Localización en interiores usando redes WiFi

Ya hemos visto que usar la distancia al emisor para posicionarte dentro de casa es muy difícil, al menos sin usar hardware especializado. ¿Nos hemos quedado sin opciones?. Somos gente ingeniosa, no nos quedamos sin opciones. Si no podemos usar la distancia por la gran variación que tiene la potencia de la señal en interiores, le daremos la vuelta al problema y lo usaremos como ventaja. Si a la gran variación que hay en la potencia de la señal le sumamos la gran cantidad de nodos WiFi que hay alrededor nuestro, resulta muy poco probable que en dos puntos que no estén muy próximos se den los mismos valores para todas las redes.

Vamos a empezar por la idea básica y luego desarrollaremos los distintos problemas que surgen en la vida real.

Primero vamos a movernos por nuestra casa midiendo la potencia de las redes WiFi que se reciben en distintos puntos que consideramos interesantes para localizarnos. Obtendremos una lista de tuplas {SSID, potencia} para cada punto.

Una vez tengamos esa base de datos creada vamos a tratar de saber lo “cerca” que estamos de esos puntos sabiendo solo la potencia de los wifi que nos rodean. En este caso “cerca” no se refiere a distancia física en metros si no a lo parecidas que son las mediciones en dos puntos. Aunque no tenga que ver con la distancia física a este concepto también se le llama distancia.

Para medir esta distancia es fundamental saber que valor o valores vamos a usar, en este caso la potencia de la señal del WiFi. Vamos a compararla con las potencias almacenadas en nuestras mediciones anteriores. Para ello tomaremos las potencias medidas en los nodos con el mismo SSID y las compararemos, sumando luego todas para saber como de “próximos” están esos dos puntos.

Siendo Pi[ssid] la potencia en la base de datos para el nodo con ese SSID en el punto i y Pm[ssid] para la potencia medida de ese mismo nodo la distancia seria:

Dist(Pi) = ∑ √ (Pi[ssid] – Pm[ssid])²

O una forma menos exacta pero también computacionalmente menos costosa (y que a mi me a servido perfectamente)

Dist(Pi) = ∑ ABS(Pi[ssid] – Pm[ssid])

Siendo ABS la función que calcula el valor absoluto.

Que la i no despiste, en ambas formulas el sumatorio se refiere a sumar la diferencias de los distintos SSID medidos de cada punto.

Podemos determinar de que punto estamos más cerca comparando estas distancias y quedándonos con aquel punto Pi cuyo valor sea menor.

Para aplicar esta idea dividí mi casa (realmente solo dos habitaciones contiguas y un trozo de pasillo para probar) en una matriz de cuadrados de un metro de lado y establecí comos puntos de referencia el centro (a ojo) de cada cuadrado.

¿Funciono bien? La sorpresa es que, tras corregir problemas de los que hablo más adelantem mucho mejor de lo que esperaba. Buscando los puntos más cercanos me resultaba fácil saber donde estaba. No siempre me daba como más cercano el punto del que más cerca estaba pero nunca se fue muy lejos, así que podía saber mi posición con bastante precisión.

Problemas

Desgraciadamente de la teoría a la practica suele haber un camino lleno de baches. Por lo que siempre surgen problemas para aplicar la teoría tal cual y que hay que resolver.

Nodos que aparecen y desaparecen

Si los nodos WiFi que usas como referencia están siempre encendidos el hecho de que un nodo no esté entre tus mediciones indica que potencia es 0 y es un gran indicador de donde estamos. Pero si usas los WiFis de tus vecinos el que se apaguen a lo largo del día es algo más habitual de lo que parece. Por lo que tenemos nodos que aparecen y desaparecen. Así que si un nodo no esta entre tus mediciones no se puede considerar que su potencia es 0 (aunque lo sea en ese momento) ya que puedes estar falseando los resultados. Mi experiencia es que si no tienes medición de un nodo lo descartes y no lo tengas en cuenta en tus cálculos.

Ruido en las mediciones

Los valores de potencia pueden variar muchísimo al realizar una medición, mi consejo es que realices varias medidas (yo uso 3) y te quedes con la mediana o la moda de las mismas. Es muy importante sobretodo que realices esto al generar la base de datos de los puntos de referencia.

Otro problema es que no todas los nodos se ven sometidos a las mismas variaciones, contra menor potencia tengan en ese punto más propensas son a sufrir variaciones y más amplias son estas. En algunos casos resulta conveniente fijar un umbral mínimo de potencia para tener en cuenta ese nodo.

Variación de las medidas usando distintos aparatos.

Es recomendable usar el mismo “aparato” para generar la base de datos de puntos que el que luego se va a intentar localizar. Las medidas entre mi portátil, mi smartphone y mi placa Node MCU eran suficientemente distintas como para causar errores si intentaba comprar unas con otras