Lokalizacja i śledzenie użytkowników bezprzewodowych
- Kamil Folga,
- 07.05.2007
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.
Metoda najbliższego sensora
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.
Przykład interfejsu aplikacji śledzącej lokalizację (źródło: http://www.cisco.com)
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.
Warstwowa architektura systemów śledzenia lokalizacji
- infrastruktura sieciowa raportuje siłę sygnału, którą odbiera mobilne urządzenie;
- mobilne urządzenie raportuje siłę sygnału, którą odbiera z infrastruktury.
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.