Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, có khá nhiều hệ thống nhờ vào sự phát triển đa dạng của các công nghệ truyền thông không dây (Global Positioning System GPS, WiFi, Bluetooth, ZigBee, Ultrasounds, Infrared, vv…) có thể được sử dụng cho việc định vị vị trí. Hệ thống định vị toàn cầu GPS được biết đến với khả năng định vị rất tốt để chỉ đường đi, hoặc bất kỳ nơi nào trên phạm vi rộng lớn. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của hệ thống định vị GPS là trong những trường hợp cụ thể ví dụ như trong một tòa nhà, vị trí chính xác của một thiết bị so với tòa nhà là không thể xác định chính xác được.Hệ thống định vị trong nhà (Indoor Positioning System IPS) 7 có khả năng giải quyết tốt vấn đề này, một trong những thách thức lớn nhất của hệ thống định vị trong nhà là phải xác định chính xác vị trí sử dụng các thiết bị thông minh (Phone, PC, vv..) do vậy vấn đề gặp phải là tính ổn định, chi phí cao, công suất tiêu thụ lớn cũng như độ chính xác thấp.Để giải quyết vấn đề này đã có nhiều nghiên cứu thiết kế và thực hiện định vị trong nhà dựa trên mức cường độ tín hiệu thu nhận (Receive Signal Strength Indicator RSSI), kết hợp với công nghệ Bluetooth Low Energy 4.0 (BLE) đã khắc phục được những nhược điểm của các công nghệ Bluetooth trước đây 11, với các ưu điểm nỗi bật như: Siêu tiết kiệm năng lượng, cho phép thiết bị hoạt động trong vài năm chỉ với một viên pin nhỏ bằng đồng xu (coincell battery); hoạt động ổn định trong phạm vi 10m.Tiểu luận này trình bày về “Định vị trong nhà sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy”, ví dụ như khi bạn bước vào một tiệm sách để tìm một cuốn sách hiếm nào đó, thay vì phải tìm và hỏi nhân viên bán hàng, bạn chỉ việc sử dụng điện thoại di động thông minh để tìm tên tựa sách hoặc tên tác giả và rồi một bản đồ trong nhà sách sẽ xuất hiện và chỉ cho bạn đúng kệ sách có trưng bày cuốn sách cần tìm. Đó là ví dụ khá điển hình của một ứng dụng chuyên định vị trong nhà sử dụng công nghệ BLE. Kết quả là người tiêu dùng sẽ thuận tiện hơn trong việc mua sắm, không bị “lạc” trong tòa nhà đó và biết chính xác tình trạng của thứ mình cần.
Võ Minh Phụng MSHV: 1670777 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG -o0o - BÁO CÁO TIỂU LUẬN ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLUETOOTH LOW ENERGY GVHD: TS Trịnh Xuân Dũng HVTH: Võ Minh Phụng MSHV: 1670777 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2017 i Võ Minh Phụng MSHV: 1670777 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo tiểu luận này, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Trịnh Xuân Dũng tận tâm hướng dẫn qua buổi học lớp buổi nói chuyện, trình bày lĩnh vực, nghiên cứu khoa học công nghệ viễn thông Bài báo cáo thực khoảng thời gian gần tuần tìm hiểu công nghệ Do không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy bạn lớp học để kiến thức ngày hoàn thiện Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng năm 2017 Sinh viên Võ Minh Phụng ii Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng TÓM TẮT TIỂU LUẬN Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) biết đến với khả định vị tốt để đường đi, nơi phạm vi