Lokalizacja i śledzenie użytkowników bezprzewodowych

Jeżeli potrzebujemy informacji o urządzeniu przyłączonym do sieci przewodowo, możemy trafić do celu po prostu podążając za okablowaniem. Sytuacja znacznie komplikuje się, gdy zamierzamy zlokalizować urządzenia bezprzewodowe. Mogą one znajdować się niemal wszędzie. Pomóc w tym może któraś z wielu technicznych metod bezprzewodowego śledzenia użytkowników oraz sprzętu.

Jeżeli potrzebujemy informacji o urządzeniu przyłączonym do sieci przewodowo, możemy trafić do celu po prostu podążając za okablowaniem. Sytuacja znacznie komplikuje się, gdy zamierzamy zlokalizować urządzenia bezprzewodowe. Mogą one znajdować się niemal wszędzie. Pomóc w tym może któraś z wielu technicznych metod bezprzewodowego śledzenia użytkowników oraz sprzętu.

Lokalizacja i śledzenie użytkowników bezprzewodowych

Metoda najbliższego sensora

Jeżeli potrzebujemy informacji o urządzeniu przyłączonym do sieci przewodowo, możemy trafić do celu po prostu podążając za okablowaniem. Sytuacja znacznie komplikuje się, gdy zamierzamy zlokalizować urządzenia bezprzewodowe. Mogą one znajdować się niemal wszędzie. Pomóc w tym może któraś z wielu technicznych metod bezprzewodowego śledzenia użytkowników oraz sprzętu.

Zacznijmy od założeń - w jakich zastosowaniach tego typu aplikacje będą użyteczne? Nad odpowiedzią nie trzeba się długo zastanawiać. Wystarczy wymienić kilka najbardziej typowych zadań:

  • lokalizowanie źródła informacji o zagrożeniu przesłanego na numer 112 z aparatu komórkowego lub Wi-Fi;
  • poszukiwanie bezprzewodowego urządzenia, które nie jest autoryzowane lub stanowi zagrożenie bezpieczeństwa;
  • rozwiązywanie problemów ze źródłami bezprzewodowych interferencji;
  • lokalizowanie sprzętu, który został skradziony lub zagubiony;
  • określenie obecności i dostępności osób w danym środowisku.

Metody bezprzewodowegośledzenia lokalizacji

Jak działają bezprzewodowe systemy lokalizacyjne? Nie ma jednoznacznie zdefiniowanego standardu. Podstawą architektury jest centralny system zarządzający oraz siatka sensorów (punkt dostępowy, stacja bazowa). Istnieje kilka algorytmów lokalizowania wykorzystywanych w tych aplikacjach. Różnią się one poziomem dokładności.

Jednym z najprostszych mechanizmów określania przybliżonej lokalizacji w dowolnym systemie opartym na komórkach RF jest koncepcja "najbliższego sensora". Technika pozwala określić pozycję przemieszczającego się urządzenia na podstawie komórki, w której urządzenie zostało zarejestrowane. Podstawową zaletą tej techniki jest łatwość implementacji, niewymagająca zastosowania skomplikowanych algorytmów. Niski stopień zaawansowania wpływa na dużą szybkość detekcji. Prawie wszystkie systemy bezprzewodowe lub komórkowe mogą zostać adoptowane do omawianej techniki niewielkim kosztem.

Metoda "najbliższego sensora" ma jednak wady. Z różnych powodów urządzenia mobilne mogą przyłączać się do komórek, które nie są najbliższe. Sąsiednia, bardziej oddalona komórka może być lepszym kandydatem do przyłączenia, np. gdy najbliższa stacja bazowa jest przepełniona. Inną wadą "najbliższego sensora" jest niewielka precyzja śledzenia. Dlatego technika ta nadaje się jedynie w przypadku prostych aplikacji, gdy nie jest wymagana duża dokładność.

Lokalizacja i śledzenie użytkowników bezprzewodowych

Przykład interfejsu aplikacji śledzącej lokalizację (źródło: http://www.cisco.com)

Omówiona metoda może zostać uzupełniona innymi technikami. Metoda triangulacji wprowadza zależności pomiędzy trzema i więcej sąsiednimi sensorami lub innymi punktami odniesienia. Każdy z nich bierze udział we wspólnym określeniu położenia urządzenia. Bardziej interesujące są jednak techniki lateracji (ToA, TDoA).

