Si presenta (e discute) un sistema il cui fine è quello di abilitare la connettività, comunicazione e collaborazione fra utenti che si trovano in prossimità tra di essi, anche in situazioni di mobilità. Un sistema con infrastruttura "device-as-infrastructure".

1. A LOCATION BASED
MOBILE SOCIAL NETWORK
Fondamenti di Localizzazione e Mobilità
Di Donato Leonardo
19/12/2011

2. Abstract
Il software proposto permette a un utente di condividere
e collaborare in tempo reale con altri utenti ad esso
vicini, anche in contesti mobili.
Argomenti:
● Scenari d'utilizzo
● Requisiti e problematiche
● Tecnologia di comunicazione
● Tecnologia di localizzazione
● Il sistema
● Valutazione del sistema

3. Scopo
Permettere ad ogni utente di stabilire una comunicazione
con altri utenti presenti in un determinato raggio
d'azione.
La comunicazione è finalizzata alla condivisione di dati
e/o alla collaborazione in tempo reale fra utenti.
Tale obiettivo è raggiungibile anche per utenti in
movimento. È auspicabile che l'utilizzo sia indipendente
dal dispositivo (smartphone, tablet, laptop) di cui essi
dispongono.

4. Scenari d'utilizzo
Contesto indoor Contesto outdoor
● sale per conferenze ● in generale, ambienti
● scuole con densità d'utenti
● uffici di lavoro medio-alta
Tipologie di scenari:
● connettività e sistema collaborativo su richiesta
● sistema collaborativo flessibile e distribuito
In generale, i sistemi accomunabili a quello proposto, permettono:
estensione della copertura di rete, diminuizione del digital divide,
aggiramento dei meccanismi di controllo centralizzati, ecc. ecc.

5. Requisiti e problematiche
● fase di configurazione semplice e automatica
● tecnica di localizzazione adeguata
● meccanismo di suggerimento all'utente delle posizioni
con migliore copertura di rete
● meccanismo di caching e sincronizzazione dei dati
finalizzato a rendere il software indipendente dalla
presenza di connettività Internet
● meccanismo di condivisione della connessione a
Internet
Il sistema deve funzionare minimizzando il costo infrastrutturale e il
dispendio energetico dei dispositivi.

6. Wireless Mesh Newtork (WMN)
Il sistema proposto è un'applicazione delle WMN.
Cosa sono:
● nuovo tipo di reti di comunicazione wireless a
topologia mesh
● ogni nodo si comporta sia da client sia da router (P2P)
● rete wireless distribuita, self-organizing e self-healing
Cosa serve:
● dispositivi che supportino lo standard 802.11 (a/b/g/n)
● algoritmo di routing dinamico
● protocolli di comunicazione incentrati su metriche di
performance della rete (packet loss ratios)

7. Localizzazione
Anche se la localizzazione nelle reti mesh è un aspetto su cui non è
stata riposta ancora molta attenzione, esso è molto importante.
Conoscendo la posizione dei nodi di una rete mesh è
possibile migliorarne le sue caratteristiche ...
● individuare una strategia che minimizzi il numero di
Mesh Router (MR) necessari e individui le loro posizioni
migliori in una data area (migliore copertura di rete)
● individurare, data la posizione di un Mesh Client (MC),
i migliori MR a cui collegarsi (miglior trasferimento
dati)

8. Localizzazione
RSS Fingerprinting
● fase di calibrazione (offline): il nodo client misura la
potenza dei segnali radio ricevuti (RSS) da vari nodi
router mentre cambia posizione, raccoglie tali dati al
fine di creare una mappa
● fase di esercizio (online): il nodo client ricava la sua
posizione confrontando (in modo deterministico o
probabilistico) il valore RSS attuale con la mappa
Svantaggi:
● fase di configurazione offline
● tecnica più adatta a reti con topologia fissa

9. Localizzazione
Multilateration
Basato sulla metrica Time Difference of Arrival (TDoA).
Vantaggi:
● costo di configurazione nullo
● slegato dal tempo
Svantaggi:
● livello di accuratezza
● necessità di (almeno 3) ricevitori in posizioni
conosciute
Integrabile a supporto della tecnologia di localizzazione precedente.