rộng lớn Tuy nhiên, nhược điểm lớn hệ thống định vị GPS trường hợp cụ thể ví dụ tòa nhà, vị trí xác thiết bị so với tòa nhà xác định xác Hệ thống định vị nhà (Indoor Positioning System - IPS) có khả giải tốt vấn đề này, thách thức lớn hệ thống định vị nhà gặp phải tính ổn định, chi phí cao, công suất tiêu thụ lớn Việc kết hợp với công nghệ Bluetooth Low Energy 4.0 (BLE) khắc phục nhược điểm trên, với ưu điểm nỗi bật như: Tiết kiệm lượng, tính ổn định cao, cho phép thiết bị hoạt động vài năm với viên pin nhỏ đồng xu (Coin-cell Battery) Tiểu luận trình bày “Định vị nhà sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy”, ví dụ bạn bước vào tiệm sách để tìm sách đó, thay phải tìm hỏi nhân viên bán hàng, bạn việc sử dụng điện thoại di động thông minh để tìm tên tựa sách tên tác giả đồ nhà sách xuất cho bạn kệ sách có trưng bày sách cần tìm iii Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng MỤC LỤC GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Nhiệm vụ tiểu luận CÔNG NGHỆ BLUETOOTH LOW ENERGY 2.1 Bluetooth Low Energy Protocol Stack 2.2 Các kiểu thiết bị Bluetooth 4.0 CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ HIỆN NAY ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLE 4.1 Thuật toán định vị nhà .7 4.1.1 Cell of Origin (COO) / Cell ID (CID) 4.1.2 Signal Level Triangulation 4.1.3 Angle of Arrival (AOA) .9 4.2 Nguyên lý hoạt động định vị nhà sử dụng BLE 4.3 Các ứng dụng định vị nhà sử dụng BLE .12 4.3.1 Các dịch vụ định vị .12 4.3.2 Cảnh sát lính chữa cháy 13 4.3.3 Thư viện, bảo tàng, khu thương mại 13 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 13 5.1 Kết luận .13 5.2 Hướng phát triển .14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 iv Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA Hình 2-1: Cấu trúc Bluetooth Low Energy 4.0 .3 Hình 2-2: Các kiểu cấu hình phần cứng Hình 2-3: Các kiểu thiết bị Bluetooth 4.0 .5 Hình 3-1: Các công nghệ định vị nhà Hình 4-1: Công nghệ định vị Cell of Origin Hình 4-2: Công nghệ định vị nhà Signal Level Triangulation Hình 4-3: Công nghệ định vị Angle of Arrival .9 Hình 4-4: Sử dụng thuật toán Triangulation để xác định vị trí thiết bị 10 Hình 4-5: Mối quan hệ khoảng cách RSSI 12 Hình 4-6: Các ứng dụng định vị nhà 13 v Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT AOA Angle of Arrival AP Access Point ATT Attribute Protocol BluetoothSIG Bluetooth Special Interest Group BLE Bluetooth Low Energy CID Cell ID COO Cell of Origin GPS Global Positioning System HCI Host Controller Interface IR Infrared ID Identification IPS Indoor Positioning System L2CAP Logical Link Control and Adaption Protocol LAN Local Area Network PN Personal Network PAN Personal Area Network GAP Generic Access Profile GATT Generic Attribute Profile GSM Global System Mobile IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers RF Radio Frequency RSS Received Signal Strength RSSI Received Signal Strength Indicator TOA Time of Arrival SIG Special Interest Group SOC System on chip WLAN Wireless Local Area Network vi Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Ngày nay, có nhiều hệ thống nhờ vào phát triển đa dạng công nghệ truyền