Systemy ToA (Time of Arrival) opierają się na precyzyjnym określeniu przedziału czasu, w którym jest wysyłany sygnał z mobilnego urządzenia do kilku odbierających sensorów. Ponieważ sygnał podróżuje przez znane środowisko, dystans pomiędzy mobilnym urządzeniem a każdym z odbierających sensorów może być określony na podstawie czasu propagacji. Technika ta wymaga jednak precyzyjnej wiedzy o rozpoczęciu transmisji. Wszystkie sensory muszą synchronizować się z precyzyjnym źródłem czasu. Technika może pracować w środowisku dwuwymiarowym lub trójwymiarowym. W tym drugim przypadku trzy punkty dostępowe będą pracowały nad ustaleniem pozycji elementu lokalizowanego.

Podobną zasadę działania przedstawia metoda względnego czasu odpowiedzi TDoA (Time Difference of Arrival). Wykorzystuje ona względny czas otrzymywany z każdego odbierającego informację sensora. Ponieważ czas jest proporcjonalny do odległości, możliwe jest określenie pozycji urządzenia lokalizowanego. TDoA nie wymaga koordynacji odbieranych jednostek czasowych z precyzyjnym źródłem czasu.

Lokalizacja i śledzenie użytkowników bezprzewodowych

Warstwowa architektura systemów śledzenia lokalizacji

Ze względu na wysoką niedokładność przedstawionych technik używane są one głównie w połączeniu z innymi metodami. W systemach produkcyjnych powszechnie stosowanymi mechanizmami są obecnie RSSI (Received Signal Strenght Indication) oraz metoda wzorców RF. Metoda siły sygnału RSSI pozwala na określenie lokalizacji przez porównanie strat RF pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Znajomość transmitowanej mocy wyjściowej, strat na kablach, wzmocnienia anten oraz modelu zakłóceń pozwalają na zdecydowane zwiększenie precyzji lokalizacji. Siła sygnału może być przekazywana na dwa sposoby:
  • infrastruktura sieciowa raportuje siłę sygnału, którą odbiera mobilne urządzenie;
  • mobilne urządzenie raportuje siłę sygnału, którą odbiera z infrastruktury.
Ponieważ urządzenia klienckie różnych producentów mogą raportować różną siłę sygnału, przeważnie stosuje się pierwszą metodę zbierania informacji. Większość wdrożeń opiera się na sieci punktów dostępowych pochodzących od jednego producenta, co dodatkowo ułatwia sprawę. Metoda siły sygnału RSSI jest atrakcyjna w większości wdrożeń, a koszty są stosunkowo niskie. Warto podkreślić jednak problem z niejednorodnością środowiska i wynikającą z tego faktu niedokładnością efektów. Skuteczność użycia tej techniki zdecydowanie wzrasta ze zwiększeniem liczby komórek.

Najczęściej stosowaną kategorią metod śledzenia lokalizacji, używaną w sieciach bezprzewodowych, jest porównywanie wzorców RF. Wykorzystywany jest w tym przypadku inteligentny algorytm usprawniający precyzję śledzenia lokalizacji. Polega on najczęściej na połączeniu wielu z przedstawionych już technik lokalizacji. Mechanizm znakomicie sprawdza się w zróżnicowanym środowisku bezprzewodowego sygnału - obiekty, ludzie, okna, wielościeżkowość. Zasada działania pozwala na stworzenie idealnego modelu danego środowiska. Zakładamy w tym miejscu, że każde śledzone urządzenie posiada także unikalną sygnaturę RF. Ponadto musimy poznać unikalną charakterystykę propagacji sygnału w danym środowisku. Następnie każdy istotny parametr jest porównywany ze wzorcem w celu znalezienia odstępstw. Procedura prowadzi do zlokalizowania urządzenia bezprzewodowego. Metoda może być implementowana całkowicie w postaci programowej, która redukuje koszt wdrożenia.

W celu komercyjnej reprodukcji treści Computerworld należy zakupić licencję. Skontaktuj się z naszym partnerem, YGS Group, pod adresem [email protected]

TOP 200