Диссертация (1090554), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Этот метод определяется выражениями (2.19) – (2.22). Экспериментальная оценка точности данного методапоказала его преимущество по сравнению с существующими методами с точкизрения снижения средней и максимальной ошибки не менее чем на 20%.842.4. ВыводыОсновные результаты, полученные в рамках данной главы, можно резюмировать следующим образом:1) Проведено сопоставление ряда наиболее распространенных методов поточностным характеристикам и выработаны рекомендации по выбору ихоптимальных параметров;2) Разработана мера обобщѐнной фазовой корреляции для модифицированного метода k-ближайших соседей на базе алгоритмов корреляционноэкстремальных систем;3) Доказана возможность повышения точности локализации объекта путемсовместного применения нескольких методов обработки данных;4) Разработан комплексный метод локального позиционирования объектови их групп по данным одновременного совместного использования: нескольких методов позиционирования; разных беспроводных технологий: сетей Wi-Fi и устройств BLE.5) Показана повышенная точность позиционирования одиночных объектови групп близкорасположенных объектов, достигаемая с использованиемразработанного комплексного метода локального позиционирования.85ГЛАВА 3.
Синтез систем позиционирования объектов по данным беспроводных сетей стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi)Для обеспечения высокой эффективности работы системы позиционирования требуется проведение комплекса работ по еѐ настройке и внедрению. Эта задача осложняется тем, что на качество настройки системы влияют такие внешниефакторы, как перемещение людей, точек доступа, крупных металлических предметов, а также работа СВЧ-устройств в непосредственной близости от точек доступа или объектов позиционирования. Отсутствие учѐта любого из этих факторов может привести к значительному снижению точности позиционирования, какна этапе настройки, так и на этапе эксплуатации системы.Не смотря на обилие коммерческих систем и методов позиционирования, внастоящее время отсутствует научно обоснованная процедура, предлагающаякомплексный подход к их созданию, настройке, а главное, к анализу качества ихфункционирования.
Это приводит к тому, что даже незначительные искажения,вносимые в процессе освоения системы, влияние некоторых неучтенных внешнихфакторов, требуют проведения повторных работ – иногда, практически, «с нуля»[86, 87].Данная глава посвящена разработке процедуры синтеза систем Wi-Fi позиционирования, основанной на следующих базовых принципах [88]:1) Системность. Весь комплекс задач по настройке системы позиционирования рассматривается как единое целое;2) Универсальность. Разработанная процедура и средства еѐ реализации могут применяться для широкого класса систем позиционирования, основанных на получении данных об уровнях мощности сигналов Wi-Fi;3) Гибкость.
Система позиционирования предусматривает возможность работы с любым типом сетевого оборудования, поддерживающим стандартIEEE 802.11 (Wi-Fi);4) Техническая безопасность. Система позиционирования не оказывает значительной нагрузки на сетевое оборудование локальной сети предприятия как на этапе настройки, так и на этапе эксплуатации;865) Унификация технических решений. Система позиционирования предусматривает возможность позиционирования любых устройств, оснащенных модулем Wi-Fi и способных передать данные об уровнях мощностиWi-Fi точек доступа, находящихся в зоне их радиовидимости – персональные и планшетные компьютеры, мобильные телефоны, специализированные Wi-Fi метки и др.Цель процедуры синтеза заключается в создании системы позиционирования, отвечающей предъявленным к ней функциональным требованиям, каждое изкоторых накладывает ограничения на предельные значения ошибок системы.
Поэтому задача процедуры может быть сформулирована как выработка конкретногоперечня последовательных шагов, необходимых для построения системы заданной категории точности, а также определение действий, позволяющих произвестианализ качества построенной системы для оптимизации режимов еѐ работы.Важно отметить, что предложенная процедура позволяет синтезировать втом числе и высокоточные системы локального Wi-Fi позиционирования, которыеявляются реализацией одной из рассматриваемых категорий точности.В рамках разработанной процедуры синтеза весь процесс построения системы может быть разбит на ряд последовательных этапов, наиболее важными изкоторых являются:1) Предпроектный анализ задачи построения системы Wi-Fi позиционирования;2) Синтез необходимой сетевой инфраструктуры;3) Планирование и экспериментальная настройка системы;4) Анализ результатов измерений (постэкспериментальная часть), включаявыработку рекомендаций по улучшению качества работы системы.Следующие разделы содержат детальное описание каждого из указанныхэтапов.873.1.
Предпроектный анализНа данном этапе осуществляется:1) Определение целей использования системы позиционирования и требований к еѐ точности;2) Составление плана территории позиционирования;3) Анализ существующей Wi-Fi сети с указанием мест расположения имеющихся точек доступа;4) Выработка рекомендаций по совершенствованию существующей Wi-Fiсети для обеспечения требуемой точности.Главная проблема, которая должна быть рассмотрена в первую очередь –это формулировка функциональных требований к системе позиционирования,определяющих еѐ необходимую точность.В зависимости от целей использования системы позиционирования к еѐточности могут предъявляться разные требования. В соответствии с этим быларазработана классификация систем позиционирования в зависимости от целей ихиспользования и требуемой точности.