thông không dây (Global Positioning System - GPS, Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Ultrasounds, Infrared, vv…) sử dụng cho việc định vị vị trí Hệ thống định vị toàn cầu GPS biết đến với khả định vị tốt để đường đi, nơi phạm vi rộng lớn Tuy nhiên, nhược điểm lớn hệ thống định vị GPS trường hợp cụ thể ví dụ tòa nhà, vị trí xác thiết bị so với tòa nhà xác định xác Hệ thống định vị nhà (Indoor Positioning System - IPS) có khả giải tốt vấn đề này, thách thức lớn hệ thống định vị nhà phải xác định xác vị trí sử dụng thiết bị thông minh (Phone, PC, vv ) vấn đề gặp phải tính ổn định, chi phí cao, công suất tiêu thụ lớn độ xác thấp Để giải vấn đề có nhiều nghiên cứu thiết kế thực định vị nhà dựa mức cường độ tín hiệu thu nhận (Receive Signal Strength Indicator - RSSI), kết hợp với công nghệ Bluetooth Low Energy 4.0 (BLE) [1, 2] khắc phục nhược điểm công nghệ Bluetooth trước đây, với ưu điểm nỗi bật như: Siêu tiết kiệm lượng, cho phép thiết bị hoạt động vài năm với viên pin nhỏ đồng xu (coin-cell battery), hoạt động ổn định phạm vi 10m Tiểu luận trình bày “Định vị nhà sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy”, ví dụ bạn bước vào tiệm sách để tìm sách đó, thay phải tìm hỏi nhân viên bán hàng, bạn việc sử dụng điện thoại di động thông minh để tìm tên tựa sách tên tác giả đồ nhà sách xuất cho bạn kệ sách có trưng bày sách cần tìm Đó ví dụ điển hình ứng dụng chuyên định vị nhà sử dụng công nghệ BLE Kết người tiêu dùng thuận tiện việc mua sắm, không bị “lạc” tòa nhà biết xác tình trạng thứ cần Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng 1.2 Tình hình nghiên cứu nước Đã có nhiều nghiên cứu nước “Định vị nhà sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy” Trong [3, 4] tác giả nghiên cứu phương pháp định vị nhà sử dụng Bluetooth Low Energy Beacons, việc định vị nhà trở thành chủ đề nghiên cứu quan trọng có nhiều ứng dụng Internet of Things, sử dụng BLE hỗ trợ hầu hết thiết bị thông minh có ưu điểm như: Kích thước nhỏ, giá thành thấp, tiết kiệm lượng,… Trong [5] tác giả sâu nghiên cứu chủ yếu công nghệ định vị nhà như: “Wi-Fi indoor positioning” “Bluetooth beacons” từ đưa ưu điểm thiết thực công nghệ định vị nhà sử dụng BLE Bài báo [6, 7] nghiên cứu cho thấy tính xác sử dụng BLE định vị vị trí nhà, viết đưa thuật toán kết thực nghiệm để chứng minh tính hiệu công nghệ 1.3 Nhiệm vụ tiểu luận Tiểu luận trình bày công nghệ Bluetooth Low Energy với thông số kỹ thuật, ưu điểm vào giới thiệu hệ thống định vị nhà sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy, tìm hiểu thông qua nghiên cứu thực nước từ đưa điểm bật đề tài Nội dung 1: Tìm hiểu công nghệ Bluetooth Low Energy (BLE) Nội dung 2: Tìm hiểu công nghệ định vị nhà Nội dung 3: Kết luận nhận xét CÔNG NGHỆ BLUETOOTH LOW ENERGY Bluetooth Low Energy (viết tắt BLE) hay gọi Bluetooth 4.0, công nghệ truyền liệu không dây tầm ngắn phát triển Special Interest Group Bluetooth (SIG) Trước đây, lý khiến người ta ngại bật Bluetooth tốn nhiều lượng, lại gây nóng thiết bị hoạt động liên tục Tuy nhiên, Bluetooth 4.0 khắc phục nhược điểm Một cải thiện vượt trội BLE gần máy tiêu hao lượng thấp dù bạn có bật liên tục [8, 9] Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng 2.1 Bluetooth Low Energy Protocol Stack Bluetooth Protocol Stack [10] giao thức dạng ngăn xếp cho phép thiết bị Bluetooth thiết lập, kết nối, truyền nhận liệu với Tương tự cấu trúc Classic Bluetooth, giao thức ngăn xếp BLE bao gồm ba thành phần sau: - Bộ điều hiển (Controller): Là lớp Bluetooth Protocol Stack, bao gồm chức truyền nhận radio - Phần chủ (Host): Các lớp Bluetooth Protocol Stack - Khối giao diện (Interface): Làm nhiệm vụ kết nối phần chủ điều khiển Cấu trúc mô tả hình 2-1 Hình 2-1: Cấu trúc Bluetooth Low Energy 4.0 Bộ điều khiển bao gồm lớp vật lý (Physical Layer), lớp liên kết (Link Layer) thường tích hợp vào chip nhỏ với phát sóng (System on Chip - SOC) Phần Host chạy xử lý ứng dụng bao gồm khối chức lớp bao gồm: Báo cáo tiểu luận - SVTH: Võ Minh Phụng Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP): Nhiệm vụ L2CAP để dồn kênh liệu ba lớp giao thức cao bao gồm ATT, SMP Link Layer - Attribute Protocol (ATT): ATT giao thức dùng để truyền thông hai thiết bị hoạt động mô hình chủ (server) khách (client) Server lưu trữ tập hợp thuộc tính liệu, thuộc tính cấu trúc liệu lưu trữ thông tin GATT quản lý Client truy cập vào thuộc tính máy chủ cách gửi yêu cầu truy xuất đến server - Generic Attribute Profile (GATT): GATT khung liệu sử dụng để ATT trao đổi đặc tính từ thiết bị đến thiết bị khác Đặc tính tập hợp liệu bao gồm giá trị thuộc tính liệu - Security Manager Protocol (SMP): BLE cung cấp dịch vụ bảo mật để bảo vệ trao đổi thông tin hai thiết bị kết nối với Các thông tin bảo mật hình thức mã hóa xác thực có độ tin cậy cao - Generic Access Profile (GAP): GAP sử dụng để ghép nối kết nối thông tin với thiết bị khác Ba khối thiết bị Bluetooth tích hợp vào phần cứng theo nhiều kiểu khác nhau, kiểu cấu hình phần cứng hình dưới: Hình 2-2: Các kiểu cấu hình phần cứng Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng 2.2 Các kiểu thiết bị Bluetooth 4.0 Hình 2-3: Các kiểu thiết bị Bluetooth 4.0 Như hình ta thấy, thiết bị BLE gồm hai loại Bluetooth Smart Bluetooth Ready [10] - Bluetooth Smart (Single Mode): Chỉ giao tiếp với thiết bị Bluetooth Smart Bluetooth Smart Ready - Bluetooth Smart Ready (Dual Mode): Có thể giao tiếp loại thiết bị Bluetooth Bluetooth Smart, Bluetooth Smart Ready Classic Bluetooth CÁC CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ HIỆN NAY Hiện nay, có nhiều cá nhân, tổ chức nghiên cứu phương pháp định vị nhà, phương pháp có công nghệ kèm với Trong nghiên cứu [11] liệt kê số công nghệ dùng trình định vị nhà sau: Công nghệ định vị sử dụng tia hồng ngoại: Công nghệ xác định khoảng cách từ thiết bị phát tia hồng ngoại tới thiết bị thu tia hồng ngoại Với nguồn phát tia hồng ngoại vị trí khác nhau, thiết bị thu xác định vị trí Điểm yếu công nghệ tia hồng ngoại có sức lan tỏa yếu, dễ bị hấp thụ môi trường khác, khó có khả phát tia hồng ngoại bán kính 5m Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng Công nghệ định vị sử dụng sóng siêu âm: công nghệ có điểm yếu sử dụng sóng siêu âm, thiết bị thu phát có mức giá cao nên áp dụng đa số trường hợp Công nghệ định vị sử dụng Bluetooth: công nghệ có mức phổ biến cao so với công nghệ trước Bluetooth sử dụng phổ biến điện thoại thông minh lại không phổ biến thiết bị cầm tay khác nhược điểm công nghệ Hình 3-1: Các công nghệ định vị nhà ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLE Một hệ thống định vị nhà (Indoor Positioning System – IPS) hệ thống xem xét môi trường định vị bên tòa nhà Các vị trí người sử dụng thiết bị họ mạng cá nhân (Personal Network – PN) xác định cách đo vị trí thiết bị di động họ nhà Có nhiều loại cảm biến được sử dụng để phát tính hiệu điện từ tính chất loại công nghệ khác Các thiết bị cảm biến chuyển đổi tín hiệu thu sang giá trị khoảng cách góc Từ xác định vị trí thiết bị di động nhà dựa thuật toán xây dựng sẵn Có điểm khó khăn việc định vị nhà thay đổi ôi trường liên tục, thiết bị nhà thay đổi vị trí, tác động tới lan tỏa tín hiệu Đó lý lớn ngăn cản hệ thống định vị nhà áp dụng môi trường khác Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng Việc sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy cho phép kết nối thiết bị tạo thành mạng cá nhân không dây (Wireless Personal Area Network – PANs), giúp hỗ trợ việc truyền nhận liệu qua khoảng cách ngắn thiết bị di động cố định Bluetooth đạt tốc độ truyền liệu lên tới 720 Kbps phạm vi 10m – 100m, giải tần số 2,4 GHz [9] 4.1 Thuật toán định vị nhà 4.1.1 Cell of Origin (COO) / Cell ID (CID) Đây công nghệ đơn giản để tìm vị trí thiết bị [13], với công nghệ dễ dàng xác định điểm truy cập (Access Point – AP) mà thiết bị cần tìm vị trí kết nối vào Các thông tin dùng để tính toán vị trí thiết bị di động tính hiệu nhận từ trung tâm điện thoại từ điểm nhận tín hiệu (ví dụ Beacons BLE) Bằng việc sử dụng thông tin vị trí trạm phát mức cường độ tín hiệu thu ta xác định vị trí thiết bị Hình 4-1: Công nghệ định vị Cell of Origin Độ xác công nghệ phụ thuộc vào phạm vi hoạt động trung tâm phát tín hiệu Ví dụ, với mạng GSM trạm phát phát tín hiệu phạm vi có bán kính hàng trăm mét đến vài chục kilomet, máy điện thoại xác định sử dụng sóng trạm phát xác định nằm khu vực phát sóng Ưu điểm: Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng Chi phí thấp Đáp ứng nhanh chóng, khả xác định vị trí nhanh Hệ thống định vị sử dụng thiết bị phổ biến Khuyết điểm: Độ xác thấp vào phụ thuộc vào mật độ khoảng cách trạm thu phát 4.1.2 Signal Level Triangulation Trong công nghệ này, vị trí thiết bị cần định vị xác định cách sử dụng mức cường độ tín hiệu giảm xuống khoảng cách AP thiết bị di động tăng lên [13] Trong điều kiện môi trường lý tưởng, mức cường độ tín hiệu phát từ AP có dạng hình tròn Nếu biết mối quan hệ mức cường độ sóng khoảng cách AP với thiết bị di động khoảng cách AP thiết bị di động xác định Hình 4-2: Công nghệ định vị nhà Signal Level Triangulation Như thiết bị di động nằm đường tròn có bán kính khoảng cách xác định với ba AP, thiết bị xác định vòng tròn hình vẽ Tuy nhiên, môi trường thực tế môi trường lý tưởng, sóng phát từ AP hình tròn, sóng không phát đồng theo hướng kết từ phương pháp có sai số thực tế Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng 4.1.3 Angle of Arrival (AOA) Trong công nghệ AOA [13], trạm thu phát trang bị chuỗi anten liên tiếp góc nhìn