| Περίληψη |
Οι υπηρεσίες που παρέχονται με βάση τη θέση του χρήστη κερδίζουν συνεχώς έδαφος και έχουν συντελέσει στην ανάπτυξη μιας νέας περιοχής εφαρμογών. Η βασική λειτουργία που είναι απαραίτητη για την παροχή αυτών των υπηρεσιών είναι ο εντοπισμός της θέσης του χρήστη. Πολλές τεχνικές και συστήματα εντοπισμού είναι ήδη διαθέσιμα, με το GPS να είναι το πλέον διαδεδομένο. Εφόσον όμως το GPS βασίζεται σε ένα δίκτυο δορυφόρων δεν μπορεί να καλύψει εσωτερικούς χώρους και πολλά από τα συστήματα που χρησιμοποιούνται μέσα σε κτήρια χρειάζονται εξειδικευμένο υλικό και λογισμικό.
Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η αναλυτική διερεύνηση, ανάπτυξη και πειραματική επαλήθευση με προσομοιώσεις και μετρήσεις πεδίου μιας νέας προσέγγισης για την δημιουργία ενός αποτελεσματικού συστήματος εντοπισμού θέσης. Στο σύστημά μας χρησιμοποιούμε ασύρματες δικτυακές συσκευές και υποδομές που βασίζονται στο πρότυπο IEEE 802.11, επιτρέποντας τον εντοπισμό θέσης των περισσότερων σύγχρονων κινητών υπολογιστικών συσκευών. Η πλειοψηφία των συστημάτων εντοπισμού που χρησιμοποιούν 802.11 βασίζονται στην κατασκευή χαρτών κατανομής της ισχύος σήματος, μία χρονοβόρα και επίπονη διαδικασία. Προτείνουμε, διερευνούμε, αναπτύσσουμε και αξιολογούμε μία καινοτόμο τεχνική εντοπισμού θέσης, την Signal Strength Difference on Arrival (SSDoA). Κάνουμε χρήση των διαφορών της ισχύος λήψης σε τρία ή περισσότερα σημεία παρατήρησης, που βρίσκονται σε γνωστές θέσεις, για την παραγωγή ενός συστήματος εξισώσεων που επιτρέπουν μία εκτίμηση της θέσης του πομπού. Αυτές οι εξισώσεις ορίζουν καμπύλες υπερβολών στις οποίες μπορεί να βρίσκεται ο πομπός. Παράλληλα η χρήση σταθερών και γνωστών σημείων παρατήρησης βοηθά στον υπολογισμό του εκθέτη απωλειών διάδοσης, που είναι χαρακτηριστικό του περιβάλλοντος. Η γνώση των χαρακτηριστικών της ραδιομετάδοσης υποκαθιστά την ανάγκη για την χαρτογράφηση της ισχύος του σήματος.
Βασικό χαρακτηριστικό του προτεινόμενου συστήματος είναι η αποφυγή της χρονοβόρας διαδικασίας βαθμονόμησης, η αποδέσμευση από εξειδικευμένο υλικό και η απεμπλοκή του τελικού χρήστη από την διαδικασία. Αυτό έγινε δυνατό με την εισαγωγή της σχέσης που συνδέει την διαφορά ισχύος λήψης (SSD) με την διαφορά της απόστασης. Γενικά η παρούσα εργασία θέτει τις βάσεις για την δημιουργία ενός καινοτόμου και ευέλικτου συστήματος εντοπισμού θέσης, ικανού για τον ακριβή και άμεσο εντοπισμό οποιασδήποτε 802.11 συσκευής.
Για την πειραματική επαλήθευση του συστήματός μας χρησιμοποιήσαμε εμπορικά access points της Cisco τα οποία είναι μέρος της ασύρματης δικτυακής υποδομής του κτηρίου μας (κτήριο ΙΤΕ) και κατασκευάσαμε μία εφαρμογή εντοπισμού σε γλώσσα προγραμματισμού Java. Τα access points της Cisco έχουν μία ειδική δυνατότητα παρακολούθησης όπου συλλέγονται όλα τα πακέτα και καταγράφεται η τιμή της ισχύος σήματος. Η εφαρμογή επικοινωνεί με τα access points, τα οποία είναι ουσιαστικά τα σημεία παρατήρησης, που προωθούν τα δεδομένα που συλλέγουν στην εφαρμογή. Τα δεδομένα αυτά περιέχουν την πληροφορία της ισχύος σήματος ανά πακέτο και η εφαρμογή παρέχει έναν ειδικό αποκωδικοποιητή πακέτων, για την αποκωδικοποίηση αυτής της πληροφορίας. Έπειτα γίνεται επεξεργασία της πληροφορίας της ισχύος σήματος και με τη χρήση της τεχνικής SSDoA δίνεται μια εκτίμηση της θέσης.
Με τη χρήση προσομοιώσεων διερευνήσαμε λεπτομερώς όλους τους παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια εντοπισμού. Οι παράγοντες αυτοί είναι η διακριτική ικανότητα (βήματα του ενός dB) στη μέτρηση της ισχύος σήματος, η τιμή του εκθέτη απωλειών διάδοσης, η μέθοδος επίλυσης υπερβολικών συστημάτων, η επιλογή του αρχικού σημείου για την επίλυση του συστήματος, το μέγεθος του χρόνου κυλιόμενου παραθύρου, ο αριθμός και η γεωμετρία των σημείων παρατήρησης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι πιο σημαντικοί παράγοντες είναι ο αριθμός και η γεωμετρία των σημείων παρατήρησης. Ακόμα η χρήση φίλτρου παρακολούθησης είναι απαραίτητη για την απόρριψη των λύσεων όπου υπάρχει απόκλιση. Με βάση τα αποτελέσματα προτείναμε τις κατευθύνσεις για επιτυχημένη εφαρμογή του συστήματος. Οι επιδόσεις του προτεινόμενου συστήματος είναι πολύ ικανοποιητικές με μία μέση ακρίβεια της τάξης των δύο μέτρων κάτω από άσχημες συνθήκες. Επιπλέον πειραματική χρήση της εφαρμογής μας σε ένα υπάρχον δίκτυο 802.11 έδωσε πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Πιστεύουμε ότι η παρούσα εργασία θα μπορούσε με μικρή προσπάθεια να αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου περιβάλλοντος εντοπισμού εφάμιλλου των καλύτερων εμπορικών συστημάτων
|
Wireless network device position location system
