АНАЛИЗ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И МЕТОДОВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

ANALYSIS OF WIRELESS TECHNOLOGIES AND POSITIONING METHODS

Kirill Zotov

master's student, Department of Information Technologies of Automated Systems, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics,

Belarus, Minsk

АННОТАЦИЯ

В современном мире существует множество различных протоколов беспроводных технологий, которые используются в различных сферах жизнедеятельности человека. Среди них можно выделить небольшую группу, используемую для определения местоположения объекта в пространстве. Каждая технология обладает своими характеристиками, исходя из которых применяются различные методы геолокации.

ABSTRACT

There are lots of different protocols of wireless technologies in modern world, which are used in various spheres of a human life. There is a small part of them which is used to determine the location of the object in space. Each technology has its own characteristics, based on which different geolocation methods are applied.

Ключевые слова: беспроводные технологии, геолокация, методы геолокации.

Keywords: wireless technologies, geolocation, geolocation methods.

Системы позиционирования предназначены для определения местоположения объектов в пространстве. Такие объекты называются объектами позиционирования. Задача оценки их местоположения решается с использованием одной или нескольких беспроводных технологий, носящих название технологий позиционирования.

Большинство систем позиционирования также оперируют понятием «базовая станция». Этим термином в литературе обозначаются источники сигнала, которые могут значительно отличаться в зависимости от применяемой технологии позиционирования. Например, при использовании спутниковой навигации базовыми станциями являются спутники, а при использовании технологии Wi-Fi под ними понимаются беспроводные точки доступа (WAP – Wireless Access Point).

Системы позиционирования можно классифицировать по различным параметрам, но главными характеристиками, по которым их принято различать, являются [1]:

1) Назначение системы;

2) Масштаб зоны обслуживания (или, иначе, площадь территории позиционирования);

3) Применяемые технологии и методы позиционирования.

Назначение системы позиционирования определяется в зависимости от перечня решаемых ею задач. В зависимости от этого принято выделять три категории систем – системы общего назначения, специальные системы (или системы военного назначения), а также промышленные (производственные) системы. Сложность классификации систем по данному признаку заключается в том, что многие системы позиционирования по своим задачам относятся сразу к нескольким категориям. Например, системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС являются одновременно системами общего и специального назначения [2].

В зависимости от масштаба зоны обслуживания системы позиционирования делятся на глобальные, региональные, зональные и локальные. Данные о площади территории систем каждого типа приведены в таблице 1.

Таблица 1

Классификация систем позиционирования по масштабу зоны обслуживания

Технологии позиционирования, применяемые в системах разного масштаба, могут существенно отличаться. Так, например, глобальные системы позиционирования GPS и ГЛОНАСС построены на базе технологии спутниковой навигации [3]. Применение этой технологии, при решении задачи локального позиционирования практически невозможно. Причина этого заключается в значительном затухании спутникового сигнала в стенах и перекрытиях зданий. Справедливо и обратное. Технологии систем локального позиционирования (Wi-Fi, Bluetooth, nanoLOC и др.) неприменимы в задачах глобального позиционирования в связи с их малым радиусом действия. Подробная информация о том, какие технологии используются в системах различных типов, приведена в таблице 2 (по данным [4, 5, 6]).

Таблица 2

Технологии позиционирования систем разного масштаба

Набор используемых технологий определяет список допустимых методов позиционирования. Методы, применяемые в радиосетях, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Методы позиционирования, применяемые в радиосетях

Как видно из данных, представленных выше, системы локального позиционирования выделяются среди остальных специфичным набором решаемых задач и технологий позиционирования. Одной из главных задач таких систем является определение положения объектов в замкнутых пространствах зданий и сооружений. Решение этой задачи накладывает существенные ограничения на набор используемых беспроводных технологий и методов позиционирования [7, 8]. В первую очередь это, как уже было отмечено ранее, связано с наличием стен и перекрытий, значительно ослабляющих сигнал. Во-вторых, требования к точности таких систем зачастую превышают аналогичные требования к системам других типов (в ряде случаев необходимо обеспечивать точность до нескольких метров). И в-третьих, такие системы в большинстве случаев строятся на базе технологий, которые изначально не предназначались для решения задач позиционирования. В частности, основной задачей технологий Wi-Fi и Bluetooth является не определение местоположения относящихся к ним объектов, а передача данных между ними [9, 10].

Главными беспроводными технологиями, применяемыми при решении задачи локального позиционирования, согласно данным, представленным в таблице 2, являются:

1) Сети микросотовой связи DECT;

2) Радиосети Wi-Fi;

3) Радиосети Bluetooth;

4) Радиосети ZigBee;

5) Радиосети nanoLOC.

Их характеристики приведены в таблице 4 (по данным [11, 12, 13]).

Таблица 4

Характеристики текнологий локального позиционирования

Все перечисленные технологии до их использования в системах позиционирования предназначались для построения сетей передачи данных разного назначения – Wi-Fi является общепризнанным стандартом построения беспроводных локальных вычислительных сетей (WLAN), DECT является наиболее популярным стандартом беспроводной телефонной связи, а ZigBee, nanoLOC и Bluetooth являются примерами технологий организации беспроводных персональных сетей (WPAN) [14]. Несмотря на это, все указанные технологии применяются в задачах позиционирования объектов и, благодаря используемым частотным диапазонам и уровню испускаемой мощности, могут использоваться для организации сети внутри зданий, закрытых складских помещений без получения частотного решения Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ) [15, 16]. Основные преимущества и недостатки каждой из указанных технологий приведены в таблице 5 (данные взяты из [17, 18]).