tới thiết bị di động trạm phát xác định Dựa số đo góc nhìn trạm phát, vị trí thiết bị di động hoàn toàn xác định (như hình 4-3) Phương pháp yêu cầu trạm phát phải có hệ thống anten liên hoàn trạm phát thông thường không cần đáp ứng yêu cầu Ngoài ra, phương pháp sóng truyền theo từ đường thẳng từ trạm phát đến thiết bị di động Do môi trường không đồng bị phản xạ sóng kết thu từ phương pháp không đảm bảo độ xác Ưu điểm: AOA hỗ trợ hầu hết thiết bị cầm tay Khuyết điểm: Các trạm thu phát cần phải nâng cấp thiết bị phù hợp Yêu cầu phần cứng lớn phức tạp Hình 4-3: Công nghệ định vị Angle of Arrival 4.2 Nguyên lý hoạt động định vị nhà sử dụng BLE Các thiết bị Bluetooth kết nối với thành mạng Ad-hoc Network (MANET) thông qua nút phát sóng (Nodes Broadcasting), việc kết nối thành mạng Ad-hoc giúp hệ thống định vị tự động cập nhật thay đổi vị trí [12] Vị trí người vật thể hàng hóa, theo dõi định vị trị trí dựa thiết bị di động (hầu hết Smartphone), ứng dụng dựa tín hiệu nhận từ nút BLE thiết bị gửi mã nhận dạng ID nó, nút Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng cung cấp vùng tín hiệu bao phủ khoảng 15m khoảng cách kết nối nút 6m Vị trí nút giả sử vị trí (X1, Y1), (X2, Y2)…(X5, Y5) Cường độ tín hiệu nhận truyền đến đám mây lưu trữ sử dụng thuật toán Signal Level Triangulation để đưa vị trí xác đối tượng di chuyển nhà Trong [1, 2] tác giả dựa mô hình truyền sóng phổ biến để mô tả mối quan hệ cường độ tín hiệu khoảng cách Theo cường độ tín hiệu nhận RSSI định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.11, tỉ số công suất truyền công suất nhận tính theo đơn vị dBm RSSIdBm = -10.n.log10(d) + A Trong đó: n số tín hiệu truyền sóng d khoảng cách từ người gửi A cường độ tín hiệu nhận từ khoảng cách 1m Từ công thức ta đưa mối quan hệ khoảng cách d RSSI sau: dm = 10(RSSI-A)/(-10.n) Hình 4-4: Sử dụng thuật toán Triangulation để xác định vị trí thiết bị 10 Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng Với mô hình này, xác định vị trí cách sử dụng thuật toán Triangulation Đối với vị trí nút thu phát có tập hợp bảng danh sách cường độ tín hiệu từ nút có vị trí vật lý khác (X1, Y1), (X2, Y2)…(X5, Y5) Các vị trí đưa từ điểm truy cập thường có mức cường độ tín hiệu thu nhận khác thay đổi liên tục môi trường, theo công thức với thay đổi làm cho cường độ tín hiệu nhận khoảng cách dm thay đổi Nếu mức tín hiệu từ ba trạm gốc khác vị trí thiết bị di động vị trí xấp xỉ giao điểm ba đường tròn Việc bổ sung nhiều điểm truy cập giúp tính toán khoảng cách với gia tăng độ xác cao Hình 4-4 mô tả việc sử dụng thuật toán Triangulation để xác định vị trí thiết bị, giả sử thiết bị thông minh có khả xác định xác khoảng cách ri với i € {1, 2, 3}, vòng tròn có bán kính ri vẽ quanh nút phát Giao điểm ba vòng tròn có bán kính r1, r2, r3 xác định vị trị cần tìm (X5, Y5) nhờ việc giải hệ phương trình sau đây: (x – x1)2 + (y – y1)2 = r12 (x – x2)2 + (y – y2)2 = r22 (x – x3)2 + (y – y3)2 = r32 Trong nghiên cứu [2] tác giả thực dự án định vị nhà với BLE, với thông số kỹ thuật phần cứng bên đưa mối quan hệ khoảng cách với mức cường độ tín hiệu nhận RSSI Qua khoảng cách xa mức cường độ tín hiệu nhận giảm (hình 4-5) Phần