Диссертация (1090554), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Практическое использование результатов исследования заключалосьв разработке прикладного программного обеспечения и апробации системы, построенной на его основе, а также внедрении разработанных алгоритмическихсредств в состав существующей промышленной системы локального позиционирования.Практическая реализация программных средств локализации местоположения объектов по данным беспроводных сетей основывалась на следующих базовых принципах:1) Системность. Вся совокупность задач, относящихся к позиционированию объектов, рассматривается как единое целое;2) Модульность. Программный комплекс состоит из независимых программных модулей, решающих собственные задачи и предоставляющихпрограммный интерфейс для взаимодействия друг с другом;3) Отказоустойчивость.
Режим функционирования программных средств ненарушается при отказе или недоступности одной из компонент системы;4) Масштабируемость. Производительность работы комплекса может бытьувеличена как за счѐт увеличения производительности каждого из егоузлов (вертикальная масштабируемость), так и за счѐт увеличения ихчисла (горизонтальная масштабируемость);5) Переносимость. Программное обеспечение предусматривает работу накомпьютерах и мобильных устройствах (смартфонах, планшетных компьютерах) стандартной конфигурации со стандартной операционнойсредой.
Это позволяет размещать компоненты системы на большом числе аппаратных платформ, в том числе с использованием средств виртуализации.114Разработанный программный комплекс является развитием программногообеспечения (ПО), реализующего процедуру синтеза систем локального Wi-Fi позиционирования, о котором идѐт речь в третьей главе.4.1. Разработка прикладного программного обеспечения4.1.1.
Характеристики программного комплексаРазработанные прикладные программные средства реализуют следующиеосновные функции:1. Синтез систем локального Wi-Fi позиционирования, включающий ихнастройку и анализ качества режимов их функционирования.2. Определение местоположения объектов в режиме онлайн по данным обуровнях мощности беспроводных сигналов.3. Выгрузка результатов для предоставления данных в АСУ более высокогоуровня или для анализа с использованием современных математическихпакетов.Программный комплекс построен на базе клиент серверной архитектуры исостоит из двух приложений – клиента и сервера позиционирования:1) Клиент позиционирования представляет собой Java приложение для ОСAndroid;2) Сервер локализации местоположения объектов (сервер позиционирования) написан на языке C++ и функционирует в среде ОС Linux совместнос БД MySQL.Системные требования для каждого из приложений приведены в таблицах4.1 и 4.2.115Таблица 4.1Системные требования клиента позиционированияХарактеристикаМинимальное значениеКоличество ядер процессора1Тактовая частота ядра процессора800 МГцОперативная память1 ГбОбъѐм внутреннего накопителя8 ГбОперационная системаAndroid 4.4+ПрочееНаличие модулей Wi-Fi и Bluetooth споддержкой технологии BLEТаблица 4.2Системные требования сервера позиционированияХарактеристикаКоличество ядер процессораТактовая частота ядра процессораМинимальное значение22100 МГцОперативная память2 ГбДисковое пространство50 ГбОперационная системаCentOS 6.5 или RHEL 6.5ПрочееДоступность IP адреса сервераиз Wi-Fi сети предприятияРазработанное программное обеспечение состоит из следующих функциональных модулей:1.
Модуль сбора данных на мобильных устройствах. Выполняет измеренияуровней мощности сигналов беспроводных сетей Wi-Fi и устройств BLE(опционально) и осуществляет передачу полученных данных на серверпозиционирования.2. Модуль накопления данных. Выполняет многопоточный приѐм данныхот мобильных устройств и сохранение их в БД. Используется при фор-116мировании обучающей и тестовой выборок, а также в процессе онлайнпозиционирования объектов.3. Модуль анализа качества экспериментальной настройки. Предоставляетнабор инструментов для анализа качества работы системы.
Детальноеописание работы модуля представлено в главе 3.4. Модуль онлайн позиционирования. Транслирует данные, поступающиеот мобильных устройств в их координаты на основании данных обучающей выборки и комплекса методов позиционирования.5. Модуль выгрузки результатов. Предоставляет структурированные данные для внутренних и внешних программных компонент.Структурная схема программного комплекса представлена на рис. 4.1.Рис. 4.1. Структурная схема программного комплекса локальногопозиционирования объектов117В составе комплекса реализованы все методы локального позиционирования, рассмотренные и разработанные в рамках данной диссертации, а именно:1.
