I. Giới thiệu đề tài
Định vị trong nhà (Indoor localization) là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong bối cảnh phát triển công nghệ hiện đại, đặc biệt là trong thời đại 4.0. Luận văn này tập trung vào việc áp dụng công nghệ UWB để xây dựng một hệ thống định vị trong nhà hiệu quả. UWB (Ultra Wideband) nổi bật với khả năng cung cấp độ chính xác cao và tốc độ truyền dữ liệu lớn, phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường trong nhà. Đặc biệt, luận văn sẽ nghiên cứu và phát triển các mô hình nhằm giảm thiểu sai số định vị trong hai trường hợp: không có vật cản (LOS) và có vật cản (NLOS). Việc tìm hiểu về module UWB DWM1001C và thực hiện các thí nghiệm trên phần cứng này sẽ là những bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu.
1.1 Lý do và động lực thực hiện đề tài
Sự gia tăng nhu cầu về định vị trong nhà đã dẫn đến việc áp dụng các công nghệ mới nhằm cải thiện độ chính xác và hiệu suất. Công nghệ UWB đã chứng minh được ưu thế vượt trội so với các công nghệ khác như WiFi hay Bluetooth, với khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều vật cản. Luận văn này không chỉ tìm hiểu về công nghệ UWB mà còn phát triển các mô hình định vị nhằm giảm thiểu sai số, qua đó nâng cao hiệu quả của các ứng dụng IoT trong không gian sống thông minh.
II. Công nghệ UWB
Ultra-Wideband (UWB) là một công nghệ không dây có khả năng truyền tải dữ liệu với tốc độ cao và tiêu thụ năng lượng thấp. UWB hoạt động trên một băng tần rộng, cho phép truyền tín hiệu trong khoảng cách từ 10 đến 20 mét với độ chính xác dưới 10 cm. Các đặc tính nổi bật của công nghệ UWB bao gồm tốc độ truyền dữ liệu cao, khả năng chống nhiễu tốt và chi phí thấp trong thiết kế hệ thống. UWB không yêu cầu sóng mang, điều này giúp đơn giản hóa cấu trúc và giảm chi phí thiết bị. Việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ UWB trong hệ thống định vị trong nhà sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực IoT.
2.1 Đặc điểm và ưu điểm của UWB
UWB có nhiều ưu điểm nổi bật, trong đó tốc độ dữ liệu cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp là hai yếu tố quan trọng. Tốc độ truyền dữ liệu lên tới 500 Mbps trong khoảng cách dưới 10m giúp UWB trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao. Hơn nữa, khả năng chống nhiễu của UWB cũng giúp tín hiệu ổn định hơn trong môi trường phức tạp. Điều này đặc biệt quan trọng trong định vị trong nhà, nơi mà các vật cản có thể gây ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của tín hiệu. Do đó, việc áp dụng UWB trong hệ thống định vị không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn giảm thiểu chi phí.
III. Xây dựng mô hình định vị
Mô hình định vị được xây dựng dựa trên việc áp dụng các thuật toán machine learning như kNN và ANN kết hợp với LSTM. Các mô hình này giúp tối ưu hóa quá trình xác định vị trí, đặc biệt trong các trường hợp có vật cản (NLOS). Việc thu thập và xử lý dữ liệu từ module UWB DWM1001C là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của mô hình. Thực nghiệm cho thấy rằng các mô hình này có thể giảm thiểu sai số định vị một cách đáng kể, từ đó cải thiện hiệu suất của hệ thống định vị trong nhà.
3.1 Mô hình định vị sử dụng kNN
Mô hình kNN (k-Nearest Neighbor) được áp dụng để xác định vị trí dựa trên khoảng cách giữa các điểm dữ liệu. Phương pháp này tận dụng thông tin từ các điểm lân cận để đưa ra dự đoán chính xác hơn về vị trí. Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình kNN có thể đạt được độ chính xác cao trong việc xác định vị trí trong cả hai trường hợp LOS và NLOS. Việc điều chỉnh tham số k là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của mô hình, giúp giảm thiểu sai số định vị.
IV. Hiện thực và đánh giá
Quá trình thực nghiệm được thực hiện trong cả hai trường hợp LOS và NLOS, với mục tiêu đánh giá hiệu quả của các mô hình định vị đã xây dựng. Kết quả cho thấy rằng mô hình sử dụng công nghệ UWB có thể giảm thiểu sai số định vị đáng kể, từ đó khẳng định tính khả thi của giải pháp. Việc đánh giá hiệu quả của mô hình không chỉ dựa trên số liệu thực nghiệm mà còn thông qua các chỉ số đánh giá khoa học, đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả.
4.1 Đánh giá tổng quát
Đánh giá tổng quát về mô hình định vị cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ UWB mang lại nhiều lợi ích trong việc cải thiện độ chính xác định vị. Các kết quả thực nghiệm được phân tích và so sánh với các công nghệ khác, cho thấy UWB vượt trội trong môi trường có nhiều vật cản. Điều này không chỉ khẳng định giá trị của nghiên cứu mà còn mở ra hướng phát triển cho các ứng dụng trong tương lai.
