分析:Mesh定位業務面臨挑戰

tolywang發表於2008-05-21
儘管Mesh發展勢不可擋,但在無線Mesh網路中進行無線定位承襲了傳統WLAN或無線交換網路無線定位面臨的問題,位置資訊業務能否應用於Mesh還有待考驗。
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近年來,位置資訊日益彰顯其重要性,出現了眾多基於位置資訊的服務,如定位服務、導航服務、移動廣告等。據統計,2006年全球基於位置資訊服務市場規模已達150億美元。

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  就技術手段而言,無線定位技術主要包括GPS衛星定位技術、移動蜂窩網路定位技術、WLAN定位技術和RFID定位技術等。伴隨著WLAN在全球範圍內的迅速普及,基於WLAN的無線定位系統越來越展現出廣闊的應用前景。圍繞定位演算法、定位系統,學術界和工業界展開了大量的研究和開發,出現了一些定位演算法和商用WLAN無線定位系統。然而種種研究表明現有的WLAN無線定位演算法和系統還遠不夠理想,無論是精確度還是定位演算法的有效性和複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區域網和無線交換(Wireless Switching)網路,還鮮有針對無線Mesh網路這一新型寬頻城域無線網路的定位系統。

  傳統WLAN定位問題

  WLAN無線網路訊號傳輸的一個基本特點是無線訊號隨著距離增大而不斷衰減,因此可以透過測量無線終端接收到的的訊號強度來計算其與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。該方法僅適用於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訊號強度來計算終端與相鄰AP的相對距離,再透過幾何計算的方法,來確定無線終端最可能存在的區域,如圖1所示。根據獲取訊號強度方式的不同,這類定位方法又可以分為基於網路的WLAN定位(即透過AP來採集無線終端的訊號強度資訊)和基於無線終端的WLAN定位(即由終端採集所需的訊號強度資訊並提供給定位系統)兩種。但無論是何種方式,這種方法的本質在於建立訊號傳輸模型,其定位精度取決於訊號傳輸模型的準確性。然而,迄今為止,尚無精確的WiFi訊號傳輸模型,因此雖然這種定位方法精度優於第一種“所關聯AP”的方法,但還存在很大的侷限性。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數目及對應訊號強度值越多,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所覆蓋區域的訊號熱圖,即部署完WLAN無線網路後,採集真實環境中各個位置的訊號強度值(所能監聽到的AP及對應的訊號強度值);然後在定位時,將所得到的待定位無線終端的訊號強度與訊號熱圖進行比較,以確定該無線終端最可能出現的位置。相較三角測量基於訊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採集的訊號資訊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,訊號熱圖的構建需要耗費大量的人力物力,實際上訊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”(提取了訊號資訊),那麼定位無疑會很精確;然而在實際情況中卻很難構建如此完備的訊號熱圖。其次,WLAN無線訊號時變特性導致預先採集的訊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訊號熱圖或大或小的變化,使得需要重構訊號熱圖。

  Mesh定位新挑戰

  相對傳統WLAN或基於無線交換技術的WLAN中定位,在新型無線Mesh網路中,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,而且由於無線Mesh網路自身的特點,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網路的一大優勢在於擴充套件了網路的覆蓋範圍,同時將WLAN從室內場景擴充套件到室外場景。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網路單AP的覆蓋半徑可達150米~500米甚至更大,這對無論是基於三角測量和RF指紋識別的定位方法都帶來了巨大的挑戰。對於三角測量來說,場景從室內遮擋較多區域切換到室外開闊區域對於定位來說本是福音,但由於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;對於RF指紋識別來說,同樣存在因為AP數目減少帶來的訊號熱圖不完備問題,而且大的覆蓋區域和室外環境更高的時變特性會帶來訊號熱圖構造成本和複雜度的提高。

  其次,無論是傳統WLAN、無線交換網路還是無線Mesh網路,都需要透過AP或無線終端來採集相關訊號強度資訊並透過AP傳給後臺定位系統,因此定位功能會給網路帶來一定的負載,也就是WLAN網路的效能會影響到定位系統所支援同時定位終端的數目及實時性等。在無線Mesh網路中,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效能。

  此外,一些新型技術如智慧天線、MIMO天線等的引入(不僅限於無線Mesh網路,同樣包括傳統WLAN和無線交換網路),都會給WiFi無線定位帶來新的難題。

  綜上所述,無線Mesh網路中進行無線定位既承襲了傳統WLAN或無線交換網路無線定位面臨的問題,同時由於其自身特點凸顯了其中的一些問題,並帶來新的問題。目前,業界還鮮有無線Mesh網路的定位解決方案,但相信在市場的催生下,無線Mesh網路的定位系統將很快顯現.

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