Nghiên cứu các giải pháp định vị trong nhà hiệu quả dựa trên dữ liệu sóng không dây

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀCÔNGNGHỆ VIỆTNAM HỌCVIỆN KHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆ …… ….***………… BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO NGƠVĂNBÌNH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ HIỆU QUẢDỰATRÊNDỮLIỆUSĨNGKHƠNGDÂY LUẬNÁNTIẾNSĨHỆ THỐNG THƠNGTIN HàNội -2023 NGƠVĂNBÌNH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ HIỆU QUẢDỰATRÊNDỮLIỆUSĨNGKHƠNGDÂY LUẬNÁNTIẾNSĨHỆTHỐNGTHƠNGTIN Ngành: Hệ thống thơng tinMãsố:9480104 Xác nhận củaHọc việnKhoahọcvàCơngng Ngườihướngdẫn Ngườihướngdẫn (Ký,ghirõhọtên) (Ký,ghirõhọ tên) TS.HồngĐỗThanhTùng PGS.TS.NguyễnThanhHải hệ Hà Nội -2023 LỜICAMĐOAN Tơixincamđoantấtcảcácnộidungtrongluậnán:"Nghiêncứucácgiảiphápđịnhvị nhàhiệuquảdựatrêndữliệusóngkhơngdây"làcơngtrìnhnghiêncứucủariêngtơi,dướisựhướngdẫnkhoahọccủa Các số liệu, kết nghiên cứu luận án hồn tồn trung thực chưatừng cơng bố cơng trình khác, liệu tham khảo đượctríchdẫnđầyđủ.Cáckếtquảđượcviếtchungvớicáctácgiảkhácđềuđượcsựđồngýcủacác đồngtácgiảtrướckhiđưavàoluậnán Luận án hồn thành thời gian làm Nghiên cứu sinh Học việnKhoahọcvàCơngnghệ,ViệnHànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNam HàNội,ngày13tháng09năm2023 Nghiêncứusinh NgơVănBình LỜICẢMƠN Đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lời tri ân sâu sắc tới TS Hoàng Đỗ Thanh Tùng,PGS.TS Nguyễn Thanh Hải Thầy giáo tận tình hướng dẫn tác giả hồnthànhluậnánnày TácgiảxinchânthànhcảmơnBanlãnhđạovàcácThầy,CơgiáoHọcviệnKhoahọcvàCơngn ghệ,ViệnCơngnghệthơngtin,ViệnHànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNamđãtạođiềukiệ n,giúpđỡtácgiảtrongqtrình họctậpvànghiêncứutại Học viện Tác giả xin cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Long Giang, Thầy PGS.TSNguyễn Việt Anh Thầy TS Vũ Văn Hiệu có đóng góp quý báu cho cáccơngbốnghiêncứucủatơi.TácgiảcũngxingửilờicảmơnđếncácThầy,CơvàAnhChị nhóm nghiêncứuĐịnhvịtrongnhàđãlnchiasẻ,độngviênvàđưaragópýqbáuđốivớivấnđềnghiêncứucủatácgiả TácgiảxincảmơnBanGiámhiệutrườngĐạihọcCơngnghiệpHànội,Bangiámhiệu trường Đại học FPT, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ thông tin trường Đại họcCông nghiệp, Trưởng ban đào tạo, Trưởng môn CF Đại học FPT đồngnghiệpnơitácgiảcơngtácđãủnghộ,tạomọiđiềukiệntốtnhấtđểluậnánđượchồnthànhđúngt hờihạn Cuốicùng,tácgiảxinchânthànhcámơngiađìnhvàbạnbèđãlnchiasẻ,độngviênvàgiúpđỡ tơitrongsuốtthờigianhọctậpvànghiêncứu