cứng tạo thành từ hai phần sau: - Khối truyền (Transmission Unit): Các nút phát tính hiệu CC2540 (Bluetooth Technology 4.0) Nguồn nuôi 3.7V (Battery) Led (Indicator) 11 Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng CC2540 sản xuất từ Texas Instrument Microcontroller, với ưu điểm mang lại tiêu tốn công suất thấp, độ ổn định cao Các nút phát có khả phát khung tín hiệu khoảng thời gian 400ms - Khối nhận (Receiver Unit): Sử dụng thiết bị thông minh có hỗ trợ công nghệ Bluetooth 4.0 để đo mức cường độ tín hiệu RSSI sau sử dụng thuật toán tam giác để tìm vị trí đối tượng gần DISTANCE AND RSSI CC2450 BLE 1m 4m -80 -80 -79 7m 10 -88 -86 -87 11m -42 -52 -73 -85 -94 Hình 4-5: Mối quan hệ khoảng cách RSSI 4.3 Các ứng dụng định vị nhà sử dụng BLE Trong nghiên cứu [11] tác giả đưa ứng dụng định vị nhà sử dụng công nghệ BLE sau : 4.3.1 Các dịch vụ định vị Việc sử dụng định vị nhà giúp tìm kiếm địa điểm văn phòng, tòa nhà lớn, trường đại học, khu trung tâm quản lý vị trí vật dụng nhà cách nhanh chóng, thuận tiện Trong bệnh viện hệ thống định vị sử dụng để theo dõi bệnh nhân, y tá, bác sĩ hay chí định vị thiết bị dụng cụ đắt tiền bệnh viện Theo dõi hành lý sân bay, giao nhận, vận chuyển hàng hóa 12 Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng 4.3.2 Cảnh sát lính chữa cháy Định vị nhà có khả cung cấp lợi ích quan trọng việc thực thi pháp luật, dịch vụ cứu hộ chữa cháy, ví dụ việc phát vị trí lính cứu hỏa thực công việc họ nhà cháy dội Cảnh sát dễ dàng truy bắt tên cướp giật vật có giá trị gắn thẻ định vị Hoặc sử dụng định vị để phát vị trí chó cảnh sát tìm chất nổ vị trí tòa nhà rộng lớn Hình 4-6: Các ứng dụng định vị nhà 4.3.3 Thư viện, bảo tàng, khu thương mại Có nhiều ứng dụng công nghệ định vị nhà sử dụng vị trí chẳng hạn bảo tàng hội chợ, hệ thống định vị giúp tìm xác vị trí gian hàng bán sản phẩm cần tìm, theo dõi, giám sát số lượng khách vào cổng Chỉ vị trí xác sách thư viện trang phục cần bán kèm với thông tin khuyến chi tiết đến cho khách hàng cách nhanh chóng Tìm người hay tìm chỗ mua sắm, hỗ trợ đỗ xe nhà KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận “Hệ thống định vị nhà sử dụng công nghệ Bluetooth Low Energy” đem lại đột phá hệ thống định vị nhà Công nghệ sử dụng 13 Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng rộng rãi văn phòng, gia đình hay khu công nghiệp nhờ ưu điểm vượt trội mà mang lại Hơn nữa, sử dụng BLE tầm gần giúp hệ thống bị ảnh hưởng thiết bị đặt môi trường hoạt động như: WLAN, GSM, radio,… công nghệ BLE trở thành công nghệ tương lai việc định vị vị trí nhà 5.2 Hướng phát triển Ngoài ưu điểm nỗi bật yếu tố cần thiết để phát triển cho hệ thống định vị nhà: Hiệu hoạt động: Hệ thống định vị hoạt động tốt phải đưa thông tin vị trí cách xác Các tiêu chuẩn khác để đo hiệu hoạt động độ trễ, lực hoạt động, độ bao phủ tính mở rộng hệ thống Yêu cầu ứng dụng: Các yêu cầu chình gọn nhẹ, tính hiệu tính khả thi Các yêu cầu thay đổi ứng dụng khác Sự gọn nhẹ hiểu theo hai khía cạnh thời gian không gian Theo thời gian nhanh chóng hệ thống, theo không gian mực độ chi tiết thông tin nhận Tính bảo mật: Hệ thống định vị hoạt động đồng ý người dùng có quyền đưa