. Apartados 1- 4. US 2007060098 A1 (INNERWIRELESS) 15/03/2007, Párrafos [0017-0057]; Figuras 1-8. EP 1617601 A2 (UNIV TWENTE) 18/01/2006, Párrafos [0011 – 000026]; Figura 1. WENPING CHEN et al, "A Cooperative Localization Scheme for Zigbee-based Wireless Sensor Networks," 14th IEEE International Conference on Networks, 2006. ICON '06. Vol.2, pp.1-5, Septiembre de 2006. doi: 10.1109/ICON.2006.302647 Apartados 1 – 3. 1-9 1-9 1-9 1-9 1-9 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado  para todas las reivindicaciones  para las reivindicaciones nº: Fecha de realización del informe 27.08.2012 Examinador J. Cotillas Castellano Página 1/6 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 21 N.º solicitud: 201100463 22 Fecha de presentación de la solicitud: 26.04.2011 32 Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA 51 Int. Cl. : G01S5/02 (2010.01) H04W64/00 (2009.01) DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas A KADKHODA, M. et al, "A probabilistic fuzzy approach for sensor location estimation in wireless sensor networks," 2010 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (FUZZ), pp.1-5,18-23. Julio de 2010. doi: 10.1109/FUZZY.2010.5584410. Apartados I-IV. 1-9 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado  para todas las reivindicaciones  para las reivindicaciones nº: Fecha de realización del informe 27.08.2012 Examinador J. Cotillas Castellano Página 2/6 INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA Nº de solicitud: 201100463 Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01S, H04W Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, INSPEC, XPI3E, XPESP, NPL Informe del Estado de la Técnica Página 3/6 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 201100463 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 27.08.2012 Declaración Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones SI Reivindicaciones 1-9 NO Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Reivindicaciones SI Reivindicaciones 1-9 NO Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). Base de la Opinión.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. Informe del Estado de la Técnica Página 4/6 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 201100463 1. Documentos considerados.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. Documento Número Publicación o Identificación Fecha Publicación D01 LARIOS, D.F. et al, "Locating sensors with fuzzy logic algorithms," IEEE Workshop On Merging Fields Of Computational Intelligence And Sensor Technology (CompSens),2011, pp.57-64, 11-15 Abril de 2011.doi: 10.1109/MFCIST.2011.5949514.Todo el documento 11.04.2011 D02 YUN S. EL AL, “A soft computing approach to localization in wireless sensor networks”, Experts Systems with applications,Vol. 36, Número 4, pp. 7552 – 7561. Mayo de 2009.DOI:10.1016/j.eswa.2008.09.064. Apartados 1- 4. 01.05.2009 D03 US 2007060098 A1 (INNERWIRELESS) 15.03.2007 D04 EP 1617601 A2 (UNIV TWENTE) 18.01.2006 D05 WENPING CHEN et al, "A Cooperative Localization Scheme for Zigbee-based Wireless Sensor Networks," 14th IEEE International Conference on Networks, 2006. ICON '06. Vol.2, pp.1- 5,Septiembre de 2006.doi: 10.1109/ICON.2006.302647 Apartados 1 – 3. 01.09.2006 D06 KADKHODA, M. et al, "A probabilistic fuzzy approach for sensor location estimation in wireless sensor networks," 2010 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (FUZZ), pp.1-5,18-23 Julio de 2010.doi: 10.1109/FUZZY.2010.5584410. Apartados I-IV. 18.07.2010 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración De los documentos encontrados durante la fase de búsqueda, el documento D01 se considera el más próximo del estado de la técnica al objeto de las reivindicaciones 1 a 9, y en lo que respecta a estas reivindicaciones este documento parece afectar a la novead de las mismas, tal y como se explica a continuación (las referencias entre paréntesis corresponden a D01): Reivindicación independiente 1: Siguiendo la redacción de la reivindicación 1, el documento D01 describe un método de localización de sensores inalámbricos que comprende las etapas de: - envío de una baliza desde el sensor a localizar (véase el apartado III.A); - envío desde los nodos anclados a sus vecinos de un mensaje con el valor de la potencia con a que han recibido la baliza (véase el apartado III.A.1); - ejecución de un proceso difuso distribuido de localización, en donde el nodo determina el cuadrante más probable donde pueda estar situado el nodo móvil (véase el apartado III.A.1); - envío de los cuadrantes propuestos al nodo coordinador (véase el apartado III.A.1); - cálculo de la posición estimada con un proceso centralizado en el nodo coordinador a partir de los resultados anteriores (véase el apartado III.A.1). De este modo, las características de la reivindicación 1 ya son conocidas del documento D01, por lo que no son nuevas a la vista del estado de la técnica (Art. 6 LP). Reivindicación independiente 9: El documento D01 describe igualmente un sistema de localización sobre redes de sensores inalámbricos que comprende una pluralidad de sensores inalámbricos, así como un nodo coordinador que actúa de pasarela entre la red de sensores y un elemento externo de computación, que comprenden medios para ejecutar el método de la reivindicación 1 (véase el apartado IV). Por lo tanto, la reivindicación 9 también carece de novedad según lo divulgado en D01 (Art. 6 LP). Informe del Estado de la Técnica Página 5/6 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 201100463 Reivindicaciones dependientes 2 a 8: Estas reivindicaciones no parecen presentar características adicionales o alternativas diferentes que les confieran novedad frente a lo ya descrito en D01. En concreto, en las siguientes partes del documento D01 pueden encontrarse las características técnicas contenidas en cada una de las reivindicaciones: - apartado III.A: reivindicaciones 2 y 3, - apartado III.A.1): reivindicaciones 4, 5 y 7, - apartados III.A.2) y IV: reivindicaciones 6 y 8. Por lo que estas reivindicaciones tampoco cumplirían con el requisito de novedad (Art. 6 LP). Informe del Estado de la Técnica Página 6/6