HàNội,ngày13tháng09năm2023 Nghiêncứusinh NgơVănBình MỤCLỤC LỜICAMĐOAN i LỜICẢMƠN ii MỤCLỤC vi DANHMỤCCÁCKÝHIỆU,CÁCCHỮVIẾTTẮT vii DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ x DANHMỤCCÁCBẢNGBIỂU .xiii MỞĐẦU CHƯƠNG1 TỔNGQUANVỀCÁCGIẢIPHÁPĐỊNHVỊTRONG NHÀDỰATRÊNDỮLIỆUSĨNGKHƠNGDÂY 10 1.1 Bàitốnđịnhvịdựatrênvịtrí 10 1.2 Bàitốnđịnhvịtrongnhàdựatrêndữliệusóngkhơngdây 11 1.3 Cáccơngnghệkhơngdâydùngđịnhvịtrongnhà 12 1.4 TổngquancácphươngphápđịnhvịtrongnhàbằngdữliệusóngWiFi 1.5 1.6 15 1.4.1 Cácphươngphápđịnhvịdựatrênphạmvi 16 1.4.2 CácphươngphápdựatrênRSS .18 1.4.3 Đánhgiácácphươngpháp 20 ĐịnhvịtrongnhàbằngphươngphápfingerPrinting .23 1.5.1 KiếntrúchệthốngđịnhvịbằngphươngphápfingerPrinting 23 1.5.2 CơsởdữliệufingerPrinting 25 Cácyếutốảnhhưởngđếnchấtlượngđịnhvịcủahệthốngđịnhvị trongnhàbằngfingerPrinting .27 1.7 Cácphươ ngphá ptă nghiệ uquả, độc hínhxác đ ịn h vịc phươ ng phápfingerPrinting 29 1.7.1 PhươngphápchọnAP 29 1.8 1.7.2 Phươngphápphâncụm 30 1.7.3 PhươngphápfingerPrintingdựatrênthuậttoánhọcmáy 33 Mộtsốkỹthuậtđượcápdụngtrongbàitoánđịnhvịtrongnhàbằngphươngphá pfingerPrinting 37 1.9 1.8.1 Phâncụmlantruyềnđộtươngđương 37 1.8.2 kHàngxómgầnnhất .38 1.8.3 Máyhỗtrợvector 38 1.8.4 Hồiquytuyếntính 38 1.8.5 HồiquyLogistic 39 1.8.6 Rừngngẫunhiên 39 1.8.7 Câyhồiquybổsung 39 1.8.8 Máytăngcườngđộdốcnhẹ 40 Cácchỉsốđánhgiáhiệunănghệthốngđịnhvịtrongnhà 40 1.9.1 Mơhìnhphânlớp 40 1.9.2 Mơhìnhhồiquy .42 1.9.3 Siêuthamsố 43 Kếtchương1 .44 CHƯƠNG2 PHƯƠNGPHÁPCHỌNAPVÀP H Â N C Ụ M C Ơ S Ở D Ữ LIỆU FINGERPRINTING 45 2.1 Đặtvấnđề 45 2.2 BàitoánđịnhvịtrongnhàbằngphươngphápfingerPrintingtruyền thống .47 2.3 ĐềxuấtphươngphápchọnAP 49 2.4 Đềxuấtphươngphápchọncụm 52 2.5 Xâydựngmôitrườngthựcnghiệmthựctế .54 2.5.1 Môitrườngthựcnghiệm 55 2.5.2 2.6 2.7 Bảnđồđịnhvịvàchỉsốquyđổi 55 KếtquảvàđánhgiáphươngphápchọnAP 57 2.6.1 Nộidungvàkịchbảnthựcnghiệm 57 2.6.2 Kếtquảthựcnghiệmvàđánhgiá 58 Kếtquảvàđánhgiáphươngphápchọncụm 65 2.7.1 Lựachọnphươngphápphâncụm 66 2.7.2 Kịchbảnthựcnghiệm 67 2.7.3 Kếtquảthựcnghiệmvàđánhgiá 68 Kếtchương2 69 CHƯƠNG3 MƠHÌNHHỌCMÁYHAIGIAIĐOẠN 71 3.1 Đặtvấnđề 71 3.2 Bàitoánđịnh vịtrongnhà bằngphươngpháp fingerPrintingdựatrên họcmáy 73 3.3 Mơhìnhđềxuất 74 3.4 Mơitrườngthựcnghiệmvàbàitốnđịnhvị 76 3.5 3.4.1 Bộdữliệuthựcnghiệm 76 3.4.2 Bàitoánđịnhvị 78 Mơhìnhphânlớphaigiaiđoạndựđốntịatầng 79 3.5.1 Xâydựngvàđềxuấtmơhìnhphânlớphaigiaiđoạndựđốn tịatầng 79 3.5.2 Kếtquảthựcnghiệmvàđánhgiámơhìnhphânlớphaigiai đoạndựđốntịatầng .84 3.6 