10. Localizzazione
SPRA + ROL(1)
● Subtle Partial Range Aware
Meto di misura della distanza basato sulla corrispondenza
fra intervalli di distanze e intervalli di valori RSSI ricevuti.
● Ring Overlapping-Based Localization Algorithm
Utilizza le regole di mapping insieme-insieme di SPRA per
individuare l'anello circostante ad ogni mesh router.
Considerazioni: errore di localizzazione ~3 m, costo di
ROL ~ O(m2) dove m è il numero di mesh router.
(1) "A GPS-free Wireless Mesh Network Localization Approach", 2009.

11. Altre tecnologie di localizzazione
● GSM Multilaterarion e GSM Fingerprinting: tecnologia valida solo
per smartphone, scarsa precisione
● RFID: impatta pesantemente sull'infrastruttura
● GPS: indoor è poco preciso (le onde radio dei satelliti non
penetrano facilmente imuri)
● A-GPS: per contesti outdoor è integrabile
● Advanced Forward Link Trilateration (ALFT): usa il TDoA e le torri
cellulari, richiede spesso modifiche al software del device, buon
livello di precisione, usato spesso in tecniche ibride
● Dead Reckoning + IMU: integrabile per ottenere maggiore
precisione, insieme a algoritmi di learning (Kalman Filter o
Particle Filtering) per risolvere il problema di localizzazione come
un problema di ottimizzazione

12. Mesh Router Placement
Il problema:
● Quanti nodi router deve avere la WMN?
● Dove dovrebbero essere posizionati?
- numero di nodi router necessari VS richiesta di copertura -
Grafo G=(V, E) per modellare il problema: V insieme di tutte le
possibili posizioni candidate (o nodi).
● si cerca G'=(V', E), con V' insieme delle posizioni scelte per i nodi
router, tale che questo sia un grafo di copertura minimo (MST)
● fase di merging

13. Mesh Client Allocation
Il problema:
Data una determinata topologia della WMN, e la locazione
di un nodo client in un determinato istante, trovare i
migliori nodi router cui connettersi.
Affrontato come un problema di "optimal stopping" [link].
Risolto utilizzando una strategia probabilistica
conservativa che massimizza la probabilità di scegliere il
nodo migliore, in un determinato istante temporale.

14. Algoritmi per il routing dinamico
Optimized Link State Routing (OLSR e OLSR-NG)
Individua un Multipoint Relay (MR) verso il quale i nodi
devono inviare informazioni di stato e da cui aspettare
informazioni di routing [link]
● Hazy-Sighted Link State (HSLS)
Estende il precedente ottenendo una maggiore
scalabilità (fino a 1000 nodi mesh)
● Better Approach To Mobile Adhoc Networking (B.A.T.
M.A.N.)
Decentralizza le informazioni relative al miglior
percorso di routing

15. Altre considerazioni
● Algoritmo efficiente di memorizzazione e
compressione della topologia della rete
● Utilizzo di protocolli di comunicazione incentrati su
metriche che misurano la performance della rete
● Caching dei dati in locale che preservi la loro
consistenza
● Sincronizzazione dei dati locali fra i vari nodi
(necessario un server locale virtuale in ogni nodo)
● Sincronizzazione con Internet, quando almeno un nodo
della WMN può condividerne l'accesso

16. Un aspetto critico: la scalabilità
Criticità ereditata dall'architettura delle reti mesh.
Studi teorici e applicazioni reali di applicazioni di WMN
(es: OLPC) hanno dimostrato che in ogni mesh cloud, se il
numero di nodi supera le 25 unità, le performance
degradano significativamente.
È necessario implementare un meccanismo di scelta
intelligente dell'algoritmo di routing in base alla
dimensione e complessità raggiunta dalla topologia della
rete.
Esempio: effettuare routing gerarchico fra cluster di nodi
con migliori prestazioni(2).
(2) "Scalable Mesh Networks and The Address Space Balancing Problem", 2010.

17. Grazie per l'attenzione.