Разработка системы позиционирования в закрытых помещениях с использованием метода ангуляции источников wi-fi сигнала.
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. WiFi локация
2. Bluetooth локация
3. GSM локация
4. Ультразвуковая идентификация и локация
5. RFID идентификация и локация
6. 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 по сравнению с существующими решениями, использующих метод ангуляции;
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.
