Chương 1 Tổng quan: Giãi thiÉu và lý do chãn đà tài. Chß rõ đ°āc măc tiêu, giãi h¿n đà tài đái t°āng và ph°¢ng nghiên cāu cÿa đà tài đang thực hiÉn. Từ đó, đánh h°ãng phát triÅn các ch°¢ng tiÁp theo. ◼ Chương 2 Cơ sở lý thuyết: Trình bày và các c¢ sá lý thuyÁt đã đ°āc thực hiÉn nghiên cāu và tổng hāp từ tr°ãc đó đÅ xây dựng đà tài.
◼ Chương 3 Thiết kế hệ thống: Thực hiÉn xây dựng phÁn cāng và phÁn mÃm đÅ hoàn thiÉn hÉ tháng, xây dựng s¢ đã khái, s¢ đã chāc nng, s¢ đã nguyên lý, hoàn thiÉn chāc nng cho hÉ tháng. ◼ Chương 4 Kết quả: Thực hiÉn kiÅm tra đánh giá các chāc nng đã đ°āc yêu cÁu cÿa hÉ tháng và phÁn cāng và phÁn mÃm. ◼ Chương 5 Kết luận và hướng phát triển: KÁt luÁn và đà tài vãi nhāng thành quÁ đã làm và đ¿t đ°āc so vãi yêu cÁu hÉ tháng đã đà ra tr°ãc đó, bên c¿nh đó s¿ nêu lên h°ãng phát triÅn má ráng cho đà tài trong t°¢ng lai. 4 CH¯¡NG 2 C¡ SƠꀉ LÝ THUY¾T 2.1 ĐàNH Và TRONG NHÀ BÄNG SÓNG BLE 2.1 Mßt sß công nghÇ th°ãng dùng đà xác đánh vá trí trong nhà WiFi: Sÿ dăng các tr¿m gác phát hay thu tín hiÉu Wifi đ°āc đÁt trong khu vực cÁn xác đánh vá trí vÁt thÅ.
Từ đó phă thuác vào từng mô hình xây dựng tr°ãc mà dựa trên c°ßng đá tín hiÉu wifi nhÁn đ°āc d°āc thiÁt bá phát và thiÁt bá thu đÅ tính toán vá trí cÿa vÁt thÅ [1]. UWB: Cũng giáng nh° các công nghÉ khác thì UWB cũng xây dựng mô hình gãm các bá phát hay bá thu đÅ thu thÁp tín hiÉu giāa các điÅm nút và vÁt xác đánh vá trí đÅ tính toán vá trí. ĐiÅm khác biÉt là UWB ho¿t đáng á tÁn sá t°¢ng đái cao h¢n so vãi các công nghÉ khác d¿n tãi khÁ nng cháng nhiÇu cÿa sóng này t°¢ng đái cao. Trong viÉc xác đánh vá trí bÁng công nghÉ UWB có mát sá ph°¢ng pháp t¿o nên sự chính xác cao cÿa công nghÉ này là Time of Flight (ToF) xác đánh vá trí bÁng cách tính dựa trên thßi gian bay cÿa tín hiÉu [2].
RFID: Sÿ dăng nguyên lý cÁm āng điÉn từ cÿa các thẻ tag và các bá đãc RFID đÅ xác đánh vá trí cÿa vÁt thÅ. KhoÁng cách nhÁn d¿ng tÁn sá vô tuyÁn dao đáng từ vài cm đÁn h¢n m°ßi mét. So vãi các công nghÉ khác thì công nghÉ này t°¢ng đái tiêu tán nhiÃu chi phí đÅ xây dăng hÉ tháng [3]. BLE: Có phÁn giáng h¢n so vãi công nghÉ xác đánh vá trí bÁng wifi khi sÿ dăng c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc RSSI từ các bá phát và bá thu BLE đÅ tính toán vá trí cÿa vÁt thÅ cÁn xác đánh [4].1 Mát sá công nghÉ đánh vá trong nhà [5] [6] Technology BLE WIFI UWB RFID Location 1-5m 3-8m 10cm 1-5m accuracy Anti Medium Medium Strong Medium interference 5 Power Very low High High Medium consumtion Security Secure Secure Secure Insecure Deployment Simply Complex Medium Simply complexity Cost Low Medium Medium Low Bluetooth Low Energy (BLE) là công nghÉ không dây đ°āc thiÁt kÁ cho nhāng āng dăng yêu cÁu nng l°āng ho¿t đáng th¿p, phổ biÁn và dÇ tiÁp cÁn.
Bluetooth low energy có khÁ nng hß trā các kÁt nái có tác đá t°¢ng đái cao có thÅ ngang vãi bluetooth bình th°ßng. ¯u điÅm cÿa BLE là nó có thÅ hß trā nhiÃu mô hình kÁt nái h¢n so vãi bluetooth bình th°ßng, điÃu này giúp nó có lāi thÁ trong các āng dăng trong các mô hình m¿ng l°ãi nhiÃu nút kÁt nái vãi nhau. H¢n thÁ nāa, nÁu nh° nhìn vào bÁng so sánh các công nghÉ đánh vá không dây á trên. NÁu nh° xét và đá chính xác hay khÁ nng cháng nhiÇu thì BLE chß h¿n chÁ phÁn nhß h¢n so vãi UWB.