Результаты представлены в таблице 3.1.Таблица 3.1Классификация систем Wi-Fi позиционированияКатегорияТочностьЦели использованияВысокой1–5м1) Определение местоположения пострадавшихточностипри возникновении чрезвычайных ситуаций;2) Контроль доступа в особо опасные зоны;3) Обнаружение нарушителей и мест пересеченияими границ охраняемых зон объектаСредней5 – 10 мточностиНизкойточностиКонтроль местонахождения персонала, посетителей, транспорта и оборудования10 – 20 мПредоставление локационных сервисов и услуг88В принципе, отнесение системы к одной из категорий не влияет на количество и последовательность этапов настройки системы. Требования к точности системы учитываются на этапе предпроектного анализа при определении необходимости дополнения существующей беспроводной сети Wi-Fi новыми точками доступа и на этапе планирования экспериментальной настройки, когда производитсявыбор опорных точек измерений для обучения системы.Далее представляется необходимым конкретизировать следующие функциональные требования к системе:1) Необходимость определения местоположения объектов позиционирования только внутри помещений (здания) или также и на некоторой территории вне здания на открытой местности (улице);2) Необходимость организации контроля доступа в те или иные части помещения средствами системы позиционирования.При позиционировании объектов на основании данных беспроводных сетейWi-Fi вне помещений зданий нужно учитывать, что в соответствии с [15, 16] использование Wi-Fi без получения частного разрешения на использование частотвозможно только при организации сети внутри производственных территорий.При организации Wi-Fi сети за их пределами такое разрешение необходимо.Далее следует уточнить структуру, особенности планировки и назначениеконтролируемых помещений.
Для этого составляется точный масштабный планконтролируемых помещений (территорий) с указанием геометрических размероввсех ее элементов. На этот план наносится местоположение источников сигналаWi-Fi (точек доступа в сеть) и зон их покрытия, что необходимо для последующего анализа достаточности имеющихся точек доступа и для конфигурации соответствующих зон покрытия, обеспечивающих требуемую точность создаваемой системы позиционирования.Для оценки зон покрытия точек доступа рекомендуется использовать одноиз следующих приложений:1) «Wi-Fi Analyzer», для устройств под управлением ОС Android 1.5+;892) «inSSIDer», для устройств под управлением ОС Windows, MacOS иLinux.Каждое из приложений позволяет оценивать уровень мощности сигнала точек доступа, находящихся в зоне прямой радиовидимости, и предоставляет графический интерфейс для анализа распределения сигналов точек доступа по радиоканалам [89].В том случае, когда структура контролируемых помещений отличается высокой сложностью и территориальной распределенностью, соответствующие ейпланы становятся труднообозримыми.
В этом случае используется метод декомпозиции, в соответствии с которым контролируемые помещения разделяются налогические части. Такое разделение может осуществляться по-разному. Типичным является разделение планов помещений по этажам или по зонам, объединяющим в себя несколько близкорасположенных помещений [90].Разделение контролируемых помещений на логические части позволяетускорить процедуру определения местоположения при помощи учѐта предыдущего расположения объекта.
В этом случае при позиционировании производитсяанализ не всей обучающей выборки, а только еѐ части, относящейся к зонамнаиболее вероятного расположения объекта.Одним из обязательных параметров настройки системы позиционированияявляется еѐ чувствительность. Этот параметр определяет минимальный уровеньмощности принимаемого сигнала Wi-Fi точки доступа, не считающийся шумом. Вдальнейшем, когда речь будет идти о точках доступа, находящихся в областипрямой радиовидимости, будут подразумеваться точки, уровень мощности которых превышает чувствительность системы.В соответствии с принципом унификации система позиционирования должна предусматривать работу с произвольным оборудованием, оборудованным WiFi модулем.
Как показано в [91, 92], значение чувствительности Wi-Fi приемниковсовременных устройств обычно не хуже -70 дБм. Именно это значение рекомендуется использовать для чувствительности систем позиционирования.90По результатам проведѐнного анализа при необходимости формируютсяпредложения по совершенствованию и развитию Wi-Fi сети для обеспечения эффективного выполнения поставленных перед системой задач. В них может бытьрекомендовано:1) Изменить местоположение имеющихся точек доступа;2) Дополнить существующую сеть новыми точками доступа.При выработке подобных предложений следует учесть общие рекомендациипо размещению точек доступа, основанные на опыте внедрения и настройки коммерческих систем позиционирования [93, 94]:1) Размещать точки доступа желательно на высоте выше человеческого роста.
Это необходимо для того, чтобы уменьшить влияние на уровеньмощности сигнала людей и оборудования, расположенных между точкойдоступа и объектом позиционирования;2) В зависимости от категории точности системы позиционирования (см.табл. 3.1) должно выполняться условие одновременной прямой радиовидимости в помещении:1) не менее трех точек доступа для систем высокой точности (1-5 м);2) не менее двух точек доступа для систем средней точности (5-10 м);3) не менее одной точки доступа для систем низкой точности (10-20 м).В качестве примера на рис. 3.1. представлен план контролируемых помещений гипотетического объекта, состоящего из 8 помещений и одного открытогоучастка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
