В статье рассматриваются технологии определения местоположения устройства в помещении, описываются основные принципы работы, а также их практическое применение.
Ключевые слова : навигация в помещении, определение местоположения в здании, RTT, WPS,UWB.
Введение
Навигация в пространстве сегодня задача достаточно тривиальная — использование телефона и специальных программ сильно упрощает перемещение в пространстве. Точность карт повышается, оптимизируются алгоритмы по построению маршрутов, расширяется покрытие спутников, но это малоприменимо к навигации внутри помещений. Бизнес-центры и торговые центры, поликлиники, больницы и др. устанавливают специальные стойки и баннеры для того, чтобы посетитель мог ориентироваться в помещении.
Цель данной работы заключается в поиске оптимальной технологии для навигации посетителя со смартфоном в помещении.
В основе решения обозначенной задачи лежит изучение существующих методов навигации и рассмотрение возможности их применения под поставленную задачу.
Основная часть
Перемещение из точки А в точку Б можно разделить на два этапа: определение местоположения пользователя и построение маршрута до конечной точки. Если для построения маршрута можно воспользоваться существующими алгоритмами для навигации, то для определения местоположения традиционные способы не подходят из-за ухудшения сигнала GPS. Альтернативами глобальной системе позиционирования в здании могут послужить следующие технологии:
– Wi-Fi Positioning System;
– Wi-Fi Round Trip Time;
– Ultra-wideband.
Wi-Fi Positioning System (WPS) — это технология определения местоположения, которая использует точки доступа Wi-Fi. Принцип работы заключается в отправке сигнала с нескольких точек доступа на устройство, при этом достаточным условием для работы является включенный на устройстве Wi-Fi — подключение к точкам доступа не обязательно. Точность определения местоположения напрямую зависит от количества точек доступа и конфигурации пространства. Типовая инфраструктура может обеспечить точность позиционирования устройства до 10 метров. Метод определения местоположения при помощи нескольких источников сигнала, позиции которых известны, называется трилатерация (рис.1).
Рис. 1. Схематичное изображение трилатерации
Указанный ранее показатель точности можно улучшить, применив метод отпечатков. Он заключается в записи, хранении и анализа мощности полученного сигнала (RSS) для конкретного устройства. Сопоставляя текущий RSS с записями из базы данных, можно существенно увеличить точность. Однако любое изменение конфигурации помещения влечет за собой корректировку системы [1].
Wi-Fi Round Trip Time (RTT) — данная технология является более развитой в сравнении с описанной ранее WPS. Если WPS использует RSS для определения дистанции до объекта, то RTT использует время, за которое сигнал достигает устройства [2]. Недостатком данной системы являются дополнительные требования к оборудованию и программному обеспечению. Маршрутизатор должен поддерживать стандарт IEEE 802.11ac и технологию RTT, а устройство должно иметь операционную систему Android 9 и старше. При использовании соответствующего оборудования и соблюдении требований точность позиционирования может достигать 50 см [3].
Ultra-wideband (UWB) — это технология связи, которая позволяет передавать данные на небольшие расстояния. Главным её отличием является использование для передачи данных сигналов со «сверхбольшой» шириной полосы частот [4]. Для решения задачи определения местоположения при использовании UWB существуют следующие методы: TWR, TDoA и PDoA [5].
Two-way-ranging (TWR) — работает за счет определения времени, за которое была доставлена информация от передатчика до считывающего устройства.
Time Difference of Arrival (TDoA) — более продвинутый метод, который заключается в обмене данными с несколькими считывающими устройствами. Расчет времени аналогичен TWR.
Phase Difference of Arrival (PDoA) — данный метод работает за счет вычисления разницы в фазах между сигналами на антеннах устройства
Для использования технологии UWB необходимы устройства, работающие в данной полосе частот.
Заключение
Описанные технологии разработаны и используются для определения местонахождения устройств в пространстве. Однако под задачу позиционирования посетителя в здании наиболее привлекательным выглядит метод WPS, так как из всех рассмотренных он обладает наименьшим количеством требований к оборудованию, а недостаток точности может быть компенсирован самим пользователем. Метод RTT также может быть использован, так как согласно статистике с ресурса Statcounter, количество пользователей, использующих устройства на современных операционных системах, превышает 91 % [6]. Технология UWB несмотря на гораздо более высокую точность геопозиции требуют установки дополнительной инфраструктуры, что усложняет внедрение системы.
Литература:
- Wi-Fi RTLS, Location Tracking & Positioning. URL: https://www.inpixon.com/technology/standards/wifi (дата обращения: 03.10.2024)
- Wi-Fi RTT. URL: https://source.android.com/docs/core/connect/wifi-rtt (дата обращения: 31.09.2024)
- What is RTT. URL: https://www.netspotapp.com/blog/wifi-standards/what-is-wifi-rtt.html#What_Is_RTT (дата обращения: 01.10.2024)
- Ultra-wideband (UWB) communication. URL: https://developer.android.com/develop/connectivity/uwb (дата обращения: 04.10.2024)
- Ultra-Wideband (UWB) Technology. URL: https://synzen.com.tw/blog/item/what-is-uwb-technology (дата обращения: 04.10.2024)
- Android Version Market Share Worldwide. URL: https://gs.statcounter.com/os-version-market-share/android (дата обращения: 09.10.2024)
