14 Brezžične tehnologije za lokalizacijo Izračun časa obhoda sporočila FTM je prikazan z enačbo (4) [61], [62].
𝑅𝑇𝑇 = (𝑡4 − 𝑡1) − (𝑡3− 𝑡2) (4) Približek razdalje med oddajnikom in sprejemnikom dRTT se s pomočjo svetlobne hitrosti c izračuna z enačbo (5).
𝑑𝑅𝑇𝑇 =𝑅𝑇𝑇
2 ⋅ 𝑐 (5)
S približkom razdalje se tako lahko izvede več trilateracij za lokalizacijo mobilne naprave. Največji izziv pri merjenju obhodnega časa so meritve za signale izven vidnega polja.
2.3 Pomanjkljivosti pri uporabi globalnih navigacijskih satelitskih sistemov za lokalizacijo
Glavna prepreka pri uporabi že obstoječih globalnih navigacijskih satelitskih sistemov (angl. Global Navigation Satellite Systems – GNSS), ki se že uporabljajo za navigacijo in lokalizacijo v zunanjem prostoru, so ovire v vidnem polju radijskega signala in njegova relativno nizka moč pri sprejemniku. Število in višina stavb v urbanem okolju znatno zmanjša moč prejetega radijskega signala iz satelita. Poleg tega je za višjo stopnjo natančnosti treba sprejemati signal iz vsaj štirih satelitov. Ker so sateliti stalno v gibanju in največkrat tudi uporabnik, je vedno nemogoče vnaprej vedeti, kdaj oziroma če bo povezava med sateliti in mobilno napravo zanesljiva. Do leta 2011 se je za namene lokalizacije uporabljalo le 24 satelitov satelitskega sistema GPS. Leta 2011 je bil vzpostavljen ruski sistem GLONASS, leta 2016 evropski Galileo in leta 2018 kitajski BeiDou [63].
Povečanje števila satelitov je sprožilo potrebo po napravah, ki zmorejo prejemati in obdelovati signale več različnih satelitskih sistemov hkrati. Omogočilo je lažjo uporabo navigacijskih storitev končnim potrošnikom, vendar pa je za nekatere naprednejše načine uporabe, kot na primer avtonomna vožnja avtomobila in uporaba brezpilotnih letal, sistem še vedno pomanjkljiv. Zaradi konstantnih sprememb v prometu in okolju na tleh je stopnja kakovosti avtonomne vožnje pri avtomobilih zmanjšana. V primeru brezpilotnih zračnih plovil se težavam s fizičnimi ovirami izognemo, saj se nahajajo nad njimi in v direktnem vidnem polju satelitov. Se pa v tem primeru poveča kompleksnost in zahteva po moči plovil, da lahko dosežejo želeno nadmorsko višino [63].
Realnočasovna kinematika (angl. real-time kinematics – RTK) je potencialna rešitev za uporabnike sistemov GNSS na tleh. Deluje s pomočjo postaj, ki merijo lokalizirane zamude radijskih signalov GNSS in po potrebi oddajajo popravke sprejemnikom signala
15 Brezžične tehnologije za lokalizacijo pri uporabnikih, ki odpravijo zakasnitve. Tako lahko dosežejo centimetrsko natančnost.
Pomanjkljivost pri tovrstnih sistemih je še vedno potreba po signalu v vidnem polju naprav [63].
2.4 Uporaba vidne svetlobe za ugotavljanje položaja v notranjih prostorih
Uporaba naprav, ki za notranjo lokalizacijo potrebujejo radijske signale v skupnih frekvenčnih pasovih, lahko vodi v nasičenost signalov v prostoru. Poleg tega k nenatančnosti teh naprav prispevajo tudi presihanje, sipanje in odboji radijskega signala.
Z uporabo naprav, ki med seboj komunicirajo s signali v spektru vidne svetlobe z valovno dolžino med 375 nm in 780 nm, se tem težavam izognemo. Poleg nizke stopnje motenja z ostalimi napravami je ena glavnih prednosti tudi veliko večja teoretična pasovna širina, ki znaša 400 THz. Svetloba v tem spektru je omejena na območje posameznega notranjega prostora in ne potuje skozi stene. Tako je mogoča ponovna uporaba signalov istih frekvenc, ki bi se sicer med seboj motile, v sosednjih prostorih [64].
Uporaba svetlečih diod (angl. light emitting diode – LED) v primerjavi s tradicionalnimi svetilkami z žarilno nitko ali fluorescentnimi svetilkami nudi višjo energetsko učinkovitost, daljšo življenjsko dobo in višjo odpornost na zunanje dejavnike. Omogoča enostavno modulacijo oddane svetlobe, kar je uporabno za notranjo širokopasovno komunikacijo ali pa tudi pametno razsvetljavo [65], [66].
Algoritmi naprav, ki za komunikacijo uporabljajo vidno svetlobo (angl. visible light communication – VLC), so pretežno osnovani na oddaljenosti, zbiranju prstnih odtisov in triangulaciji [64]. Algoritmi so prikazani v diagramu na sliki 8.
Najenostavnejši in najmanj natančen je algoritem na osnovi bližine. Vsako posamezno svetilo LED se smatra kot bazna postaja z unikatnim identifikatorjem in pokriva določeno območje. Sprejemnik ima vnaprej nameščeno bazo identifikatorjev. Na podlagi teh podatkov se ugotovi položaj naprave. Kljub nizki natančnosti je tak način navigiranja primeren za uporabo v vsakdanjem življenju za ljudi z motnjami vida, navigacijo v trgovinah ali sledenju sredstev v bolnišnicah [67].
Pri zbiranju prstnih odtisov se relativna lokacija ugotavlja s primerjanjem zaznanih podatkov s podatki iz nepriključene baze. Ti zaznani podatki so lahko ugotovljeni s pomočjo meritev moči sprejetega signala. Metode na principu prstnih odtisov se deli med deterministične in verjetnostne. V determinističnih metodah je signal obravnavan kot skalarna vrednost in uporablja se metode povezovanja vzorcev. Pri verjetnostnih metodah se informacije hranijo kot verjetnostni vektorji, ki se jih z Bayesovo oceno obdela za ugotavljanje položaja. Za lokalizacijo se lahko uporabi tudi geometrijske lastnosti, poznane kot triangulacija in trilateracija.
16 Brezžične tehnologije za lokalizacijo Triangulacija je način ugotavljanja lege triangulacijske točke s pomočjo trikotniških pravil in dveh točk z znanima koordinatama. Trilateracija je način ugotavljanja lege trilateracijske točke s pomočjo presečišč navideznih krožnic, ki jih okoli svetilnikov tvorijo izračunane vrednosti razdalj. Pri trilateraciji se uporablja meritve TOA, TDOA in RSS, pri triangulaciji pa meritve kotov prihoda signala različnih baznih postaj.
Pri napravah z vidnimi senzorji so v sprejemnikih potrebne kamere oziroma drugi optični senzorji. Ta metoda ugotavlja položaje objektov na osnovi njihovih medsebojnih razdalj v prostoru in njihovih dvodimenzionalnih projekcij na kameri.
Poleg vseh posameznih metod pa se uporablja tudi njihove hibridne kombinacije, na primer hkratno merjenje moči sprejetih signalov in njihovih časovnih razlik, merjenje moči signalov kot osnova za strojno učenje, merjenje moči in kotov radijskih signalov ter merjenje moči in najmanjše srednje kvadratne napake (angl. minimum mean square error – MMSE).