Позиционирование в сетях Wi-Fi

Данные о местоположении меток  находятся в базе данных компьютера и визуально наблюдаются на карте, выведенной на экран компьютера. В случае катастрофы последнее известное местоположение горнорабочих будет на карте даже, если WiFi сеть окажется разрушенной внутри шахты, что позволяет повысить шансы на спасение.

Одним из видов слежения может быть руководство для посетителей парков, кампусов высших учебных заведений и других общественных объектов, занимающих достаточно большие площади и достаточно сложные по планировке. В 2003 году расширенная лаборатория компьютерного программирования в Иллинойском технологическом институте начала проект по исследованию, проектированию и последующему внедрению цифрового руководства для посетителей институтского кампуса. Новые студенты, их семьи и другие посетители используют эти руководства для обследования кампуса и его главных аттракционов.

Представленная коллективом исследователей и разработчиков прикладная программа полностью обеспечивает новый метод туризма в кампусе университета. Приложение может быть выполнено на электронном секретаре PDA, персональном компьютере и обеспечивает пользователей информацией о главном кампусе. В то время как инструктирование пользователя вокруг кампуса и поддержание постоянно сведений о местоположении пользователя и его намерений осуществляется посредством возможностей самого пользователя.

Руководство для посетителей, называемое Ястребиный тур было введено в 2004 году. Решение состоит из указанной ранее системы позиционирования компании Ekahau (Ekahau Positioning Engine) содержащей базы данных, приложение конечного пользователя, руководства Ястребиный тур и сети WiFi компании Cisco. За пределами территории, где действуют системы WiFi, встроенный GPS приемник обеспечивает определение местоположения конечного пользователя.

3. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДРУГИХ КОМПАНИЙ

1. Примеры использования методов определения местоположения компанией AeroScout.

Еще одной компанией специализирующейся на поставке решений RTLS на базе сетей WiFi является AeroScout, использующая для локализации подходы TOA и RSS - поэтому решения RTLS этой компании могут эффективно функционировать как внутри помещений, так и на открытых пространствах. Стратегическими рынками для решений RTLS компании AeroScout являются автоматизация процессов, слежение за перемещением имущества и оборудования. Компания AeroScout тесно сотрудничает с производителем оборудования WiFi - Cisco и ее оборудование имеет сертификат соответствия ССХ (Cisco Compatible Extension) и функционирует на базе ПО локализации Cisco, таким образом, продукт RTLS от AeroScout совместим только с оборудованием Cisco.

2. Определение местоположения на базе сверхширокополосных стандартов UWB (Ultra Wide Band).

Лидер рынка продуктов RTLS функционирующих на базе сверхширокополосных стандартов UWB является компания Time Domain первая в мире получившая сертификат FCC (Federal Communications Commission) на телекоммуникационный продукт UWB в 2002 году. Это был чипсет PlusON^® 200™, поддерживающий широкую линейку приложений, в том числе и локализацию.

На сегодня технология UWB надежно функционирует на частотах от 5 до 7 ГГц и для RTLS использует пакеты малой длины (менее 100 мс) с подходом локализации ТОА.

На сегодняшний день компания Time Domain предоставляет продукт, позволяющий осуществить локализацию специальной метки с точностью 10-20 см. К стратегическим приложениям этой компании относятся обеспечение безопасности и военные приложения.

3. Комбинированные решения.

В мае 2008 года на рынке продуктов  RTLS были доступны комбинированные решения, функционирующие на различных беспроводных интерфейсах.

Компания Where Net в ноябре 2007 года представила первую в мире многомодовую метку WhereTag IV™ поддерживающую следующие стандарты: IEEE 802.11, ISO/IEC 24730:2-2006 и стандарт Cisco ССХ. При функционировании в соответствии со стандартом ISO/IEC 24730:2-2006 при локализации используется методом TDOA при функционировании в IEEE 802.11 (WiFi) - RSSI. Продукт RTLS компании Where Net используется для реализации большого спектра услуг в различных секторах, например, заводы по производству оборудования из комплектующих, логистика и управление перевозками.

Другой подход к реализации комбинированной системы продемонстрировала компания InterWireless, продвигающая на рынке решения RTLS и всевозможные дополнительные услуги в беспроводных сетях. 20 марта 2007 года она анонсировала слияние с компанией PanGo – лидером ПО по управлению различными системами, в том числе RTLS. Таким образом, в результате слияния в 2007 году на рынке появился серьезный игрок, использующий единую платформу управления PanGo с поддержкой InterWireless широкого спектра беспроводных интерфейсов RTLS с различными подходами локализации – WiFi, UWB/IEEE 802.15.3 и ZigBee/IEEE 802.15.4.

4. Дополнительные услуги RTLS на базе WiFi

Результат определения местоположения мобильного терминала на базе WiFi может быть использован для практически неограниченного количества новых услуг при выводе на широкий коммерческий рынок. Необходимо заметить, что рассмотренные выше системы WiFi, как правило, применяются на уровне компании и корпоративной сети, т.е. локализация производится на заведомо ограниченной территории. Кроме того, серверная часть находится на территории этой же компании, а также принадлежит и управляется ею же.