yêu cầu Ngoài ra, hệ thống định vị không phép sử dụng thông tin cá nhân không cho phép tiết lộ thông tin đại điểm họ 14 Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Yapeng Wang, Yutian Zhao, Yue Liu, “Bluetooth Positioning using RSSI and Triangulation Methods”, IEEE 10th Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), 2016 [2] Mohamed Er Rida, Fuqiang Liu, Yassine Jadi, “Indoor location position based on Bluetooth Signal Strength”, IEEE International Conference on Information Science and Control Engineering, 2015 [3] Yuan Zhuang, Jun Zang, You Li, “Smartphone-Based Indoor Localization with Bluetooth Low Energy Beacons”, National ASIC System Engineering Research Center, Southeast University, 26 April 2016, pp 1-3 [4] R Faragher, R Harle, “An Analysis of the Accuracy of Bluetooth Low Energy for Indoor Positioning Applications”, University of Cambridge, UK, 2016 [5] Dmitry Namiot, “On Indoor Positioning”, International Journal of Open Information Technologies, ISSN: 2307-8162 vol 3, no 3, 2015 [6] Joonghong Park, Jaehoon Kim, Sungwon Kang, “BLE-Based Accurate Indoor Location Tracking For Home and Office”, Computer Science & Information Technology, 2016 [7] Yanying Gu, Anthony Lo, Ignas Niemegeers, “A Survey of Indoor Positioning Systems for Wireless Personal Networks”, IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS & TUTORIALS, VOL 11, NO 1, FIRST QUARTER 2009 [8] Farid Orujov, Rytis Maskeliunas, “Comparative Analysis of the Indoor Positioning Algorithms using Bluetooth Low Energy Beacons”, Multimedia Engineering Department, Faculty of Informatics, Kaunas University of Technology, 2015 [9] Stalinbabu Thummalapalli, “BLE Indoor Positioning”, School of Information Science, Computer and Electrical Engineering, Halmstad University, September 2012 15 Báo cáo tiểu luận SVTH: Võ Minh Phụng [10] Carles Gomez, Joaquim Oller, Josep Paradells, “Overview and Evaluation of Bluetooth Low Energy: An Emerging Low-Power Wireless Technology”, Universitat Politècnica deCatalunya, 29 August 2012 [11] Dr Rainer Mautz, “Indoor Positioning Technologies”, Institute of Geodesy and Photogrammetry, Department of Civil, Environmental and Geomatic Engineering, ETH Zurich, February 2012 [12] Kiran Thapa, Steven Case, “An Indoor Positioning Service for Bluetooth Ad Hoc Networks”, Department of Computer & Information Sciences Minnesota State University, 2016 [13] Stalinbabu Thummalapalli, “Wi-Fi Indoor Positioning”, School of Information Science, Computer and Electrical Engineering, Halmstad University, September 2012 16 ... định, chi phí cao, công suất tiêu thụ lớn Việc kết hợp với công nghệ Bluetooth Low Energy 4.0 (BLE) khắc phục nhược điểm trên, với ưu điểm nỗi bật như: Tiết kiệm lượng, tính ổn định cao, cho phép... tự cấu trúc Classic Bluetooth, giao thức ngăn xếp BLE bao gồm ba thành phần sau: - Bộ điều hiển (Controller): Là lớp Bluetooth Protocol Stack, bao gồm chức truyền nhận radio - Phần chủ (Host):... khiển bao gồm lớp vật lý (Physical Layer), lớp liên kết (Link Layer) thường tích hợp vào chip nhỏ với phát sóng (System on Chip - SOC) Phần Host chạy xử lý ứng dụng bao gồm khối chức lớp bao gồm: