Visible light positioning in presence of malicious LED transmitters or intelligent reflecting surfaces

Görünür ışık konumlandırma, verici olarak ışık saçan diyotların (LED), alıcı olarak ise ışık detektörlerinin kullanıldığı yeni bir iç ortam konum belirleme çözümüdür. Görünür ışık konumlandırma sistemleri, LED'lerin günümüzde aydınlatma amacıyla geleneksel ampüllere göre belirgin avantajlarından dolayı daha fazla kullanılmasıyla beraber yaygınlaşmıştır. Bu tezde, iki farklı ana senaryo için görünür ışık konumlandırma algoritmaları geliştirilmektedir. İlk senaryoda, sistemin tamamen güvenli olmadığı, LED'lerin güçlerinin, bilinmeyen bir üçüncü parti tarafından konumlandırma doğruluğunu düşürmek amacıyla kontrol edilebildiği varsayılmaktadır. İkinci senaryoda ise sisteme konumlandırma performansını arttırmak amacıyla akıllı yansıtıcı yüzeylerin (AYY'ler) kurulduğu kabul edilmektedir.İlk olarak, bir alıcının birkaç farklı LED'den yayınlanan sinyalleri alarak konumlandırma yaptığı bir sistem ele alınmaktadır. Her LED vericisi, belirli bir olasılıkla kötücüldür ve bilinmeyen bir güç seviyesinde yayın yapmaktadır. LED vericilerinin kötücül olma olasılıklarının bilgisi kullanılarak en büyük olabilirlik kestiricisi türetilmektedir. Ek olarak, eğitim ölçümleri varlığında LED'lerin kötücüllüklerinin belirlenmesi için karar kuralları tasarlanmakta ve bu karar kurallarının sonuçlarına göre konumlandırma için en yüksek olabilirlik kestiricileri önerilmektedir. Önerilen kestiricilerin performanslarını değerlendirmek için eğitim fazlı ve eğitim fazsız senaryolarda Cramér-Rao alt sınırı (CRLB) türetilmektedir. Ayrıca LED vericilerinin kötücül olma olasılıklarının bilinmediği durumda, bir en büyük olabilirlik kestiricisi türetilmektedir. Önerilen tüm kestiricilerinin performansları sayısal örneklerle değerlendirilmekte ve CRLB ile kıyaslanmaktadır. İkinci olarak, AYY'lerin varlığında, alınan sinyal gücü tabanlı konumlandırma problemi formüle edilmekte ve incelenmektedir. Önerilen problem formülasyonunda, görünür ışık haberleşme alıcısı birkaç LED'den yayınlanan sinyalleri görüş açısı yolundan veya AYY'lerden yansıyan yollardan alabilmektedir. AYY'lerin varlığında herhangi bir kurulum için üç boyutlu genel bir konumlandırmada CRLB ve en yüksek olabilirlik kestiricisi türetilmektedir. Ek olarak, görüş açısı yollarının engellenmesi durumunda, AYY'lerin yönelimlerinin en uygun hale getirilmesi problemi ele alınmakta ve AYY'lerden alınan sinyal gücünü en yüksek yapan yönelimlerin bulunması için kapalı formda veya nümerik olarak çöözülebilen ifadeler önerilmektedir. En uygun AYY yönelimleri, alıcı konumuna bağlı olduğu için alıcı konumunun ön bilgisinin yokluğunda AYY yönelimlerini ayarlamak için N-adımlı konumlandırma algoritması önerilmektedir. Önerilen yaklaşımın performansı benzetimlerle değerlendirilmekte ve CRLB ile kıyaslanmaktadır. AYY'lerin kullanımının, yeterli sayıda LED vericisinden görüş alanında sinyal alındığı durumlarda konumlandırma doğruluğuna önemli bir iyileştirme sağlamasa da görüş alanı sinyallerinin tamamının veya çoğunun engellendiği durumlarda konumlandırma doğruluğu için oldukça önemli olduğu sonucuna varılmaktadır.