نشرت تحت تصنيف ALL، Wireless Mobility

تقنيات تحديد المواقع في البيئة اللاسلكية



في البداية لابد ان نسأل أنفسنا هل تحتاج الشبكة اللاسلكية الي تحديد مواقع الأجهزة الموجودة بها

الإجابة تتمثل في مدي احتياج الشبكة اللاسلكية لخدمات تسمي Context-aware services

 

يطلق مصطلح Context-aware services في الشبكات اللاسلكية علي الخدمة التي تمكن الشبكة اللاسلكية من توفير خدماتها المختلفة للأجهزة المتصلة بها طبقا لوضعها و موقعها في الشبكة

علي سبيل المثال لو أنك تتجول في سوق مركزي يدعم خدمات Context-aware services و قمت بالإتصال بشبكته اللاسلكية بواسطة هاتف محمول أو أي جهاز لاسلكية يدعم WIFI فإنك ستتلقي تلقائيا رسائل من الشبكة تخص مثلا العروض و الخصومات و غيرها

مثال آخر لو أنك تتجول في مطار أو محطة قطارات و كلاهما يدعم خدمات Context-aware services و قمت بالولوج للشبكة اللاسلكية الخاصة بهما فإنك ستتلقي رسائل تخص مثلا حركات الوصول و المغاردة الخاصة بالطائرات أو القطارات و هكذا

إذن فإنك مع هذه الخدمة ستقوم بتلقي رسائل تخص الشبكة مقدمة لك خدمات معلوماتية أو تحذيرية أو غيرها بالضبط كما تفعله شركات الإتصالات معك

تسمي هذه الخدمات في شبكات الواي فاي بـ near real-time location systems (NRTLS) و هي بنفسم الإسم تقريبا في شركات الإتصالات الخلوية و يتم تمييزها هنا و تسمي بـ Wi-Fi NRTLS

و بالإضافة لذلك فإننا نستفيد من وجود هذه الخدمة في امكانية تعقب البضائع في المخازن أو حيوانات مزرعة أو تحرك أي شيء شرط أن يتم ربط هذا الشيء المراد تعقبه بنبيطه –جهاز أو شريحة – صغيرة يسمي radio frequency identification (RFID) Tag و هذه النبيطة توفر لنا بصمة لكل شيء نريد تعقب حركته .

Positioning Techniques


في عالم تحديد المواقع يوجد مصطلحان هما دقة التحديد accuracy و نسبة التحديد precision

فالدقة هي مدي قرب ما قد خمن أنه موقع شيء ما و النسبة هي دقة هذا التخمين عند تكراره أكثر من مرة

و تكون نسبة التحديد جيدة اذا كانت جميعها أو غالبها قريبة من الموقع الأصلي , و تكون الدقة جيدة اذا كانت قريبة من الوسط الحسابي لمجموع مرات نسب التحديد

و الشكل السابق يبين لك عدة احتمالات للدقة و النسبة و مدي خطأ و صواب كل منهم

و في الشبكة اللاسلكية نعتمد علي الدقة و النسبة في معرفة أماكن الأجهزة التي يراد تعقبها لضبط الخدمات الموجهة اليها و يتم استخدام أكثر من تقنية حسابية لتحديد أماكن الأجهزة بالشبكة

Cell of Origin


تعتبر هذه أول تقنيات تحديد الموضع طبقا للخلية التي سيدخل اليها الجهاز و لذلك تسمي ايضا nearest cell و لا تستخدم أي معدات إضافية أو عمليات حسابية فبمجرد ولوج الجهاز لشبكتك تستطيع معرفة مكانه التقريبي

في الشبكات التي تدعم عمليات Roaming يتم تحديد أيضا الخلية التي يتواجد بها الجهاز عبر عددة معايير أهمها رقم القناة و لابد أن نعرف ان برمجيات مثل CISCO WCS تؤدي دور رائع في هذا الأمر مستعينة طبعا باجهزة الكنترولر المتحكمة في الشبكة