При условии развертывания системы  RTLS телекоммуникационным оператором, имеющим соответствующие лицензии на предоставление услуг доступа к сети Интернет через WiFi и обладающим необходимой инфраструктурой, возможно внедрение позиционирования на основе сети WiFi в рамках всей сети оператора. Реализация позиционирования позволит провести разработку и внедрение целого класса новых услуг, называемых «услуги в зависимости от местоположения» (Location Aware Services, LAS), среди которых можно отметить, например, «стимуляция покупки» (Push to Buy). Более того, интеграция с бесплатными картографическими системами, например, Google Maps или Yandex Maps, позволит привлечь дополнительный трафик со стороны фиксированного Интернета, который, в свою очередь будет стимулировать увеличение трафика данных в хотспотах WiFi. Очевидно, что внедрение позиционирования на основе WiFi позволит повысить ARPU и снизить время возврата инвестиций.

Следует отметить, что для реализации подобных услуг нет необходимости внедрения большой избыточности точек доступа для достижения высокой точности локализации мобильного терминала для успешной реализации LAS достаточно точности в 20 - 30 метров. Такой точности можно добиться внутри помещений при наличии уже развернутой инфраструктуры WiFi для передачи данных и доступа к сети Интернет.

Также необходимо отметить интересное предложение, доступное на рынке  от финской компании Ekahau – это клиентское ПО RTLS устанавливаемое на WiFi телефон Spectra Link 8000 фирмы Polycom. Возможность осуществления локализации WiFi телефона позволяет реализовывать ряд интересных услуг и выходить продуктам RTLS на новые рынки, например, оснащение сотрудников гостиничного комплекса телефонами WiFi с возможностями локализации позволит оптимизировать управление и решить ряд сравнительно сложных вопросов.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения дипломной работы были рассмотрены основные технологии позиционирования абонентских станций в сетях WiFi и проведено их сравнение. Что позволяет сделать следующие выводы:

• Для определения местоположения абонентской станции применяются алгоритмы, использующие уже известные параметры сигнала.
• Технология RSS показала себя более эффективной для использования в помещениях (офисных зданиях, домах, больницах, школах и т.п.). Точность этого метода – 1,5-2 метра в помещении (UDP точки) и 3-8 метров на открытом пространстве (DDP точки).
• Технология TOA более эффективна на открытых пространствах (открытых ангарах, кампусах ВУЗов, на школьных дворах, портах и т.п.). Точность технологии TOA – до 1 метра на открытой территории (DDP точки) и до 6 метров в помещении (UDP точки).

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рошан П., Лиэри Д. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта IEEE 802.11. – М.-СПб-Киев, 2004.
2. Скляр Б. Цифровая связь. – «Вильямс» М.-СПб-Киев, 2003.
3. K. Pahlavan, A. Levesque Wireless Information Networks, 2nd e. New York, John Wiley & Sons, 2005.
4. Williams D.H., Christensen G. The Definitive Guide to: Mobile Positioning & location Management. – MindCommerce, www.mindcommerce.com.
5. Kotanen A., Hännikäinen M., Leppäkoski H., Hämäläinen T.D. Tampere University of Technology, Institute Digital & Computer Systems.
6. Pahlavan K., Krishnamurthy P. and Jaques Beneat, "Wideband radio propagation modeling for indoor geolocation application," IEEE Communications Magazine, vol. 36, no. 4, 1998.
7. Pahlavan K., Xinrong Li, Makela, J.P., "Indoor geolocation science and technology," IEEE Communications Magazine., vol. 40, no. 2, 2002.
8. Kanaan. M., Pahlavan K, "CN-TOAG: a new algorithm for indoor geolocation," Proc. of IEEE PIMRC 2004.
9. Hatami A., Pahlavan K., "Performance Comparison of RSS and TOA Indoor Geolocation Based on UWB Measurement of Channel Characteristics," submitted to PIMRC'2006, Helsinki, Finland, 2006.
10. Hatami A., Pahlavan K, "Comparative statistical analysis of indoor positioning using empirical data and indoor radio channel models," Proc. of the IEEE CCNC 2006.
11. Teemu Roos, Petri Myllymaki, Henry Tirri, , "A statistical modeling approach to location estimation," IEEE Trans. Mobile Comput. International Journal of Wireless Information Networks, vol. 1, no. 1, 2002.
12. Teemu Roos, Petri Myllymaki, Henry Tirri, Pauli Miskangas, and Juha Sievanen, "A probabilistic approach to WLAN user location estimation," International Journal of Wireless Information Networks, vol. 9, no. 3, 2002.
13. Holt T., Pahlavan K., and J. F. Lee, "A graphical indoor radio channel simulator using 2-D ray tracing" presented at the IEEE Inf. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Boston, MA, 1992.
14. K. Pahlavan, F. Akgul, M. Heidari, H. Hatami, J. Elwell and R. Tingley, "Indoor Geolocation in the Absence of Direct Path", accepted for publication in IEEE Wireless Magazine, 2006.
15. Prasithsangaree P., Krishnamurty P., Chrysanthis P.K., "On indoor position location with wireless LANs", IEEE PIMRC2002, vol. 2, 2002.

¹ Расстояние Евклида является мерой схожести (или несхожести) совокупности сигналов или соответствующих сигнальных векторов. Это расстояние между парой сигналов, определяется как:

,                          (2)

где – вещественные сигналы с ограниченной энергией

.                                                                                                                                            (3)