Tuy nhiên, BLE l¿i có °u điÅm v°āt trái và nng l°āng tiêu thă th¿p và chi phí xây dựng hÉ tháng th¿p h¢n nhiÃu so vãi các công nghÉ xác đánh vá trí khác. Bái vì mát sá tính ch¿t trên mà BLE trá thành công nghÉ t°¢ng đái phù hāp trong các āng dăng xác đánh vá trí vÁt thÅ trong nhà.2 Đánh vá trong nhà bÅng công nghÇ BLE Theo dõi hay đánh vá vá trí cÿa các vÁt thÅ trong công nghÉ BLE đ°āc thực hiÉn từ viÉc áp dăng các thuÁt toán đÅ tính vá trí vào tín hiÉu t°¢ng tác giā các bá phát và thu BLE trong hÉ tháng. Các bá phát hay bá thu BLE này s¿ đ°āc xây dựng và l¿p đÁt tùy vào từng mô hình hÉ tháng phù hāp vãi yêu cÁu cÿa từng āng dăng đánh vá trong nhà. Có hai mô hình hÉ tháng th°ßng đ°¢c sÿ dăng trong công nghÉ đánh vá bÁng BLE: ÿ Theo dõi vá trí trong nhà á mát sá n¢i có diÉn tích không gian nhß [4].
6 þ HÉ tháng s¿ xây dựng các thiÁt bá thu BLE đ°āc đÁt cá đánh trong không gian là BLE gateway. Còn l¿i, các thiÁt bá cÁn xác đánh vá trí là các BLE ibeacon( phát BLE). þ Các thiÁt bá BLE ibeacon phát BLE ra môi tr°ßng xung quanh và các thiÁt bá BLE gateway nhÁn tín hiÉu BLE. Tín hiÉu BLE nhÁn đ°āc s¿ đ°āc thực hiÉn phân tích và tính toán vá trí.
Sau cùng, vá trí s¿ đ°āc gÿi lên giao diÉn ng°ßi dùng trên Server.1: Mát trong nhāng mô hình và đánh vá trong nhà bÁng BLE ÿ Theo dõi vá trí trong nhà á mát sá n¢i có diÉn tích không gian lãn [4]. þ HÉ tháng s¿ xây dựng các thiÁt bá phát BLE đ°āc đÁt cá đánh trong không gian là BLE ibeacon. Còn l¿i các thiÁt bá cÁn xác đánh vá trí là các thiÁt bá thu BLE nh° smartphone hay các BLE tag. þ Các thiÁt bá BLE ibeacon phát BLE ra môi tr°ßng xung quanh và các thiÁt bá BLE tag hay smartphone nhÁn tín hiÉu BLE.
Tín hiÉu BLE nhÁn đ°āc s¿ đ°āc thực hiÉn phân tích và tính toán vá trí. Sau cùng vá trí s¿ đ°āc gÿi lên giao diÉn ng°ßi dùng trên Server.2: Mát trong nhāng mô hình đánh vá trong nhà bÁng BLE 2.2 THUÀT TOÁN TÍNH Và TRÍ TRILATERATION 2.1 ThuÁt toán Trilateration 2.1 Chß sß c°ãng đß tín hiÇu nhÁn đ°ÿc (RSSI) RSSI(chß sá c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc) đây chính thông sá đÁc tr°ng cho c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc khi thiÁt bá thu nhÁn tín hiÉu BLE từ thiÁt bá phát [7] [8] [9]. Khi mát thiÁt bá nhÁn đ°āc tín hiÉu BLE, nó s¿ có sự khác biÉt bái mßi thiÁt bá phát BLE s¿ có đáa chß MAC riêng và thông sá RSSI s¿ đ°āc phân tách cho từng đái t°āng mát cách dÇ dàng. RSSI th°ßng đ°āc đo bÁng dBm(decibel-milliwatts) hoÁc mW, đá m¿nh yÁu cÿa tín hiÉu này còn phă thuác vào công su¿t phát cÿa thiÁt bá phát BLE (tx power).
RSSI có vai trò vô cùng quan trãng trong hÉ tháng đánh vá bÁng BLE khi đây chính là thông sá đÅ tính khoÁng cách giāa bá phát và bá thu BLE.3: Tính khoÁng cách d từ c°ßng đá tín hiÉu thu đ°āc RSSI ýþþ�㔼 = 210ÿ log10 (�㕑 ) + ý (�㕑þþ) (2.1) Trong đó ÿ là hÁng sá truyÃn tín hiÉu và giá trá cÿa nó nÁm trong khoÁng từ 2 đÁn 4 tùy thuác vào môi tr°ßng; �㕑 là khoÁng cách giāa thiÁt bá phát và thiÁt bá thu BLE. ý là giá trá tín hiÉu c°ßng đá nhÁn đ°āc á khoÁng cách 1 mét tính từ bá phát tín hiÉu BLE. ÿ�㔎 là biÁn ng¿u nhiên có phân phái ng¿u nhiên vãi giá trá trung bình 0 và ph°¢ng sai �㔎 bình ph°¢ng. ĐÅ thuÁn tiÉn cho viÉc tính toán ÿ�㔎 s¿ có giá trá bÁng 0 [7].