و رغم ذلك فإن هذه التقنية ليست بالدقة الكافية لكونها تحدد فقط الحيز الذي يتواجد فيه الجهاز طبقا للخلية الذي سيلج اليها أي أننا نتكلم عن مدي مكاني قد تتراوح مساحته مائة متر أو أكثر إذن فدقة و نسبة نجاح تحديد الموضع precision – accuracy تعتبر قليلة جدا

Angulation Techniques


من أحد طرق حسابات الموضع هي طريقة زاوية التصادم angle of incidence أو زاوية الوصول angle of arrival AOA و في هذ الطريقة يتم معرفة موقع الجهاز من خلال الزاوية بين مساري اشارتين تم التقاطهما من الجهاز كما تري في الشكل السابق

و لكن كي نستفيد من طريقة AOA فلابد أن تكون هناك محطات لاسلكية مخصصة لإستقبال إشارات الأجهزة و تقوم بحسابات الزوايا للإشرارات الملتقطة و هذا لن يتم الا باستخدام هوائيات دوارة وحيدة الإتجاهات rotating directional antenna كتلك المستخدمة في أنظمة الرادار

و لتكون الحسابات أكثر دقة فلابد أن تتعدد محطات القياس و لابد أن تتشارك هذه الأجهزة التي ستقوم بحساب زوايا التقاط الإشارة في نقطة مرجعية واحدة تقوم علي أساسها بمقارنة قيم الزوايا لتحديد الموضع بشكل أكبر دقة

و تعتبر طريقة AOA فعالة جدا في حسابات الموضع في الشبكات الخارجية Outdoor لعدم وجود عوائق كثيرة تعمل انكسارات أو انعكاسات أو حيود أو استقطاب للإشارة أما في الشبكات الداخلية Indoor فبالإضافة الي عدم عملية و التكاليف الباهظة لتلك الطريقة فهي غالبا ما تعطي حسابات خاطئة و لذلك فهذه الطريقة لا تستخدم غالبا في 802.11-based location و لكنها تستخدم بشكل أكبر في أنظمة الملاحة للطيران aircraft navigation systems و تسمي هناك VHF omnidirectional ranging [VOR]

Time Techniques

في هذه الطريقة نستخدم الزمن للوصول الي موقع الجهاز و و تسمي time of arrival (ToA) أو time difference of arrival (TDoA) و الفرق بينهما في عملية تسمي المزامنة و لا داعي للخوض فيها حاليا

هنا سنقوم بحساب زمن وصول اشارة من جهاز نريد معرفة مكانه الي عدة أجهزة معروف مكانها و هي المحطات التي سنستخدمها لحساب المكان و ذلك كما تري في الصورة السابقة

تعتمد هذه الطريقة علي معرفة أن الإشارة تسير بسرعة C الضوء أي 300000 كم لكل ثانية و بحساب الزمن t الواصل الي الجهاز فإن المسافة D نستطيع حستبها بقانون الحركة الطبيعي D=C.t

بعد معرفة المسافة فإن اتجاه هذه المسافة غير معروف بعد فلذلك تقوم هذه المحطات بمراسلة جهاز تحديد الموقع location station فيقوم برسم محيط وهمي حول المحطة التي حددت المسافة بنصف قطر هو تلك المسافة المحسوبة

و مع تعدد الإشارات الواصلة من أكثر من محطة و مع رسم محيط وهمي لكل مسافة محسوبة تتقاطع هذه المحيطات في نقطة واحدة هي نفسها موضع الجهاز و تسمي طريقة التقاطع هذه ب التثليث المساحي trilateration كما تري في الشكل السابق

و لأن طريقة الحساب هذه تتعامل مع قيم كبيرة جدا مثل سرعة الضوء و قيم صغيرة جدا زمن وصول الموجة فإن هذه الطريقة لا تصلح لدينا في أجهزة الواي فاي الغير مخصصة للتعامل مع أمظمة بهذه الدقة

