Implementation and evaluation of a Bluetooth low energy indoor navigation system with a passive scanning approach

We live in a world where we are always searching new ideas to improve ourlife. A field, that is becoming really popular in this direction, is indoortracking. In this work of thesis we exploit the use of tracking to createan indoor navigation system. The work is based on the low cost and lowpower consuming technology called Bluetooth Low Energy (BLE). Trackingis based on the broadcast packets listening that BLE devices, as beacons,send periodically. Unlike other commercial system, we want to develop asystem where beacon loses its static connotation and, from reference station,becomes the target associated to the user. Along with the tracking, the aimof this thesis is the creation of an assisted navigation system, where user isable to follow the directions and to arrive at the final destination interactingwith the environment, without any supplementary application requirements.The study starts from the analysis of the already used systems, in particularwe have analyzed a similar system based on Bluetooth protocol. Giventhe discovered weaknesses, we have designed our system, that, in additionto the above cited proposals, offers a secure alternative, without using ofany sensible information, as user MAC address. The second part of thisthesis is based on the system design implementation and on the performancesanalysis. We reach at most 91% of accuracy, with up to 3 meters of error (+/-1.5 meters from the desired position). At the end, thanks some volunteershelp, we have collected system’s feedback to help us to evaluate eventualfuture works in according with user’s requests.

Viviamo in un mondo in cui siamo sempre alla ricerca di nuove idee permigliorare la nostra vita. Un’area che negli ultimi anni sta avendo moltosuccesso in questa direzione è il tracciamento indoor. In questo lavoro ditesi esploriamo questo nuova area di interesse per creare un sistema di nav-igazione indoor. Il lavoro si basa sulla tecnologia a basso costo e consumodi potenza chiamata Bluetooth Low Energy (BLE). Il tracciamento vienereso possibile dall’ascolto dei pacchetti in broadcast che i dispositivi BLE,come i beacon, inviano periodicamente. A differenza dei sistemi già presentisul mercato, vogliamo offrire un sistema dove il beacon perde la sua con-notazione statica e, da stazione di riferimento, diventa il target associatoall’utente. Insieme al tracciamento, l’obiettivo di questa tesi è la creazionedi un sistema di navigazione assistita, in cui l’utente è in grado di seguire leindicazioni e arrivare alla destinazione finale. La navigazione avviene medi-ante l’interazione con l’ambiente, senza richiedere all’utente installazioni diapplicazioni aggiuntive.Lo studio parte dall’analisi di quelli che sono i sistemi già in uso. Analizzi-amo in particolare un prototipo simile a quello da noi disegnato, il qualeperò si basa sul protocollo Bluetooth. Dalle debolezze riscontrate abbiamorealizzato il nostro sistema che, oltre alle proposte elencate sopra, si proponedi dare un alternativa sicura all’utente. Quest’ultimo, infatti, non dovràcondividere informazioni sensibili, come il suo indirizzo MAC. La secondaparte del lavoro di tesi si basa sull’implementazione del design del sistema esull’analisi delle prestazioni. Abbiamo raggiunto prestazioni del 91% in ac-curatezza con un errore di non più di tre metri (+/- 1.5 metri dalla posizionedesiderata). Infine con l’aiuto di volontari, abbiamo raccolto feedback su ilsistema che hanno permesso di valutare eventuali modifiche future in lineacon le segnalazioni degli utenti.