phần mở đầu, kết luận, phụ lục, danh mục các bài báo khoa học đã được công bố của tác giả. Tổng quan về kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi: Trình bày tổng quan về các kỹ thuật định vị sử dụng tín hiệu Wi-Fi trong WLAN. Trên cơ sở phân tích ưu điểm, nhược điểm của từng kỹ thuật, phân tích các vấn đề đã được giải quyết và chưa được giải quyết, luận án đưa ra định hướng nghiên. Ước lượng tham số của mô hình mô tả phân bố Wi-Fi RSSI: Nghiên cứu đề xuất các mô hình mô tả phân bố của dữ liệu (là các phép đo Wi-Fi RSSI) tương ứng với các trường hợp một phần dữ liệu không quan sát được; nghiên cứu xây dựng các thuật toán ước lượng các tham số trong các mô hình mô tả phân bố của Wi-Fi RSSI; đánh giá, so sánh sai số của các tham số ước lượng được bằng các thuật toán đã xây dựng với sai số của các tham số ước lượng được bằng các thuật toán EM khác đã công bố.
luan an 7 Chương 3. Ước lượng số thành phần Gauss trong mô hình mô tả phân bố Wi-Fi RSSI: Nghiên cứu xây dựng thuật toán ước lượng số thành phần Gauss trong mô hình mô tả phân bố của Wi-Fi RSSI, qua đó giảm thiểu số lượng tham số cần lưu trong cơ sở dữ liệu, tạo tiền đề giảm số phép tính trong thuật toán định vị nhằm tối ưu thời gian định vị; đánh giá, so sánh sai số của số thành phần Gauss được ước lượng bằng thuật toán đã xây dựng với một số phương pháp khác đã được công bố. Xây dựng thuật toán định vị và các kết quả thực nghiệm IPS: Nghiên cứu xây dựng thuật toán định vị trong trường hợp một phần dữ liệu do OB thu thập trong giai đoạn định vị trực tuyến không quan sát được; thực nghiệm IPS được áp dụng các thuật toán đã xây dựng và so sánh với IPS áp dụng các đề xuất trong các nghiên cứu khác đã công bố gần đây. luan an 8 CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG TÍN HIỆU Wi-Fi Chương 1 bao gồm các nội dung: Các kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi, ưu điểm, nhược điểm của từng kỹ thuật; các nghiên cứu về RSSIF-IPT, những vấn đề đã được giải quyết và chưa được giải quyết, qua đó, luận án đưa ra định hướng nghiên cứu. Các kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi 1. Kỹ thuật định vị tiệm cận Kỹ thuật định vị tiệm cận (proximity) [27, 51] còn gọi là kỹ thuật định vị dựa trên vị trí của AP trong WLAN có cường độ tín hiệu nhận được lớn nhất.1 mô tả kỹ thuật định vị tiệm cận với ba AP và đối tượng AP3 (OB) cần định vị. Khi OB nằm trong AP2 Vị trí 3 vùng phủ sóng của AP1 (vị trí 1), vị Vị trí 2 trí của OB sẽ là vị trí của AP1.
Tại vị AP1 trí 2, OB nằm trong vùng phủ sóng của AP1 và AP2. Nếu RSSI do OB thu thập được từ AP2 lớn hơn từ Vị trí 1 AP1, vị trí của OB sẽ là vị trí của Vùng phủ sóng của AP OB AP2 và ngược lại. Mô tả kỹ thuật định vị tiệm cận Ở vị trí 3, OB nằm trong vùng phủ sóng của cả ba AP, khi đó vị trí của OB sẽ là vị trí của AP tương ứng với RSSI lớn nhất mà OB thu thập được. Kỹ thuật định vị sử dụng ToA Kỹ thuật định vị sử dụng thông tin ToA của tín hiệu Wi-Fi (ToA-IPT: ToA based Indoor Positioning Technique) dựa trên thời gian lan truyền của sóng vô tuyến từ tối thiểu ba AP có vị trí xác định tới OB hoặc ngượi lại, từ OB tới tối thiểu ba AP, từ đó tính ra khoảng cách từ OB tới các AP và ước lượng ra vị trí của OB [12, 52].2 mô tả ToA-IPT với ba AP.
AP2 Gọi t1 , t2 và t3 lần lượt là thời gian lan AP1 truyền của sóng vô tuyến từ OB tới AP1, OB AP2 và AP3; v là vận tốc lan truyền của AP3 sóng vô tuyến. Khi đó r1 = vt1 , r2 = vt2 và r3 = vt3 sẽ là khoảng cách từ OB tới AP1, Hình 1. Mô tả ToA-IPT AP2 và AP3. Một cách tổng quát, giả thiết OB ở tọa độ ( x, y ) có N AP AP khả dụng.