و لكن هذا النظام مطبق بنفس الطريقة في أنظمة (Global Positioning Systems (GPS و الذي يستخدم محطات رصد عبارة عن ثلاث أقمار صناعية تقوم بمزامنة المواقع فيما بينها و ارسالها الي محطات تحديد المواقع

RSS Lateration


التقنيات السابقة قد لا تستخدم في شبكات الواي فاي اما لضعفها أو لتعقيد بعضها و تعتبر تقنية RSS Lateration الأفضل استخداما في شبكات الواي فاي حيث يتم مقارنة قوة الإشارات الواصلة received signal strength indicator RSSI الي جهاز حساب الموضع

و يتم الحساب بنفس منطق الحساب في تقنية time of arrival (ToA) الا أن الفرق أن جهاز حساب الموضع و الذي قد يكون الكنترولر أو الكسس بيونت يكون مهيئا اصلا لحساب و مقارنة شدة الإشارة علي عكس تعامله مع TOA

مع العلم كلما زاد عدد الأكسس بوينت التي تقوم بحسابات RSS للأجهزة اللاسلكية فإن دقة الحسابات تكون أكبر و يفضل هنا استخدام سيرفر خاص لهذا الأمر يقوم بعمل قاعدة بيانات لمواضع التواجد للأجهزة و من ثم يقوم بعمل حسابات االموضع

و تسمي هذه الطريقة Pattern Recognition حيث تقوم بتقسيم الشبكة الي مكعبات فراغية و يتم التعامل معها بإحداثيات

و رغم ذلك كله فإن هذه الطريقة تعاني من بعض السلبيات و التي تتمثل في العوائق التي تعترض الإشارة مثل الحيود و الإنعكاس و الإنكسار و الإستقطاب و تعدد المسارات و كلها تؤثر في قوة الإشارة فتعطي قراءات ليست بالدقة المطلوبة للموقع الحقيقي

بالإضافة لذلك فإن وجود تقنية radio resources management (RRM) التي تغير من طاقة الأجهزة المنتشرة تؤثر بالتالي علي دقة تحديد الموضع الا أن معرفة الكنترولر و السيرفر بحسابات RPM قد يتخطي تلك السلبية بالإضافة الي زيادة عدد الأكسس بوينت

يتم استخدام ايضا بصمة مخصصة لكل بيئة RF Fingerprinting

تسمي loss signature و هي عبارة عن معادلة بمعاملات تخص أي وسط تسمي path-loss equation

PL = PL1meter + 10log( Dn ) + S

حيث PL هي فقد المسار path loss عند مسافة ما

PL1 هي فقد المسار عند مسافة 1 متر

S و n هي قيمة متغيرة تخص كل وسط

D المسافة

و هذه قيم خاصة بعدة أوساط

Cubes and walled offices (PL1meter = –40 dB for 2.4 GHz, –47 dB for 5 GHz, n = 3.6)

Drywall offices only (PL1meter = –40 dB for 2.4 GHz, –47 dB for 5 GHz, n = 3.8)

Indoor high ceiling (PL1meter = –40 dB for 2.4 GHz, –47 dB for 5 GHz, n = 3.3)

Outdoor deployment (PL1meter = –40 dB for 2.4 GHz, –47 dB for 5 GHz, n = 2.77)

تقوم أجهزة سيسكو بعد الأخذ في الإعتبار لهذه الحسابات بضبط طريقة حساب RSS بإستخدام عدة تقنيات مثل Minimum Mean Square Error (MMSE) و Minimum Variance Estimation (MVE) . قد نتكلم عنهم لاحقا بإذن الله في مقالة خاصة

نادر المنسي


المعلق:

مهندس عربي يطمح و يساعد في الرقي بالمحتوي العربي للتكنولوجيا عبر ترجمة و اعداد مقالات و كتب علمية في مجال الشبكات و الإتصالات السلكية و اللاسلكية

رأيان على “تقنيات تحديد المواقع في البيئة اللاسلكية

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار وردبرس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s