Разработка системы позиционирования в закрытых помещениях

Разработка системы позиционирования в закрытых помещениях с использованием
метода ангуляции источников wi-fi сигнала.
Игнатенко П.А.
г. Ухта, Ухтинский государственный технический университет.
Одна из самых популярных категорий мобильных приложений сегодня та, что
предоставляет сервисы с определением местоположения устройства. Многие люди
используют системы позиционирования на своих навигационных устройствах, смартфонах
и планшетах. Слабая сторона этих решений в том, что использование системы Global
Positioning System (GPS) недоступно внутри помещений из-за сильного затухания сигналов
стенами и перекрытиями зданий. Таким образом открывается ниша для надежных решений
с позиционированием в помещениях.
Техническая реализация.
Существует ряд технологических платформ и алгоритмов для отслеживания
положения объектов в реальном времени. Часть из них применима к системам определения
положения внутри зданий.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
WiFi локация
Bluetooth локация
GSM локация
Ультразвуковая идентификация и локация
RFID идентификация и локация
Оптическая локация
Наиболее пригодно позиционирование с помощью технологии Wi-Fi, учитывая
распространенность сетей (практически в каждом помещении) и устройств (практически у
каждого человека).
Методы позиционирования.
Позиционирование в беспроводных сетях можно реализовать несколькими
способами:
1. По точке доступа, к которой присоединен клиент.
Данный метод имеет преимущество простоты, но в точности страдает.
Действительно, зона действия беспроводной сети может быть довольно большой,
диаметр пятна засветки может быть 50м и более. Таким образом метод скорее
позволяет определить присутствие клиента, чем спозиционировать его.
2. Триангуляция
Определение силы сигнала от клиента на 3х-4х точках доступа Wi-Fi и в зоне
пересечения возможного расположения клиента относительно каждой точки
позиционирование
устройства.
Данный
метод
является
довольно
информативным. При правильном развесе точек доступа он позволяет с высокой
вероятностью определить координату клиента с точностью 5-7м.
3. Метод распознавания шаблона
Данный метод исходит из того, что в каждой точке устройство видит уникальную
радио картину. Устройство сканирует радио обстановку – точки доступа и
уровень их сигналов, сверяет полученную схему радиосигналов со списком
шаблонов и находит координату устройства. Для настройки всей сети
необходимо провести длительный процесс сканирования эфира всего
помещения, а также проводить регулярную калибровку данных.
4. Ангуляция или позиционирование с определением угла входящего сигнала.
Метод является разработкой Cisco, позволяющей добиться метровой точности
позиционирования Wi-Fi клиента. Внешний модуль точного позиционирования,
подключенный к модульной точке доступа Cisco Aironet, со специальной
антенной позволяет определить угол, под которым пришел сигнал и сузить
сегмент возможного нахождения Wi-Fi клиента до луча. Применяя метод
триангуляции к такой информации от 3-4х точек доступа, мы получаем
координату, с высокой вероятностью дающую точность до 1м.
Аппаратное обеспечение
Прибор представляет из себя штатив с закреплённой на нём сеточной
параболической 24 дБи антенной TL-ANT2424B, работающей на частоте 2.4 ГГц.
Внутреннее устройство прибора включает шаговый двигатель для возможности
вращения антенны вокруг своей оси, программируемый микроконтроллер AVR и
микросхему драйвера шагового двигателя a4988.
Разрабатываемое приложение должно получать данные об изменяющихся сигналах
навигационных станций (двух и более), передаваемые с помощью своего модуля wi-fi,
дополнительные синхросигналы со станций синхронизации, а также информацию о
координатах всех станций, производить статистический анализ и обработку этих данных, а
затем выводить на экран смартфона, показывая тем самым местоположение человека с
определенной точностью в заданной системе координат.
Позиционирование устройства в сети Wi-Fi может использоваться для целого ряда
приложений:
1. Подключение к сети Wi-Fi с учетом местонахождения клиента
2. Навигация по помещению:
 Check-In приложения
Ряд таких хорошо известных проектов как Facebook places, Foursquare,
Gowalla в настоящее время использует принцип Check-In, когда
пользователь вручную указывает место своего пребывания. С появлением
широко распространенных Indoor Location сервисов отпадет потребность
в отвлечении внимания пользователя на дополнительные действия. Все
будет происходить автоматически.
 Приложения для аэропортов и транспортных хабов
Пассажиры получат возможность определить свое положение внутри
незнакомого здания, проложить маршрут к необходимой им стойке
регистрации или выходу к самолету. В итоге выигрывает как пассажир —
за счет оперативного получения требуемой информации,- так и аэропорт
— за счет оптимизации потоков пассажиров внутри здания.
Пример реализации идеи: GateGuru
 Приложения для торговых центров
Представьте, что у продавца в торговом центре появилась возможность
обнаруживать факт приближения потенциального покупателя с помощью
установленного у пользователя мобильного приложения. Получив
уникальный идентификатор клиента, маркетинговое ПО на основе своей
базы данных сможет определить степень лояльности покупателя,
проанализировать список предыдущих покупок и сделать покупателю
уникальное предложение со скидкой на конкретные группы товаров при
помощи push-уведомления в мобильное приложение. Покупатель
получает систему ориентирования по торговому центру, уникальные
персонифицированные скидки. Продавец получает колоссальный объем
информации для маркетингового анализа.
Примеры реализации идеи: Shopkick, Pointinside, Wizzy Shopper
3. Повышение релевантности поисковых запросов с учетом местонахождения
клиента
Преимущества разрабатываемой системы:
1. Использование метода ангуляции позволяет отказаться от интерпретации силы сигнала,
как расстояния;
2. Повышенная частота определения координаты устройства
существующими решениями, использующих метод ангуляции;
по
сравнению
с
3. Вычисление координат на пользовательском устройстве гарантирует анонимность и
безопасность пользования навигационной системой.
4. Всё оборудование системы создаётся из недорогих серийных компонентов с высоким
процентом импортозамещаемых элементов.