Mơhìnhhồiquyhaigiaiđoạnướclượngvịtrí 87 3.6.1 Xâydựngvàđềxuấtmơhìnhhồiquyhaigiaiđoạnướclượng vịtrí .87 3.6.2 Kếtquảvàđánhgiámơhìnhhồiquyhaigiaiđoạnướclượng vịtrí .90 3.7 Kếtquảvàđánhgiámơhìnhđềxuấtvớidữliệuthựctế 93 3.8 Sosánhkếtquảmơhìnhđềxuấtvớimơhìnhcủacácnghiêncứukhác 95 Kếtchương3 97 KẾTLUẬN 99 CÁCCƠNGTRÌNHKHOAHỌCĐÃCƠNGBỐ 102 TÀILIỆUTHAMKHẢO 119 PHỤLỤCA P1 A.1 Cơsởdữliệuvàdữliệumẫudùngtrongchương2 .P1 A.1.1 Cơsởdữliệu P1 A.1.2 Thuthậpmẫu P2 A.2 KếtquảchitiếtthựcnghiệmđềxuấtchọnAP P4 A.2.1 KếtquảchitiếtthựcnghiệmphươngphápchọnAPcóRSS mạnhnhất P4 A.2.2 KếtquảchitiếtthựcnghiệmđềxuấtchọnAP P9 A.3 Siêuthamsố P15 DANHMỤCCÁCKÝHIỆU,CÁCCHỮVIẾTTẮT Kíhiệu TiếngAnh TiếngViệt AoA AngleofArrival gócđến AP AccessPoint ĐiểmtruycậpWiFi/Trạmphát WiFi APC AffinityPropagationClustering Phương pháp phân cụm lan truyềnđộtươngtự CART Classification and Regression Câyphânloạivàhồiquy Tree CSDL Database Cơsởdữliệu DNN DeepNeuralNetworks MạngNeuralsâu DT DecisionTree Câyquyếtđịnh ELM EnsembleLearningmodel Mơhìnhhọcmáykếthợp GB GradientBoosting Tăngcườngđộdốc GPS GlobalPositioningSystem Hệthốngđịnhvịtồncầu ILBS IndoorLocationbasedServices Dịchvụdựatrênvịtrítrongnhà IPS IndoorPositioningSystems Hệthốngđịnhvịtrongnhà ISM Industrial,S c i e n t i f i c a n d M e Côngnghiệp,khoahọcvàytế dical KNN K-NearestNeighbors KPCA Kernel Analysis Principal Thuậttoánlánggiềnggần Component Phươngphápp h â n t í c h t h nh LBS LocationBasedSystem phầnhạtnhânchính Hệthốngđịnhvịdựatrênvịtrí LDA LinearDiscriminantAnalysis Phântíchphânbiệttuyếntính LightGBM LightGradientBoostedMachine Máytăngcườngđộdốcnhẹ LiR LinearRegression Hồiquytuyếntính LoS LightofSign Đườngtruyềnthẳng LOS Line-Of-Sight Đườngtruyềnthẳng LR LogisticRegression HồiquyLogistic ML MachineLearning Họcmáy MSE MeanSquaredError Saisốtồnphươngtrungbình NB NaiveBayes ThuttoỏnNaăveBayes NLoS NotLightofSign ngtruynkhụngthng PCA PrincipleComponentAnalysis Phngphỏpp h õ n t í c h t h nh RF RandomForest phầnchính Rừngngẫunhiên RFID RadioFrequencyIdentification Nhậndạngtầnsốvơtuyến RP ReferencePoint Điểmthamchiếu RSS ReceivedSignalStrength Cườngđộtínhiệunhậnđược RSSI ReceivedSignalStrengthIndica- Chỉsốcườngđộtínhiệu tor SVM SupportVectorMachines Máyhỗtrợvector TDoA TimeDifferenceofArrival- chênhlệchthờigianđến ToA TimeofArrival Thờigiantới TSARS TimeandSpaceAttributesofRe- Thuộctínhvềkhơnggianvàthời ceivedSignal giancủatínhiệunhậnđược UWB UltraWideBand Băngthơngsiêurộng WKNN WeightedKNearestNeighbours KNNcótrọngsố