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分析:Mesh定位業務面臨挑戰
作者:    發布于:2013-08-30 18:14:35    文字:【】【】【
  盡管Mesh發展勢不可擋,但在無線Mesh網絡中進行無線定位承襲了傳統WLAN或無線交換網絡無線定位面臨的問題,位置信息業務能否應用于Mesh還有待考驗。
  近年來,位置信息日益彰顯其重要性,出現了眾多基于位置信息的服務,如定位服務、導航服務、移動廣告等。據統計,2006年全球基于位置信息服務市場規模已達150億美元。
  就技術手段而言,無線定位技術主要包括GPS衛星定位技術、移動蜂窩網絡定位技術、WLAN定位技術和RFID定位技術等。伴隨著WLAN在全球范圍內的迅速普及,基于WLAN的無線定位系統越來越展現出廣闊的應用前景。圍繞定位算法、定位系統,學術界和工業界展開了大量的研究和開發,出現了一些定位算法和商用WLAN無線定位系統。然而種種研究表明現有的WLAN無線定位算法和系統還遠不夠理想,無論是精確度還是定位算法的有效性和復雜度都沒有達到理想狀況。而且這些定位系統主要針對傳統無線局域網和無線交換(Wireless Switching)網絡,還鮮有針對無線Mesh網絡這一新型寬帶城域無線網絡的定位系統。
  傳統WLAN定位問題
  WLAN無線網絡信號傳輸的一個基本特點是無線信號隨著距離增大而不斷衰減,因此可以通過測量無線終端接收到的AP的信號強度來計算其與AP的相對距離,達到定位的目的。目前,業界比較普遍的做法主要有3種:
  1.最靠近的AP(所關聯的AP)
  該定位方法將無線終端所關聯AP的覆蓋區域作為對該無線終端的定位結果,是最簡單也最不精確的定位方法。該方法僅適用于對精度要求不高的定位場景。
  2.三角測量
  該定位方法利用無線終端接收到的AP信號強度來計算終端與相鄰AP的相對距離,再通過幾何計算的方法,來確定無線終端最可能存在的區域,如圖1所示。根據獲取信號強度方式的不同,這類定位方法又可以分為基于網絡的WLAN定位(即通過AP來采集無線終端的信號強度信息)和基于無線終端的WLAN定位(即由終端采集所需的信號強度信息并提供給定位系統)兩種。但無論是何種方式,這種方法的本質在于建立信號傳輸模型,其定位精度取決于信號傳輸模型的準確性。然而,迄今為止,尚無精確的WiFi信號傳輸模型,因此雖然這種定位方法精度優于第一種“所關聯AP”的方法,但還存在很大的局限性。同時,這一定位方法要求無線終端所在區域至少能監聽到3個AP,而且理論上同時監聽到的AP數目及對應信號強度值越多,定位的結果會越精確。
  3.RF指紋識別(RF Fingerprinting)
  該定位方法實際上是先建立一個WLAN所覆蓋區域的信號熱圖,即部署完WLAN無線網絡后,采集真實環境中各個位置的信號強度值(所能監聽到的AP及對應的信號強度值);然后在定位時,將所得到的待定位無線終端的信號強度與信號熱圖進行比較,以確定該無線終端最可能出現的位置。相較三角測量基于信號傳輸模型來估算無線終端與AP間的相對距離,RF指紋識別具有更高的準確度,因為它使用的是真實采集的信號信息而不是根據經驗公式來推算。然而,這種方法同樣存在很大的問題:首先,信號熱圖的構建需要耗費大量的人力物力,實際上信號熱圖的完備度會影響到定位的精度。這點不難理解,因為如果任意一點無線終端可能出現的位置都事先“按了指紋”(提取了信號信息),那么定位無疑會很精確;然而在實際情況中卻很難構建如此完備的信號熱圖。其次,WLAN無線信號時變特性導致預先采集的信號熱圖在某種意義上只具有“瞬時”有效性,而且所部署環境的變化都會導致信號熱圖或大或小的變化,使得需要重構信號熱圖。
  Mesh定位新挑戰
  相對傳統WLAN或基于無線交換技術的WLAN中定位,在新型無線Mesh網絡中,其定位方法仍然不外乎三角測量和RF指紋識別,這些問題同樣存在,而且由于無線Mesh網絡自身的特點,有些問題更加突出,同時出現了一些新的問題,下面加以簡要的分析:
  首先,相較傳統WLAN,無線Mesh網絡的一大優勢在于擴展了網絡的覆蓋范圍,同時將WLAN從室內場景擴展到室外場景。而大面積覆蓋同WLAN的定位精度天生是個矛盾體,原先在WLAN室內單AP覆蓋30~50米的半徑內,無線定位精度再差也不會超過單AP的覆蓋半徑;然而,無線Mesh網絡單AP的覆蓋半徑可達150米~500米甚至更大,這對無論是基于三角測量和RF指紋識別的定位方法都帶來了巨大的挑戰。對于三角測量來說,場景從室內遮擋較多區域切換到室外開闊區域對于定位來說本是福音,但由于室外部署的稀疏覆蓋,同一區域參與定位的AP數目大為有限,使得定位精確度同區域內參與定位AP數目多少密切相關的三角測量法存在很大的問題;對于RF指紋識別來說,同樣存在因為AP數目減少帶來的信號熱圖不完備問題,而且大的覆蓋區域和室外環境更高的時變特性會帶來信號熱圖構造成本和復雜度的提高。
  其次,無論是傳統WLAN、無線交換網絡還是無線Mesh網絡,都需要通過AP或無線終端來采集相關信號強度信息并通過AP傳給后臺定位系統,因此定位功能會給網絡帶來一定的負載,也就是WLAN網絡的性能會影響到定位系統所支持同時定位終端的數目及實時性等。在無線Mesh網絡中,MeshAP兼具接入和路由的功能,相較傳統WLAN負載更重,因此在設計定位系統時需要更多考慮定位系統的性能。
  此外,一些新型技術如智能天線、MIMO天線等的引入(不僅限于無線Mesh網絡,同樣包括傳統WLAN和無線交換網絡),都會給WiFi無線定位帶來新的難題。
  綜上所述,無線Mesh網絡中進行無線定位既承襲了傳統WLAN或無線交換網絡無線定位面臨的問題,同時由于其自身特點凸顯了其中的一些問題,并帶來新的問題。目前,業界還鮮有無線Mesh網絡的定位解決方案,但相信在市場的催生下,無線Mesh網絡的定位系統將很快顯現。
 
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