Методы, основанные на построении модели распространения сигнала:1) Метод минимизации отношений RSS;2) Метод минимизации разности RSS.2. Методы, базирующие на идеях теории классификации:1) Модифицированный метод k-ближайших соседей;2) Наивный байесовский классификатор;3) Комплексный метод позиционирования по данным совокупности методов и технологий локального позиционирования.Для модифицированного метода k-ближайших соседей поддерживаютсяследующие меры близости: Евклидово расстояние, расстояние городских кварталов, метрика Чебышева, расстояние Махаланобиса, корреляционная мера и мераобобщѐнной фазовой корреляции.Взаимодействие программных модулей в процессе выполнения основныхфункций рассматривается в следующем разделе.1184.1.2. Описание взаимодействия компонентРеализация каждой из функций программного комплекса осуществляетсяразным набором функциональных модулей.
Поэтому имеет смысл рассмотретькаждую из функций в отдельности.1. Синтез систем локального Wi-Fi позиционированияПостроение систем локализации положения объектов по данным беспроводных сетей Wi-Fi базируется на научно обоснованной процедуре их синтеза, детально описанной в 3 главе. Практическая реализация этапов данной процедурызаключается в предоставлении специализированных программных средств длянастройки системы и анализа еѐ качества.В процессе настройки системы необходимо сформировать обучающую и тестовую выборки.
Информация, составляющая данные этих выборок, формируетсямодулем сбора данных на мобильных устройствах, который передаѐт значенияизмеренных показателей модулю накопления данных, работающему в составесервера позиционирования. Получаемые от клиентов данные измерений регистрируются сервером во внутренней БД с возможностью их последующей выгрузки для детального анализа и дополнительной обработки.Анализ качества работы системы выполняется согласно алгоритмам, разработанным в составе процедуры синтеза систем локального Wi-Fi позиционирования объектов (глава 3).
Эти алгоритмы позволяют выявлять в обучающей выборкевыбросы и противоречивые данные, а также производить подбор значений параметров методов позиционирования, при которых достигаются минимальные значения средней и максимальной ошибок позиционирования по данным обучающейи тестовой выборок.Взаимодействие модулей в процессе анализа качества работы системы заключается в предоставлении необходимых данных со стороны модуля выгрузкирезультатов в адрес модуля анализа качества экспериментальной настройки.Функциональные схемы процессов настройки системы и анализа еѐ качества представлены на рис. 4.2 и 4.3 соответственно.119Рис. 4.2. Функциональная схема процесса настройки системыРис. 4.3.
Функциональная схема процесса анализа качества работы системы1202. Определение местоположения объектов в режиме онлайнЛокализация местонахождения объектов в режиме онлайн осуществляетсяна основании данных измерений, предоставляемых модулем сбора данных на мобильных устройствах. Эти данные фиксируются в БД модулем накопления данных, откуда их загружает модуль выгрузки результатов, который осуществляетструктуризацию данных и передачу их модулю онлайн позиционирования в видеструктурированных JSON (JavaScript Object Notation) объектов.Помимо данных измерений модуль онлайн позиционирования в процессеинициализации загружает из БД посредством модуля выгрузки результатов данные обучающей выборки и параметры настройки используемых методов обработки информации.
Результатом работы модуля являются оценки координат позиционируемых объектов.Функциональная схема процесса локального позиционирования объектов врежиме онлайн изображена на рис. 4.4.Рис. 4.4. Функциональная схема процесса локального позиционированияобъектов в режиме онлайн1213. Выгрузка результатов работы комплексаОдной из основных функций разработанного комплекса является выгрузкаполученных результатов в адрес внешних компонент.
Эта функция реализуетсямодулем выгрузки результатов. Этот модуль позволяет получать данные как позапросу, так и непрерывно по мере получения новых результатов. Результаты работы выгружаются в структурированном и удобном для чтения и последующейобработки формате (CSV, JSON).Основными направлениями использования выгружаемых результатов могутявляться:1. Визуализация результатов работы комплекса с использованием специализированных средств.2. Дополнительный анализ полученных результатов с применением современных математических пакетов.3. Построение сложных комплексных информационных и информационноаналитических систем, использующих данные о местоположении различных объектов – персонала, посетителей, оборудования, грузов и т.п.Комплекс обеспечивает надѐжность получения всех необходимых данныхза счѐт организации их локального хранения внутри каждой из компонент и изоляции процессов чтения и записи данных:1) Мобильные клиенты до получения подтверждения доставки отправленных данных сохраняют их в локальном хранилище.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