Gọi ri là khoảng cách từ OB tới AP thứ i , khi đó: ri 2 ( x xi )2 ( y yi )2 .1) 2 2 2 Vì r1 ( x x1 ) ( y y1) nên: ri 2 r12 ( x xi ) 2 ( y yi )2 ( x x1 ) 2 ( y y1 ) 2 ri 2 r12 xi2 yi2 ( x12 y12 ) 2 x( xi x1 ) 2 y ( yi y1 ) 1 2 x( xi x1 ) y ( yi y1 ) 2 xi yi2 x12 y12 ri 2 r12 ; i 2 N .2) có thể viết lại dưới dạng ma trận như sau: AX = B.3) luan an 10 Trong công thức (1. y 2 xN x1 y N y1 xN2 y N2 x12 y12 rN2 r12 Trên thực tế, ToA ước lượng được thường có sai số dẫn tới khoảng cách ước lượng được không phải là độ dài đoạn thẳng nối giữa OB và AP [18], nghĩa là AX B hay B AX 0. Để khắc phục vấn đề này, phương pháp bình phương cực tiểu (LS: Least Squares) [34] được sử dụng để ước lượng vị trí của OB: B - AX min B - AX 0 2 2 X ˆ AT A AT B. Kỹ thuật định vị sử dụng TDoA Kỹ thuật định vị sử dụng TDOA (TDoA-IPT: TDoA based Indoor Positioning Technique) dựa vào chênh lệch về thời gian lan truyền của tín hiệu vô tuyến từ AP tới OB hoặc ngược lại, qua đó tính ra chênh lệch khoảng cách từ OB tới từng cặp AP và ước lượng vị trí của OB thông qua vị trí của các cặp AP [2, 44].3 mô tả TDoA-IPT với cặp (AP1, AP2) và cặp (AP1, AP3).
Vị trí của OB là vị trí giao nhau của hai đường hyperbol có phương trình lần lượt là r2 r1 và r3 r1 , với là một hằng số. Chênh lệch giữa khoảng cách từ OB tới AP thứ i và khoảng cách từ OB tới AP thứ j được xác định bằng công thức (1. 2 2 2 2 ri j ri rj (1.5) luan an 11 r3-r1 =ω r2-r1 =ω OB AP3 AP2 r1 AP1 Hình 1. Mô tả TDoA-IPT.
Vì ri1 ri r1 nên: r1 ri1 ri 2 ri2 r12 ri12 2r1ri1 2 x xi y yi x x1 y y1 ri12 2r1ri1 2 2 2 2 1 2 x xi x1 y yi y1 r1ri1 2 xi yi2 x12 y12 ri12 .6) có thể viết lại dưới dạng ma trận: AX = B (1.7) Trong công thức (1. 2 xN2 yN2 x12 y12 rN21 r1 xN x1 y N y1 rN 1 Áp dụng phương pháp LS, ta có: ˆ AT A 1 AT B. Kỹ thuật định vị sử dụng AoA Kỹ thuật định vị sử dụng AoA (AoA-IPT: AoA based Indoor Positioning Technique) [50] dựa vào thông tin về góc tạo bởi một đường thẳng tham chiếu với hướng đến của tín hiệu Wi-Fi. Trong không gian hai luan an 12 chiều kỹ thuật này có thể xác định được vị trí của OB thông qua vị trí của hai AP (AP1 và AP2) và góc của tín hiệu từ các AP này tới OB ( 1 và 2 ) nếu OB không nằm trên đường thẳng thẳng nối giữa hai AP (hình 1.
y OB AP2 α2 Đường thẳng tham chiếu Hướng đến của tín hiệu AP1 α1 O x Hình 1. Mô tả AoA-IPT Gọi i i 1 N là góc tới của AP thứ i , x, y và xi , yi lần lượt là tọa độ của OB và AP thứ i , khi đó: y yi sin i x xi cos i x sin i ycos i xi sin i yi cos i .9) Cũng tương tự như TOA hoặc TDOA, AOA cũng bị sai số do ở môi trường trong nhà OB và AP đôi khi không trực thị với nhau. Để giải quyết vấn đề này, một lần nữa phương pháp LS được sử dụng [50], cụ thể như sau: ˆ AT A1 AT B.10) Trong công thức (1.10): sin 1 cos1 x1sin1 y1cos1 xˆ . ˆ X yˆ ; A ; B sin cos N N xN sin N y N cos N 1.
Kỹ thuật định vị sử dụng kết hợp AoA và ToA Kỹ thuật định vị sử dụng thông tin kết hợp về AoA và ToA có thể sử dụng tối thiểu một AP có tọa độ biết trước để xác định vị trí của OB trong không gian hai chiều (Hình 1. luan an 13 y AP1 α1 Đường thẳng tham chiếu Hướng đến của tín hiệu OB x Hình 1. Mô tả kỹ thuật định vị sử dụng kết hợp AoA và ToA Gọi i i 1 N là góc tạo bởi đường thẳng tham chiếu với tín hiệu từ OB tới AP thứ i hoặc ngược lại, từ AP thứ i tới OB; ri là khoảng cách từ OB tới AP thứ i , ta có: sin 2 i cos2 i sin 2 1 cos2 1 2 x xi x1 2 y yi y1 xi2 yi2 x12 y12 (1. ri 2 Phương pháp LS được sử dụng [50], kết quả như sau: ˆ AT A1 AT B.12) Trong công thức (1.