Диссертация (Исследование и разработка методов повышения точности определения местоположения объектов в пространстве с использованием технологий беспроводных сетей)

2ОглавлениеВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 5ГЛАВА 1. Обзор беспроводных технологий и методов, применяемых прирешении задачи локального позиционирования объектов ....................................... 181.1. Классификация систем позиционирования .............................................. 181.2. Технологии локального позиционирования............................................. 231.3.

Методы локального позиционирования ................................................... 271.4. Методы увеличения точности локального позиционирования .............. 331.4.1. Использование планов помещений и модели перемещенияобъекта ................................................................................................. 351.4.2. Коррекция оценок координат близкорасположенных объектов.... 391.4.3. Комбинация нескольких беспроводных технологий ...................... 451.5.

Постановка задач диссертации .................................................................. 491.6. Выводы ......................................................................................................... 52ГЛАВА 2. Разработка методов увеличения точности позиционирования поданным беспроводных сетей ........................................................................................ 532.1. Экспериментальнаяоценкаточностисуществующихалгоритмовопределения местоположения...................................................................................... 542.1.1.

Описание объекта испытаний ............................................................ 542.1.2. Экспериментальная настройка системы позиционирования ......... 552.1.3. Анализ точности существующих методов позиционирования ...... 562.2. Адаптация и применение методов корреляционно-экстремальныхсистем………………………………………………………………………………….592.2.1. Определение и классификация КЭС ................................................. 592.2.2.

Принцип действия КЭС...................................................................... 6132.2.3. Сравнение КЭС и систем локального позиционирования.............. 632.2.4. Адаптация методов КЭС .................................................................... 642.2.5. Применение методов КЭС ................................................................. 662.3. Разработка комплексного метода позиционирования по даннымбеспроводных сетей Wi-Fi и устройств BLE .............................................................. 722.3.1.

Совместное применение методов позиционирования .................... 722.3.2. Совокупное использование беспроводных технологий ................. 762.4. Выводы ......................................................................................................... 84ГЛАВА 3. Синтез систем позиционирования объектов по даннымбеспроводных сетей стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi) ................................................. 853.1.

Предпроектный анализ ............................................................................... 873.2. Синтез сетевой инфраструктуры ............................................................... 943.3. Планирование и проведение экспериментальной настройки................. 993.4. Постэкспериментальный анализ качества работы системы ................. 1023.5. Процедура синтеза систем Wi-Fi позиционирования ...........................

1053.6. Практическая реализация процедуры синтеза ....................................... 1073.7. Выводы ....................................................................................................... 112ГЛАВА 4. Практическое применение результатов исследования ...............

1134.1. Разработка прикладного программного обеспечения ........................... 1144.1.1. Характеристики программного комплекса .................................... 1144.1.2. Описание взаимодействия компонент ............................................ 1184.2. Апробация исследований ......................................................................... 1234.2.1.

Техническое задание......................................................................... 1234.2.2. Предпроектный анализ ..................................................................... 1254.2.3. Экспериментальная настройка системы позиционирования ....... 12744.2.4. Динамическое тестирование системы позиционирования ........... 1324.3. Внедрение результатов исследований .................................................... 1354.4. Выводы ....................................................................................................... 137ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................

138СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................ 140ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акты об использовании результатов диссертационнойработы ........................................................................................................................... 1545ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Одной из важных проблем приложения технологий беспроводных сетей является разработка методов определенияместоположения объектов в пространстве.Для определения положения объектов вне помещений успешно применяются технологии спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС), а также технологии, использующие средства мобильной связи (GSM).

Однако для определения местоположения объектов внутри помещений они малопригодны либо в связи с низкойточностью (GSM), либо в связи с невозможностью применения вследствие ослабления спутникового сигнала в стенах и перекрытиях зданий.Для определения местоположения объектов в помещениях используютсятехнологии беспроводных сетей, такие как Bluetooth, Wi-Fi или ZigBee, среди которых наиболее широкое распространение получили сети стандарта IEEE 802.11(известные также как сети Wi-Fi). Методы позиционирования в этом случае чащевсего базируются на использовании данных о мощности Wi-Fi сигналов, принимаемых объектами от различных точек доступа.

Ключевая проблема здесь – обеспечение требуемой точности при всѐм многообразии внешних факторов, значительно усложняющих реальную интерференционную картину Wi-Fi покрытия.Вопросам позиционирования объектов по данным беспроводных сетей посвящены многие отечественные и зарубежные работы. Среди публикаций, посвящѐнных анализу современных методов и технологий позиционирования, следуетвыделить обзорные работы Овчинникова С. и Гайкович Г.Ф., в которых рассматривается широкий круг вопросов, связанных с применением беспроводных технологий для решения задач позиционирования.

Также стоит отметить работу Курдина В.А., Шарапова А.П. и Аникина А., посвященную сравнению методов локального позиционирования и анализу их применимости в системах радиодоступастандарта DECT.Кроме того, необходимо отметить исследования, ориентированные на решение задачи увеличения точности локального позиционирования. Среди работ,относящихся к данной тематике, следует назвать публикации Галова А.С. и Мо-6щевкина А.П., относящиеся к вопросам фильтрации данных об уровне мощностибеспроводных сигналов, а также диссертационную работу Сухова В.А., посвящѐнную вопросу увеличения определения местоположения объектов в Wi-Fi сетях.Среди зарубежных учѐных нужно выделить фамилии Bahl P.

и PadmanabhanV.N., в работах которых изложены фундаментальные принципы функционирования систем Wi-Fi позиционирования. Их публикации фактически заложили основу таких систем. Также необходимо упомянуть статью Roos T., Myllymaki P. и др.,в которой изложены математические принципы применения вероятностных методов для решения задачи локального позиционирования, и публикацию Chan L.,Chiang J. и др., рассматривающих проблему локализации положения групп близкорасположенных объектов.Не смотря на обилие публикаций по данной тематике, многие вопросы, связанные с увеличением точности систем позиционирования остаются разработанными в недостаточной степени.

К ним относятся, в частности, совместное применение нескольких методов обработки информации и одновременное совокупноеиспользование беспроводных технологий.Кроме того, одним из перспективных направлений для повышения точностилокализации положения объектов по данным беспроводных сетей является адаптация методов корреляционно-экстремальных систем, решающих схожие задачи всмежной области навигации и наведения летательных аппаратов. Этот вопрос влитературе также ранее не рассматривался.Системы позиционирования позволяют отслеживать местоположение персонала, проводить инвентаризацию активов организации, а также обеспечиваютбыстрый доступ к оборудованию и транспортным средствам.

Данные областиприменения требуют высокой точности определения местоположения объектов(до нескольких метров). Это позволяет считать точность определения местоположения в беспроводных сетях важной характеристикой систем позиционирования,а исследование методов ее повышения актуальной научной задачей.7Цель работы. Целью диссертации является увеличение точности локализации местоположения объектов в беспроводных сетях стандарта IEEE 802.11 (сетиWi-Fi) по данным об уровнях мощности сигналов за счѐт разработки новых и модернизации существующих методов обработки информации.Объектом исследования являются системы локального Wi-Fi позиционирования объектов по данным об уровнях мощности беспроводных сигналов.Предмет исследования составляют методы определения местонахождения объектов, основанные на обработке информации об уровнях мощности сигналов,принимаемых объектом от базовых станций.Для достижения цели работы были поставлены следующие основные задачи исследования:1.