WiFi-CSI Sensing and Bearing Estimation in Multi-Robot Systems: An Open-Source Simulation Framework

要約

無線信号ベースのセンシングを採用したマルチロボット システムの開発とテストには、チャネル モニタリング WiFi トランシーバーなどの適切なハードウェアへのアクセスが必要ですが、これには重大な制限が生じる可能性があります。
Jadhav らによって導入された WiFi Sensor for Robotics (WSR) ツールボックス。
2022 年に、WiFi チャネル状態情報 (CSI) を使用してロボット間の相対方位を計算する新しいソリューションを提供します。
このツールボックスは WiFi 信号の振幅と位相を活用し、移動ロボットの動きを利用して仮想アンテナ アレイを作成するため、物理的なアンテナ アレイが不要になります。
しかし、WSR ツールボックスは時代遅れの WiFi トランシーバー ハードウェアに依存しているため、操作性とアクセスしやすさが制限されており、関連ツールの広範なアプリケーションや開発が妨げられています。
Gazebo と Matlab を使用して WSR ツールボックスの機能を再現するオープンソース シミュレーション フレームワークを紹介します。
WiFi-CSI データ収集をシミュレートすることで、当社のフレームワークは WSR ツールボックスを備えたモバイル ロボットの動作をエミュレートし、物理的なハードウェアを使用せずに正確な方位推定を可能にします。
私たちは、シミュレートされた Turtlebot3 ロボットと実際の Turtlebot3 ロボットの両方を用いた実験を通じてフレームワークを検証し、取得された CSI データと結果として得られる方位推定値がほぼ一致していることを示しました。
この作品は、物理ハードウェアに依存せずに WiFi-CSI ベースのマルチロボット ローカリゼーションを開発およびテストするための仮想環境を提供します。
すべてのコードと実験セットアップ情報は、https://github.com/BrendanxP/CSI-Simulation-Framework で公開されています。

要約(オリジナル)

Development and testing of multi-robot systems employing wireless signal-based sensing requires access to suitable hardware, such as channel monitoring WiFi transceivers, which can pose significant limitations. The WiFi Sensor for Robotics (WSR) toolbox, introduced by Jadhav et al. in 2022, provides a novel solution by using WiFi Channel State Information (CSI) to compute relative bearing between robots. The toolbox leverages the amplitude and phase of WiFi signals and creates virtual antenna arrays by exploiting the motion of mobile robots, eliminating the need for physical antenna arrays. However, the WSR toolbox’s reliance on an obsoleting WiFi transceiver hardware has limited its operability and accessibility, hindering broader application and development of relevant tools. We present an open-source simulation framework that replicates the WSR toolbox’s capabilities using Gazebo and Matlab. By simulating WiFi-CSI data collection, our framework emulates the behavior of mobile robots equipped with the WSR toolbox, enabling precise bearing estimation without physical hardware. We validate the framework through experiments with both simulated and real Turtlebot3 robots, showing a close match between the obtained CSI data and the resulting bearing estimates. This work provides a virtual environment for developing and testing WiFi-CSI-based multi-robot localization without relying on physical hardware. All code and experimental setup information are publicly available at https://github.com/BrendanxP/CSI-Simulation-Framework

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