Ключевые слова: Wi-Fi триангуляция, синергетический эффект, расчет потери сигнала.
На сегодняшний день жизнь каждого человека не обходится без использования навигационных сервисов. Навигация стала неотъемлемой частью нашей жизни и помогает не только обычным пешеходам и водителям, но и используется в таких серьезных сферах, как авиация, военная и космическая промышленность. Развитие мобильных технологий и активное внедрение глобальных спутниковых систем позиционирования, таких как GPS и ГЛОНАСС, с помощью которых можно определить свое местоположение почти в любой точке планеты, позволило стать навигационным сервисам доступными всем и в любое время.
Проблема позиционирования внутри зданий актуальна для помещений большой площади и сложной конфигурации, таких как терминалы аэропортов, торговые центры, развлекательные комплексы, университеты, огромные офисные и складские помещения и т. д. Здания растут в объеме и нередко имеют довольно замысловатую структуру, ориентироваться в которой могут лишь те, кто постоянно посещает такие здания. Неподготовленному человеку ориентирование в таких местах дается с непосильным трудом.
Для разработки программного модуля навигации внутри зданий и интерактивного взаимодействия с объектами была выбрана беспроводная технология позиционирования Wi-Fi, так как практически в каждом торговом центре и здании, предполагающем большой поток людей, есть Wi-Fi. Также первостепенную значимость имеет выбор способа позиционирования. Основными критериями выбора являются точность определения местоположения, относительная стоимость развертывания и сложность реализации. На основании данных сравнительного анализа способов позиционирования [1] было принято решение разработать алгоритм позиционирования, основанный на триангуляции, так как этот метод несильно уступает по точности и не требует для реализации закупки дорогостоящего оборудования, как, например, в методах ангуляции и в методе, основанном на Wi-Fi-метках.
В случае, когда устройство не может поймать Wi-Fi-сигнал, решить задачу определения текущего местоположения поможет навигация, основанная на синергетическом эффекте, используя дополнительно, в нашем случае, камеру телефона с использованием технологии дополненной реальности для распознавания меток. Эффективность достигается за счёт того, что мы используем сразу несколько векторов определения координат, что способствует компенсации ошибок и повышению точности определения координат.
В здании существует эффект отражения и искажения сигнала wi-fi точки, что приводит к потере мощности радиосигнала. Причинами таких явлений служат конструктивные особенности помещений, такие как стены, полы между этажами, перегородки и т. д. Для прохождения радиосигнала принципиальное значение имеет материал и толщина конструкций.
Для расчета потерь сигнала внутри зданий и помещений воспользуемся моделью ITU-R P.1238.8, которая является рекомендацией международного института электросвязи:
где 𝐿(𝑟0) — потери в свободном пространстве (дБ) на расстоянии 𝑟0 (м); 𝑟 — дистанция между базовой станцией (БС) и мобильной станцией (МС) (м); 𝐿𝑓 — потери сигнала между этажами (дБ), 𝑛 — количество этажей между БС и МС; 𝑁 — дистанционный коэффициент потерь мощности сигнала (дБ).
Рассмотрим подробнее метод триангуляционного позиционирования.
Wi-Fi-триангуляция — метод, позиционирование которого происходит при помощи мощности и угла сигнала Wi-Fi. Уровень сигнала замеряется минимум от трех Wi-Fi точек. Графическое представление данного метода отображено на рисунке 1:
Рис. 1. Графическое представление триангуляционного метода
Используем модель ITU-R P.1238.8 для определения расстояния между БС и МС и далее вычислим позицию МС с помощью метода триангуляции.
Для входных параметров получается система уравнений:
Из исходной системы уравнений выражаем Х:
для уравнений (1) и (2);
для уравнений (2) и (3);
для уравнений (1) и (3);
Область допустимых значений:
Это означает, что при установке Wi-Fi точек их необходимо расположить так, чтобы они не находились на одной вертикальной прямой, иначе для позиционирования придется использовать другой алгоритм.
Согласно проверенным испытаниям [3] используемые методы дают приемлемый уровень погрешности, особенно в сочетании с позиционированием по меткам.
Литература:
- Рева И. Л. Применение точек доступа Wi-Fi для регистрации движения на объекте/ Рева И. Л., Богданов А. А., Малахова Е. А. // Научный вестник НГТУ. Том 68, № 3, 2017. — С. 104–125.
- Скворцов А. В. Алгоритмы построения и анализа триангуляции/ А. В. Скворцов, Н. С. Мирза. — Томск: Изд-во Томского университета, 2006. — 168 с.
- Малодушев, С. В. Моделирование процесса эвакуации в зданиях с учетом количества и местоположения посетителей: дис. … канд. техн. наук: 05.13.18/ С. В. Малодушев. — Петрозаводск, 2018–149 с.
- Извозчикова, В. В. Построение систем внутренней навигации/ В. В. Извозчикова, А. В. Ковалевский, А. В. Меженин. // Вопросы образования и науки: теор. и методические аспекты: сб. науч. трудов по материалам Межд. науч.-практ. конф., 2015. — С. 74–75.
