Nghiên cứu triển khai hệ thống định vị dùng công nghệ RFID thụ động

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .4 CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU .9 CHƢƠNG – TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 10 1.1 Công nghệ định vị môi trƣờng hẹp 10 1.2 Kỹ thuật định vị nhà sử dụng công nghệ UHF-RFID thẻ thụ động 12 1.3 Tình hình nghiên cứu Thế giới liên quan đến lĩnh vực Đề tài 14 1.4 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài 16 CHƢƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT .18 2.1 Hệ thống định vị dùng công nghệ RFID thẻ thụ động 18 2.1.1 Thẻ RFID 19 2.1.2 Đầu đọc thẻ RFID 20 2.1.3 Ăng-ten đầu đọc 21 2.1.4 Phần mềm thu thập hiển thị thông tin thẻ 22 Phƣơng trình truyền sóng hệ thống định vị dùng công nghệ RFID 2.2 thẻ thụ động 22 Phƣơng trình truyền sóng 23 2.2.1 2.2.1.1 Phƣơng trình truyền sóng 23 2.2.1.2 Phƣơng trình truyền tổn hao theo ảnh hƣởng đa đƣờng 27 2.2.2 Cách Tính Thông số RSSI 30 Các Phƣơng pháp Định vị 32 2.3 2.3.1 Thời gian truyền tín hiệu (DOA DTOA) .32 2.3.2 Thuật toán tam giác .33 2.3.3 Thuật toán K điểm gần (KNN) .34 2.3.3.1 Lựa chọn giá trị K 34 2.3.3.2 Tính toán hệ số tin cậy 34 a Hệ số tin cậy giá trị RSSI .35 b Hệ số tin cậy sai số khoảng cách ƣớc lƣợng .35 c Hệ số tin cậy số vùng biên .36 CHƢƠNG – ĐẶC TÍNH HÓA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ DÙNG RFID THẺ THỤ ĐỘNG 37 3.1 Ảnh hƣởng hƣớng đặt ăng-ten 37 3.2 Ảnh hƣởng vật liệu tiếp xúc thẻ 39 3.2.1 Thẻ đƣợc dán tƣờng gỗ 40 3.2.2 Thẻ đƣợc dán tƣờng bê – tông .42 3.2.3 Thẻ đƣợc đặt không khí .474748 3.2.4 Thẻ đƣợc đeo ngƣời .515152 3.2.5 Kết luận chung 535354 Ảnh hƣởng đặc tính khác môi trƣờng 535354 3.3 CHƢƠNG – CÁC HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID THẺ THỤ ĐỘNG ĐÃ TRIỂN KHAI .545455 4.1 Hệ thống định vị sử dụng đầu đọc thẻ .545455 4.1.1 Cấu hình hệ thống 545455 4.1.2 Hiệu chỉnh hệ thống 575758 4.1.3 Phƣơng pháp định vị 585859 4.1.4 Kết Khó khăn 616162 Hệ thống định vị sử dụng đầu đọc nhiều thẻ .626263 4.2 4.2.1 Cấu hình hệ thống 626263 4.2.2 Hiệu chỉnh hệ thống 636364 4.2.2.1 Hiệu chỉnh thông tin thu thập CSDL 656566 4.2.2.2 Hiệu chỉnh liệu cho điểm định vị .666667 4.2.3 Phƣơng pháp Định vị 676768 4.2.4 Kết khó khăn .686869 4.3 Hệ thống định vị sử dụng ba ăng-ten thẻ 696970 4.3.1 Cấu hình hệ thống 696970 4.3.2 Hiệu chỉnh liệu .717172 4.3.3 Phƣơng pháp định vị .727273 4.3.4 Kết khó khăn .747475 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 767677 TÀI LIỆU THAM KHẢO .787879 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU .797980 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt đƣợc Luận Văn nghiên cứu đƣợc hƣớng dẫn giáo viên hƣớng dẫn nhóm nghiên cứu thời gian thực Những trích dẫn, thông tin tham chiếu đƣợc ghi rõ tài liệu tham khảo Nếu kết phát đƣợc chép kết Tài liệu tham chiếu khác hội đồng hủy kết nghiên cứu Luận Văn Học Viên CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG STT Ký hiệu Giải thích RFID (Radio Frequency Identification) Sự định danh dựa vào tín hiệu sóng vô tuyến RSSI(Received Signal Strength Indicator) Chỉ số độ lớn tín hiệu nhận đƣợc ID (Identification) Định danh Tag Thẻ Reader Đầu đọc Antenna Ăng-ten KNN(K-nearest neighborv) K điểm gần Triangulation Thuật toán tam giác RF(Radio Frequency) Tần số tín hiệu sóng vô tuyến 10 Cable Cáp 11 Loss Tổn hao 12 CSDL Cở sở liệu 13 NA (North American) Dải tần có tần số trung tâm 915Mhz 14 EU3 Dải tần có tần số trung tâm 868Mhz 15 Histogram Biểu đồ mối liên hệ giá trị RSSI số lần xuất 16 Gain Hệ số ăng-ten 17 WSN(Wireless Sensor Network) Mạng lƣới cảm biến không dây 18 GPS(Global Positioning