BADANIE METOD I PROJEKTOWANIE USŁUG LOKALIZACYJNYCH W SIECIACH RADIOKOMUNIKACYJNYCH

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA JACEK STEFAŃSKI BADANIE METOD I PROJEKTOWANIE USŁUG LOKALIZACYJNYCH W SIECIACH RADIOKOMUNIKACYJNYCH GDAŃSK 2012

2 PRZEWODNICZĄCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Romuald Szymkiewicz REDAKTOR PUBLIKACJI NAUKOWYCH Janusz T. Cieśliński REDAKTOR SERII Ryszard Katulski RECENZENCI Dominik Rutkowski Maciej Walkowiak PROJEKT OKŁADKI Jolanta Cieślawska Wydano za zgodą Rektora Politechniki Gdańskiej Oferta wydawnicza Politechniki Gdańskiej jest dostępna pod adresem Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2012 Utwór nie może być powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, bez pisemnej zgody wydawcy ISBN WYDAWNICTWO POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Wydanie I. Ark. wyd. 12,7, ark. druku 11,75, 122/687 Druk i oprawa: EXPOL P. Rybiński, J. Dąbek, Sp. Jawna ul. Brzeska 4, Włocławek, tel

3 SPIS TREŚCI WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ ORAZ ANGIELSKICH SKRÓTÓW WPROWADZENIE Rys historyczny metod określania położenia Podstawowe pojęcia Zakres monografii Podsumowanie głównych tez zawartych w monografii SYSTEMY GEOINFORMACYJNE W ZASTOSOWANIACH RADIOLOKALIZACYJNYCH Pojęcie systemu geoinformacyjnego Położenie i orientacja lokalizowanego obiektu Standaryzowany opis parametrów lokalizowanego obiektu Współrzędne punktu Błąd określania współrzędnych punktu Prędkość poruszania się obiektu Format danych opisujący parametry lokalizowanego obiektu Mobilny GIS Geoweb Technika AJAX Podsumowanie rozdziału METODY LOKALIZOWANIA OBIEKTÓW Źródła błędów estymacji położenia obiektów w systemach radiolokalizacyjnych Miary jakości wyznaczania położenia obiektu Metoda Cell ID do określania położenia terminala Analiza dokładności metody Cell ID Metoda RSS Szacowanie tłumienia propagacyjnego zgodnie z modelem Okumura-Hata Szacowanie tłumienia propagacyjnego zgodnie z modelem COST 231 Hata Szacowanie tłumienia propagacyjnego zgodnie z modelem Walfish-Ikegami Szacowanie tłumienia propagacyjnego w warunkach morskich Szacowanie tłumienia propagacyjnego w środowisku kontenerowym Wykorzystanie zjawiska propagacji wielodrogowej do poprawy jakości estymacji odległości pomiędzy terminalem ruchomym a stacją bazową w systemach komórkowych 3G Metoda AOA Metoda TOA Metoda TDOA Matematyczny opis metody TDOA Algorytm Chana Algorytm Foya Algorytm Fanga Przyjęty model i badania symulacyjne Podsumowanie rozdziału LOKALIZOWANIE OBIEKTÓW W BEZPRZEWODOWYCH SIECIACH SENSOROWYCH Problem zużycia energii w WSN Wybrane algorytmy lokalizowania obiektów w bezprzewodowych sieciach sensorowych Algorytm DV-hop Algorytm Simic & Sastry... 85

4 4 Spis treści Algorytm ABC Wybrane standardy i rozwiązania firmowe WSN Standardy z rodziny IEEE Standard IEEE (Bluetooth) Standard IEEE (WPAN-HR) Standard IEEE (WPAN-LR) Standard IEEE Firmowe rozwiązania WSN Lokalizowanie obiektów w standardzie IEEE a Algorytm TWR Algorytm SDS-TWR Algorytm redukcji niedokładności zegarów w węzłach pomiarowych Podsumowanie rozdziału METODOLOGIA PROJEKTOWANIA USŁUG LOKALIZACYJNYCH W SIECIACH RADIOKOMUNIKACYJNYCH Usługi LCS w sieciach komórkowych Serwer usług LCS Architektura sieci komórkowej 2G/3G dla potrzeb realizacji usług LCS Jednostka pomiarowa LMU Nowa metoda lokalizowania terminala ruchomego w sieci UMTS Przepływ informacji podczas lokalizowania stacji ruchomej w systemie UMTS Lokalizowanie terminala ruchomego w sieci LTE Usługi LBS w sieciach komórkowych Ochrona prywatności w usługach LBS Mechanizmy ochrony prywatności w usługach LBS Bezpieczna komunikacja Polityka prywatności Ukrywanie tożsamości Przykłady praktycznej realizacji usług LBS w sieciach komórkowych Komórkowy system wywołania w niebezpieczeństwie na morzu Zasada budowy i działania systemu CCDS Przepływ informacji protokolarnych między urządzeniami realizującymi usługę wywołania w niebezpieczeństwie na morzu Bezprzewodowy, mobilny system monitoringu zagrożeń Budowa i działanie mobilnego systemu monitoringu zagrożeń Transmisja danych do serwera System e-call do automatycznego powiadamiania o wypadku Struktura funkcjonalna systemu e-call Model funkcjonalny implementacji usługi LBS dla potrzeb systemu e-call Podsumowanie rozdziału NAZIEMNY SYSTEM RADIOLOKALIZACYJNY Z WIDMEM ROZPROSZONYM I WYNIKI JEGO BADAŃ Opis budowy systemu Zastosowane w systemie metody estymacji położenia obiektu lokalizowanego Budowa stacji referencyjnej typu A Budowa stacji referencyjnej typu B Budowa lokalizatora Opis działania systemu Schemat logiczny toru nadawczego Szyfrowanie AES CBC Funkcja skrótu w procesie uwierzytelniania wiadomości

5 Spis treści Kodowanie kanałowe Pakietyzacja Generowanie ciągów rozpraszających Ograniczenie zjawiska near-far w systemie radiolokalizacyjnym Wiadomość lokalizacyjna Synchronizacja w systemie radiolokalizacyjnym Praktyczna implementacja systemu radiolokalizacyjnego Analiza pracy systemu radiolokalizacyjnego Analiza zasięgowa Metoda TDOA Metoda RSS Podsumowanie rozdziału PODSUMOWANIE I DALSZE KIERUNKI BADAŃ Oryginalne osiągnięcia pracy Kierunki dalszych badań BIBLIOGRAFIA Streszczenie w języku polskim Streszczenie w języku angielskim Załącznik 1. Analiza dokładności szacowania wypadkowego błędu estymacji położenia terminala ruchomego w obszarze Załącznik 2. Zastosowanie algorytmu Chana do obliczania współrzędnych węzła w bezprzewodowych sieciach sensorowych Załącznik 3. Analiza wpływu częstotliwości próbkowania sygnału na dokładność estymacji położenia lokalizowanego obiektu w metodzie TDOA