Nghiên cứu phát triển kỹ thuật định vị trong nhà bằng tín hiệu Wi-Fi

LỜI CAM ĐOAN

1. MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3. Mục tiêu nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Bố cục của luận án

2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG TÍN HIỆU Wi-Fi

2.1. Các kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi

2.2. Kỹ thuật định vị tiệm cận

2.3. Kỹ thuật định vị sử dụng ToA

2.4. Kỹ thuật định vị sử dụng TDoA

2.5. Kỹ thuật định vị sử dụng AoA

2.6. Kỹ thuật định vị sử dụng kết hợp AoA và ToA

2.7. Kỹ thuật định vị sử dụng RSSI và mô hình suy hao đường truyền

2.8. Kỹ thuật định vị dựa trên dấu vân tay RSSI

2.9. RSSIF-IPT sử dụng phương pháp tất định

2.10. RSSIF-IPT sử dụng phương pháp xác suất

2.11. Đánh giá các kỹ thuật định vị

3. ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ CỦA MÔ HÌNH MÔ TẢ PHÂN BỐ Wi-Fi RSSI

3.1. Giới thiệu thuật toán EM

3.2. Ước lượng các tham số của GMM khi một phần dữ liệu không quan sát được do censoring

3.3. Ước lượng các tham số của GMM khi một phần dữ liệu không quan sát được do dropping

3.4. Ước lượng các tham số của GMM khi một phần dữ liệu không quan sát được do censoring và dropping

3.5. Đánh giá sai số của các tham số trong GMM ước lượng được bằng thuật toán EM

3.6. Kết luận chương 2

4. ƯỚC LƯỢNG SỐ THÀNH PHẦN GAUSS TRONG MÔ HÌNH MÔ TẢ PHÂN BỐ Wi-Fi RSSI

4.1. Các phương pháp ước lượng số thành phần Gauss trong GMM

4.2. Ước lượng số thành phần Gauss trong GMM bằng phương pháp PF

4.3. Ước lượng số thành phần Gauss trong GMM bằng phương pháp CF

4.4. Ước lượng số thành phần Gauss trong GMM khi một phần dữ liệu không quan sát được do censoring và dropping

4.5. Đánh giá các thuật toán ước lượng số thành phần Gauss trong GMM

4.6. Kết luận chương 3

5. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ VÀ CÁC KẾT QUẢ

5.1. THỰC NGHIỆM IPS

5.2. Thuật toán định vị dựa trên phương pháp MaP

5.3. Các kết quả thực nghiệm IPS

5.4. Sai số định vị

5.5. Thực nghiệm IPS trên dữ liệu mô phỏng

5.6. Thực nghiệm IPS trên dữ liệu thực

5.7. Mức độ phức tạp của thuật toán định vị

5.8. Kết luận chương 4

6. Các kết quả chính của luận án

7. Các đóng góp mới của luận án

8. Hướng phát triển của luận án

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nhu cầu về định vị trong nhà ngày càng tăng cao, đặc biệt trong các khu vực như trung tâm thương mại, sân bay và các tòa nhà lớn. Các hệ thống định vị truyền thống như GPS không thể hoạt động hiệu quả trong môi trường kín, dẫn đến việc cần thiết phải phát triển các giải pháp công nghệ định vị mới. Theo khảo sát, người dùng dành phần lớn thời gian trong nhà, điều này làm nổi bật tầm quan trọng của hệ thống định vị trong nhà (IPS). Việc sử dụng tín hiệu Wi-Fi cho định vị trong nhà đã trở thành một xu hướng, nhờ vào sự phổ biến của mạng WLAN và thiết bị di động có khả năng kết nối Wi-Fi. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng kỹ thuật định vị sử dụng tín hiệu Wi-Fi có thể cung cấp độ chính xác cao và chi phí thấp hơn so với các phương pháp khác.

II. Các kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi Fi

Các kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi có thể được phân loại thành hai nhóm chính: nhóm kỹ thuật dựa trên thuộc tính không gian và thời gian của tín hiệu nhận được (TSARS) và nhóm kỹ thuật dựa trên dấu vân tay RSSI. Nhóm TSARS bao gồm các phương pháp như Time of Arrival (ToA), Time Difference of Arrival (TDoA) và Angle of Arrival (AoA). Những phương pháp này thường yêu cầu phần cứng bổ sung, làm tăng chi phí hệ thống. Ngược lại, nhóm kỹ thuật dựa trên dấu vân tay RSSI không yêu cầu phần cứng phức tạp, nhưng cần một cơ sở dữ liệu lớn để huấn luyện mô hình. Việc lựa chọn kỹ thuật phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và môi trường hoạt động.

III. Đánh giá các kỹ thuật định vị

Đánh giá các kỹ thuật định vị trong nhà là rất quan trọng để xác định độ chính xác và hiệu quả của từng phương pháp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng kỹ thuật dựa trên tín hiệu Wi-Fi có thể đạt được độ chính xác cao trong các môi trường khác nhau. Tuy nhiên, các yếu tố như tín hiệu không dây bị suy giảm do vật cản và nhiễu có thể ảnh hưởng đến kết quả định vị. Việc sử dụng các mô hình thống kê để phân tích tín hiệu Wi-Fi và tối ưu hóa thuật toán định vị là cần thiết để cải thiện độ chính xác. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kết hợp nhiều kỹ thuật có thể mang lại kết quả tốt hơn so với việc sử dụng một kỹ thuật đơn lẻ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ định vị trong nhà

Công nghệ định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống hàng ngày. Các ứng dụng này bao gồm dẫn đường trong các trung tâm thương mại, quản lý tài sản trong kho, và hỗ trợ người dùng tìm kiếm thông tin trong các tòa nhà lớn. Hệ thống IPS có thể giúp cải thiện trải nghiệm người dùng bằng cách cung cấp thông tin chính xác về vị trí và hướng dẫn di chuyển. Ngoài ra, công nghệ này cũng có thể được áp dụng trong các lĩnh vực như an ninh, chăm sóc sức khỏe và quản lý giao thông. Việc phát triển và cải tiến các kỹ thuật định vị sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong tương lai.

Luận án tiến sĩ về phát triển kỹ thuật định vị trong nhà sử dụng tín hiệu Wi-Fi