System przeznaczony do lokalizacji użytkownika telefonu mobilnego wewnątrz budynku.
Celem pracy jest projekt i implementacja oprogramowania zbierającego dane o natężeniu sygnałów WiFi i Bluetooth celem ustalenia pozycji urządzenia mobilnego (telefonu) użytkownika wewnątrz budynku.
Brane pod uwagę będą dwa przypadki wykorzystania urządzeń zewnętrznych wyposażonych w nadajniki WiFi lub Bluetooth: pasywne oraz aktywne.
Pasywne polega na odczycie siły sygnału z innych urządzeń jedynie w urządzeniu mobilnym.
Aktywne polega na odczycie siły sygnałów zarówno w urządzeniu mobilnym jak i w urządzeniach wyposażonych w nadajniki WiFi lub Bluetooth.
System składa się z kilku elementów:
- aplikacja mobilna - skanuje urządzenia emitujące sygnały Wifi i Bluetooth Low Energy, a także ewentualne dane z urządzeń ESP i na podstawie tych danych wyznacza pozycję użytkownika
- mikrokontrolery ESP32 - posiadają kilka funkcji:
- działają jako Access Pointy, dzięki czemu można zmierzyć siłę ich sygnałów
- skanują dostępne urządzenia w okolicy i przesyłają te dane po HTTP do API webowego
- web api - serwer służący do analizy danych pozyskanych z ESP. Wylicza średnią referencyjną siłę sygnału do każdego urządzenia, którego siłę sygnału wykorzystujemy w aplikacji i w przypadku zmiany pozycji, dodaje to je do listy wykluczonych, aby nie były brane pod uwagę podczas wyznaczania lokalizacji. Dodatkowo w przypadku gdy użytkownik włączy w aplikacji hotspot, przekazuje dane o sile sygnału do telefonu z ESP.
Podstawą działania aplikacji są obszary zdefiniowane przez użytkownika.
Podczas dodawania obszarów, użytkownik przemieszcza się po pokoju, tak aby równomiernie go zeskanować.
Dodatkowo, istnieje możliwość wybrania, których z dostępnych urządzeń chcemy użyć do lokalizacji, a także nazwania obszaru.
Po zakończeniu skanowania wyliczana jest średnia siła sygnału i odchylenie standardowe do każdego urządzenia, a następnie dodawane te informacje dodawane są do bazy danych. W przypadku, gdy aplikacja działa w trybie aktywnym, a użytkownik włączył hotspot wifi, analogiczne parametry są wyliczane z danych dostępnych z ESP.
Widok dodawania obszaru
Po dodaniu obszarów i wciśnięciu przycisku START na ekranie głównym, w tle zaczyna się skanowanie. Po uzyskaniu wyników skanowana, analizowane są dane i wyznaczana jest najbardziej prawdopodobny obszar, w którym znajduje się użytkownik. Gdy jest to inny obszar, to aktualizowane zostaje powiadomienie. Dodatkowo w przypadku gdy otworzona jest aplikacja, to na głównym widoku pokazywane są szczegółowe wyniki analizy.
Główny widok z wynikami z analizy
Przy skanowaniu obszarów przyjmujemy, że rozkład siły sygnału do każdego urządzenia w obszarze jest zbliżony do rozkładu normalnego. Dzięki temu, że mamy informację o średniej sile sygnału i odchyleniu standardowym, używając wzoru na dystrybuantę, możemy wyznaczyć dla każdego urządzenia jak daleko od wartości oczekiwanej jest aktualna siła sygnału. W przypadku, gdy aplikacja działa w trybie aktywnym, pobierana z web api jest lista urządzeń, które zmieniły swoją pozycję, a także, siła sygnałów z ESP do naszego hotspotu w telefonie. Następnie wyliczamy, dla którego obszaru odchylenia te są najmniejsze i na tej podstawie wyznaczamy lokalizację użytkownika.
W ustawieniach istnieje możliwość zmiany trybu z pasywnego na aktywny, zmiany nazwy hotspotu, zmiany minimalnego dopasownia do obszaru (aby wiedzieć, kiedy nie znajdujemy się w żadnym obszarze), a także, z jakiego czasu brana jest średnia zeskanowanych urządzeń (czym większy, tym większa dokładność, lecz dłużej zajmuje aktualizacja po przemieszczeniu się). Dodatkowo w ustawianiach można dodać lub usunąć obszary
Widok ustawień
-
Aplikacja została stworzona na urządzenia z Androidem 8.0 lub nowszym, lecz niestety Google wraz z kolejną wersją systemu wprowadza coraz większe restrykcje do używania WiFi i Bluetooth, przez co od wersji 9.0 Wifi można skanować jedynie 4 razy w ciągu 2 minut. W związku z tym aplikację najlepiej testować na Androidzie 8.0 lub 8.1, a w przypadku używania wyższych wersji, ustawić maksymalny wiek skanu na wartość większą niż 30000ms (30 sekund).
-
Pod uwagę brane są jedynie urządzenia Bluetooth, które emitują sygnał Bluetooth Low Energy (większość urządzeń stale udostępniających Bluetooth używa właśnie tej wersji).