Спутниковая технология GPS отлично подходит для автомобильных навигаторов и отслеживания ракет, но в зданиях она практически не работает. Существуют различные «костыли» для навигации внутри помещений — триангуляцией от постоянно меняющих свои координаты окружающих хотспотов, через радиомаячки и т.д. Но вряд ли какой-то из этих способов сравнится по простоте в использовании и точности с новой технологией Chronos, разработанной в Массачусетском технологическом институте. Система Chronos работает работает до гениального просто и эффективно. Основная идея в том, что приёмник и передатчик Wi-Fi эмулируют мультигигагерцовые широкополосные радиостанции и одновременно транслируют сигнал сразу во всех доступных диапазонах. В районе 2,4 ГГц и 5 ГГц есть 35 частотных диапазонов, на которых происходит трансляция.
На каждой частоте «накапливается» фаза с разной скоростью. Передатчик переключается между диапазонами каждые 2-3 микросекунды, и приёмник каждый раз сравнивает разность фаз. Таким способом система Chronos вычисляет точное расстояние между устройствами.
Например, если расстояние между приёмником и передатчиком 0,6 метра, то фазы на разных частотах совпадут через 2 наносекунды, как показано на иллюстрации.
Если на устройстве несколько антенн Wi-Fi, как на большинстве современных смартфонов и ноутбуков, то Chronos вычислит угол между устройствами, то есть в каком направлении они находятся друг от друга. Таким образом, зная координаты точки доступа можно определить точные координаты каждого смартфона/ноутбука, который подключается к этому хотспоту.
Размещение приёмников Wi-Fi во время эксперимента в реальном окружении
Во время эксперимента в реальном окружении вроде многокомнатной квартиры или кафе Chronos определял местоположение устройств на стандартном коммерческом оборудовании W-Fi с точностью в среднем по медиане 65 см в прямой видимости (LOS) и 98 см в непрямой видимости (NLOS), это в несколько раз точнее GPS.
Точность дистанцирования
Точность локализации
Авторы изобретения отмечают, что такой системе можно найти различные применения. Например, она может заменить пароли в условно открытых хотспотах. Хозяин кафе или квартиры настроит маршрутизатор таким образом, что подключиться к нему можно только изнутри периметра квартиры или кафе!
Другой вариант использования — в системах позиционирования мультикоптеров, чтобы аппарат автоматически сохранял безопасную дистанцию от человека (ну или наоборот — для самонаведения, в военных целях).
Поскольку поддержка Wi-Fi есть практически во всех смартфонах, то Chronos отлично подходит для систем внутреннего позиционирования.
Правда, в нынешней реализации есть определённые ограничения. Для активации системы придётся не только установить соответствующее приложение или осуществить апгрейд прошивки, но и провести однократную калибровку смартфона/ноутбука для конкретной точки доступа. Кроме того, процедура замера сигналов на всех частотах занимает около 0,1 с, так что возникает некоторая погрешность, если прибор двигается. Но в некоторых случаях эту погрешность несложно компенсировать, зная скорость и направление движения (например, в случае с летящим дроном).
Если всё пойдёт по плану, то через несколько лет такая технология может появиться в новых смартфонах.
Комментарии (11)
pi314
03.04.2016 17:29Интересно, как отнесутся пользователи к тому, что ради позиционирования придется пожертвовать соединением и, заодно, носить ссобой маленькую электростанцию, а также, как отнесутся админы к тому, что помещения придется напичкать AP по пол-дюжины на комнату (см. картинку; а ведь помимо самого количества AP, к каждому нужно будет провести помимо кабеля еще и питание). Вероятно, согласно «плана», ожидается массовый восторг…
LeoPlus
03.04.2016 20:53Не хотите — не используйте. Однако, технология очень многообещающая. Для неплохого позиционирования в прямоугольном помещении достаточно 4х AP по углам, что совсем не является проблемой. И ВСЁ! Больше для позиционирования в нём не нужно ничего! Теперь можно смело запускать в помещение стаю роботов любого назначения, каждый из них будет точно знать свои координаты! И плата за это — 4 стандартных AP, которые вы и так бы скорее всего поставили.
pi314
03.04.2016 23:06С чего вы взяли про 4x AP (наверное, на комнату 30~40м**2) и что значит "неплохого"? Если поиграться, грантов накосить или научную публикацию тиснуть, то да, технология вполне себе многообещающая… ничем не уступает всем предыдущие баянам и даже весьма элегантна. Но вот обеспечивать заявленную точность СТАБИЛЬНО (так, чтоб потребитель, который за это заплатит, мог на нее положиться) не будет. По целому ряду причин, основная из которых — непригодность частотного диаппазона для решения именно этой задачи. Основным и единственным оправданием попыток делть это на таких частотах всегда была хотелка, делать это "в дополнение" к инфраструктуре из AP, которая у потребителя (теоретически) "и так есть". Но это, увы, сносно работает только в рекламных буклетах… Ибо физику не надуришь :) Так что, если мне понадобится НАДЕЖНО позиционировать роботов в закрытых помещениях, я возьму 433МГц и получу решение на порядки дешевле в развертывании и эксплуатации.
LeoPlus
04.04.2016 00:07Если у Вас есть наработки лучше, я с удовольствием почитаю, т.к. есть практический интерес. Если нет, то преимущества этой технологии очевидны.
pi314
04.04.2016 00:52Увы, мои наработки все под NDA, так что почитать не получится. Я занимался этой темой очень интенсивно лет пять и попробовал "на зуб" (т.е. на практике, а не на бумаге) огромное количество баянов, которые на бумаге обещали все то же самое. Если кратко, то все упирается в отраженный сигнал, которого на этих частотах на приемнике чаще больше, чем прямого. Плюс, для методов, основанных на фазе, нужно помнить, что объекты (а также проводники в окружающей среде, от которых отражается сигнал) движутся. С этим, конечно, можно бороться, но основной вопрос — зачем? Если на более низких частотах проблема исчезает сама собой. Из того, что реально работало в помещениях, могу упомянуть определение направления движения пассивного RFID-тега относительно антенны (по фазе, частота 866-920МГц) и позиционирование активного транспондера (по уровню сигнала / трилатерация, частота 433МГц). Ну, а для заявленного сценария "позиционирование смартфонов" по концовке сделали свой RTLS на BTLE… банально по уровню сигнала, с плотным покрытием помещения маяками, которые, кстати, стоят на порядки меньше и работают автономно пару лет от батарейки. Все остальное оказалось совершенно неприемлемо по затратам на внедрение и эксплуатацию. Технически же, добавление в модель данных с гироскопа, магнитного поля и пр. подскоки типа heat map и даже дополнительных ИК-маячков, которыми часто хвалятся поставщики якобы работающих "решений" — полная чушь! Это все очень заморочно, моментально сливает батарейку на смартфоне и главное — увеличивает точность/стабильность на пренебрежимо малую величину.
Если у Вас серьезный практический интерес, могу только порекомендовать очень тщательно тестировать всяческие чудотворные "решения" на 2,4/5ГГц, прежде, чем платить за них деньги!
DagothNik
Apple, когда объявляла новое поколение AirPort устройств говорила про схожий механизм. Роутеры определяют, где находится устройство и подают на направленные в его (устройства) сторону антенны больше мощности.
ssneg
Beamforming?
DagothNik
Судя по всему. Просто вспомнилось. То есть открытие в том, что можно устанавливать с дециметровой точностью? Так недавно с помощью отраженного сигнала Wi-Fi измеряли частоту дыхания и искали людей через стены. Может это более дальнобойный способ позиционирования? В общем не совсем понял.