Таблица 5

Преимущества и недостатки технологий локального позиционирования

Как видно из таблицы 5, каждая из технологий локального позиционирования имеет свои преимущества, но наибольшее распространение для применения в задачах локального позиционирования на практике получила технология Wi-Fi [19]. Рост популярности систем Wi-Fi позиционирования неразрывно связан с увеличением числа предприятий, использующих эту технологию для построения производственных беспроводных сетей передачи данных.

Наличие существующей развитой Wi-Fi сети позволяет достаточно просто построить систему позиционирования, обладающую приемлемой точностью при минимальных дополнительных аппаратных затратах [20]. Это достигается путем использования в качестве базовых станций позиционирования имеющихся Wi-Fi точек доступа, число которых может быть увеличено без снижения эффективности работы сети. Такой подход позволяет существенно сократить материальные расходы на внедрение и обслуживание системы за счет практического отсутствия двух различных беспроводных сетей для позиционирования и для передачи данных. Вместо этого существующая Wi-Fi сеть дополняется новой функциональной возможностью определения местоположения объектов, находящихся в радиусе ее действия.

Список литературы:

1. Овчинников С. Системы позиционирования и мониторинга. // Технологии и средства связи. – 2014. – No2. – С. 18-22.
2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под. ред. Перова А.И., Харисова В.Н. изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Радиотехника. 2010. 800 с.
3. Перов, А. И. Основы построения спутниковых радионавигационных систем. М.: Радиотехника. 2012. 240 с.
4. Малышев А.В., Семенова А.Ю., Омельянчук Е.В. Обзор технологий позиционирования мобильных объектов в реальном времени. // Международный союз ученых «Наука. Технологии. Производство». – 2014. No 3. С. 115-118.
5. Быбка А.И., Дереев А.Ю., Зеленин А.Н. Особенности позиционирования абонентов в сети GSM // Информационные технологии. – 2009. – Т. 6. – No. 2. – С. 42.
6. Киров Д.А. Перспективы применения беспроводных сенсорных сетей в задачах позиционирования и управления мобильными объектами. // XL Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции. Ч. VIII. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. –184 с. – 2011. – Т. 46. – No. 5. – С. 30.
7. Миниахметов Р.М., Рогов А.А., Цымблер М.Л. Обзор алгоритмов локального позиционирования для мобильных устройств. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информа- тика. – 2013. – Т. 2. – No. 2. – C. 83-96.
8. Щекотов М. С. Анализ подходов к позиционированию внутри помещений с использованием трилатерации сигналов Wi-Fi. // Труды СПИИРАН. – 2014. – Т. 5. – No. 36. – С. 206-214.
9. Терентьев Д.С. Предоставление услуг в конвергентных сетях связи для абонентских терминалов с интеграцией услуг позиционирования на базе Wi-Fi. // T-Comm-Телекоммуникации и Транспорт. – 2009. – No. S3. – С. 164-166.
10. Маслов В.А., Финогеев А.А., Финогеев А.Г. Методика идентификации и событийного управления мобильными устройствами на основе технологии Bluetooth. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2008. – No. 2. – С. 64-72.
11. Гайкович Г.Ф. Беспроводные технологии и их применение в промышленности. Передача речевой информации через WPAN. // Электронные компоненты. – 2010. – No12. – С. 57-62.
12. Курдин В.А., Шарапов А.П. Определение местонахождения абонента в системе радиодоступа стандарта DECT с помощью методов статистического анализа. // Труды международной научно-технической конференции «Информацион      ные средства и технологии». – 2008. – Т. 1. – С.58-61.
13. Аникин А. Определение местоположения мобильного объекта с помо- щью приемопередатчиков nanoLOC фирмы Nanotron. // Беспроводные технологии. – 2007. – No3. – C. 38-41.
14. Кучерявый А.Е. Самоорганизующиеся сети и новые услуги. // Электросвязь. – 2009. – No. 1. – С. 14-19.
15. Решение Государственной Комиссии по Радиочастотам при Министерстве Информационных Технологий и Связи Российской Федерации от 07 мая 2007 г. No 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия».
16. Решение Государственной Комиссии по Радиочастотам при Министерстве Связи и Массовых Коммуникаций Российской Федерации от 20 декабря 2011 г. No 11-13-02 (ред. от 13.10.2014) «Об утверждении Порядка проведения экспертизы возможности использования заявленных радиоэлектронных средств и их электромагнитной совместимости с действующими и планируемыми для использования радиоэлектронными средствами, рассмотрения материалов и принятия решений о присвоении (назначении) радиочастот или радиочастотных каналов в пределах выделенных полос радиочастот».
17. Овчинников С. Технологии локального позиционирования. // Технологии и средства связи. – 2014. – No3. – С. 26-30.
18. Исследование возможности локального позиционирования в беспровод- ных сетях IEEE 802.15.4. / Поникар А.В., Евсеев О.В., Анциперов В.Е., Мансуров Г.К. // Материалы IV Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь» – ИРЭ РАН, 2010. – Т. 29. – C. 914-918.
19. Ассур О.С., Филаретов Г.Ф. Методы позиционирования объектов в пространстве. // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Девятнадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (28 февраля – 1 марта 2013 г., Москва): Тез. докл. В 4 т. М.: Издательский дом МЭИ. Т. 2. C. 61-62.
20. Real time location system using Wi-Fi. / Denis T., Weyn M., Williame K., Schrooyen F. // Productive Technologies Whitepaper. – 2006.