Từ công thāc tổng quát ta có thÅ suy ra cách tính khoÁng cách từ bá phát và bá thu BLE khi nhÁn đ°āc chß sá c°ßng đá tín hiÉu nhÁn đ°āc(RSSI) giāa chúng.2 Công thāc thuÁt toán Trilateration ThuÁt toán Trilateration hay còn gãi là thuÁt toán 3 điÅm. ThuÁt toán s¿ cho phép tính đ°āc vá trí cÿa mát điÅm b¿t kì vãi điÃu kiÉn là 3 điÅm đó phÁi đ°āc biÁt tr°ãc vá trí và các khoÁng cách từ điÅm cÁn tính tãi 3 điÅm đó [8]. Chính vì thÁ, khi áp dăng thuÁt toán Trilateration đÅ tính vá trí cÿa mát thiÁt bá thu tín hiÉu RSSI BLE chúng ta cÁn phÁi biÁt tr°ãc đ°āc khoÁng cách giāa thiÁt bá thu đÁn 3 thiÁt bá phát và to¿ đá cá đánh cÿa 3 thiÁt bá phát.4: ĐiÃu kiÉn áp dăng thuÁt toán Trilateration [8] [9] ThuÁt toán xây dựng nên mát hÉ ph°¢ng trình gãm 3 ph°¢ng trình con từ nhāng dā liÉu đã đ°āc biÁt tr°ãc từ nhāng kiÁn thāc và toán hãc hình hãc [8].3) �㕑3 = √(ý 2 ý3 )2 + (þ 2 þ3 )2 Sau khi có đ°āc hÉ ph°¢ng trình gãm có 3 ph°¢ng trình con và hai ẩn x,y. Áp dăng kiÁn thāc đ¿i sá đÅ gÁi và tìm ra to¿ đá điÅm cÁn tính (x,y).2 ¯u và nh°ÿc điÃm cÿa thuÁt toán ÿ ¯u điÅm þ ThuÁt toán phù hāp vãi mô hình hÉ tháng khi hÉ tháng đã xây dựng nhiÃu thiÁt bá phát và thiÁt bá thu.
þ ThuÁt toán có khÁ nng mang laá đá chính xác vừa phÁi, trong khi không yêu cÁu quá cao và tài nguyên phÁn cāng. þ ThuÁt toán t°¢ng đái đ¢n giÁn đÅ lÁp trình trên phÁn cāng. ÿ Nh°āc điÅm cÿa thuÁt toán trilateration bao gãm: þ Đá chính xác phă thuác vào đá chính xác cÿa khoÁng cách: ThuÁt toán trilateration dựa trên °ãc tính khoÁng cách từ điÅm cÁn tìm đÁn 10 các điÅm đã biÁt. NÁu có sai sá trong quá trình đo l°ßng khoÁng cách hoÁc nhiÇu, điÃu này có thÅ d¿n đÁn sai sá trong kÁt quÁ °ãc tính vá trí.
þ Đa ngh*a vá trí: Khi ba đ°ßng tròn giao nhau hoÁc gāa chúng không cùng nhau t¿o ra điÅm chung,. thì thuÁt toán trilateration không thÅ xác đánh chính xác vá trí duy nh¿t cÿa điÅm cÁn tìm. Thay vào đó, nó chß cung c¿p mát vùng chāa các vá trí có thÅ. ViÉc xác đánh vá trí chính xác trong vùng này đòi hßi sự hß trā từ các thuÁt toán hoÁc thông tin bổ sung[10].5: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí [10] Hình 2.6: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí [10] 11 Hình 2.7: Mát trong các tr°ßng hāp đa ngh*a vá trí [10] Nh° các hình á trên trong bá nhÁn đo đ°āc khoÁng cách giāa điÅm MP tãi ba điÅm PRI1, PRI2, PRI3 là r1, r2, r3.
Có thÅ do nhiÇu hay mát vài lý do khác mà ba điÅm này không giao nhau t¿i mát điÅm d¿n tãi chúng có t¿o nên ba đ°ßng tròn c¿t nhau t¿i ba điÅm, hai điÅm, mát điÅm và thÁm chí là không c¿t nhau á điÅm nào. Khi đó tãa đá điÅm thực tÁ có thÅ s¿ nÁm trong vùng giao nhau cÿa ba đ°ßng tròn hoÁc nÁm ngoài vùng giao nhau và thuÁt toán trilateration s¿ không cho ra kÁt quÁ hay kÁt quÁ không chính xác.