System) Hệ thống định vị toàn cầu 19 RT(Reference Tag) Thẻ tham chiếu 20 TT(Target Tag) Thẻ định vị DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1- 1: Mối quan hệ khoảng cách & tần số tín hiệu hệ thống RFID thẻ thụ động [1] 12 Bảng 1- 2: Một số công nghệ định vị môi trƣờng diện hẹp 12 Bảng 1- 3: Một số nghiên cứu Hệ thống định vị môi trƣờng diện hẹp công bố 15 Bảng 2- 1: Lƣợng tổn hao lƣợng tín hiệu cáp giắc kết nối .32 Bảng 3- 1: Dải giá trị số điện môi theo vật liệu 39 Bảng 3- 2: Kết thí nghiệm dùng ăng – ten MT245 ăng–ten Metal 41 Bảng 3- 3: Bảng tổng hợp kết thu đƣợc .434344 Bảng 3- 4: Các kết dùng ăng–ten Metal thu tín hiệu 464647 Bảng 3- 5: Các kết dùng ăng–ten MT245 thu tín hiệu 464647 Bảng 3- 6: Kết thu đƣợc dùng Ăng–ten Metal đọc tín hiệu từ thẻ đặt không khí 484849 Bảng 3- 7: Kết thu đƣợc dung Ăng-ten MT245 thu tín hiệu từ thẻ đặt không khí 505051 Bảng 3- 8: Giá trị RSSI thẻ đƣợc đeo ngƣời 525253 Bảng 4- 1: Bảng kết phân tích chất lƣợng CSDL thu thập 595960 Bảng 4- 2: Các tham số phản ánh mức độ ổn định CSDL 656566 Bảng 4- 3: So sánh mức độ ổn định loại CSDL 666667 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Ba khối hệ thống định vị .10 Hình 2- 1: Nguyên lý hoạt động hệ thống định vị RFID thẻ thụ động môi trƣờng hẹp [14] 18 Hình 2- 2: Cấu trúc loại thẻ RFID [1] 19 Hình 2- 3: Hình dạng ăng – ten Metal 21 Hình 2- 4: Khi ăng-ten truyền ăng-ten nhận đặt lệch [14] 23 Hình 2- 5: Phần dƣ hồi qui 28 Hình 2- 6: Mô hình định vị tam giác 33 Hình 3- 1: Sự thay đổi theo hƣớng Hệ số ăng-ten đầu đọc Thingmagic 37 Hình 3- 2: Sự thay đổi giá trị RSSI theo hƣớng ăng-ten đầu đọc .38 Hình 3- 3: Ăng–ten Metal thu tín hiệu thẻ dán miếng xốp + tƣờng gỗ .40 Hình 3- 4: Ăng–ten MT245 thu tín hiệu thẻ dán miếng xốp + tƣờng gỗ 41 Hình 3- 5: Ăng–ten MT245 thu tín hiệu thẻ dán miếng xốp nhỏ + tƣờng bê – tông 424243 Hình 3- 6: Ăng–ten Metal thu tín hiệu từ thẻ dán miếng xốp nhỏ + tƣờng bê tông 454546 Hình 3- 7: Ăng–ten Metal thu tín hiệu từ thẻ đặt không khí 484849 Hình 3- 8: Ăng–ten MT245 thu tín hiệu thẻ đặt không khí 505051 Hình 3- 9: Thẻ treo ngƣời 525253 Hình 4- 1: Bàn thí nghiệm đặt lƣới thẻ Landmark 545455 Hình 4- 2: Tọa độ điểm lƣới thẻ 555556 Hình 4- 3: Vị trí ăng–ten đầu đọc vàn thí nghiệm 565657 Hình 4- 4: Lƣới thẻ có thẻ 575758 Hình 4- 5: Qui trình định vị .585859 Hình 4- 6: So sánh giá trị khoảng cách d thực tế khoảng cách d tính toán đƣợc (m) .606061 Hình 4- 7: So sánh Histogram điểm định vị (màu đỏ) điểm tham chiếu (màu xanh) 616162 Hình 4- 8: Kết định vị sử dụng thẻ lƣới Landmark .616162 Hình 4- 9: Lƣới thẻ đặt đầy đủ thẻ 626263 Hình 4- 10: Qui trình định vị 646465 Hình 4- 11: Mô hình sơ đồ theo phép nội suy tuyến tính 666667 Hình 4- 12: Sai số ƣớc lƣợng (%) điểm định vị 686869 Hình 4- 13: Hình vẽ mô tả ba ăng-ten thẻ 707071 Hình 4- 14: Hình chiếu hệ thống lắp đặt theo mô hình Tam giác .707071 Hình 4- 15: Mô tả hệ thống triển khai 717172 Hình 4- 16: Cách đặt thẻ tham chiếu thẻ định vị 727273 Hình 4- 17: Mô hình tam giác 737374 Hình 4- 18: So sánh liệu nhận đƣợc trƣờng hợp .747475 Hình 4- 19: Sai số(m) điểm định vị 757576 LỜI MỞ ĐẦU Vị trí thông tin ứng dụng theo dõi định vị đối tƣợng Thông tin quan trọng hỗ trợ ngƣời sử dụng hoạt động môi trƣờng không quen thuộc Với mục tiêu xây dựng đƣợc hệ thống định vị có giá thành hợp lý độ ổn định cao môi trƣờng hẹp, công nghệ RFID với thẻ thụ động đƣợc lựa chọn triển khai hệ thống Dƣới bố cục phần luận văn: - Chƣơng 1: Tình hình nghiên cứu tổng quan giới Việt Nam Phần giải thích công nghệ định vị mục tiêu nghiên cứu đề tài - Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng phân tích cấu trúc, nguyên lý hoạt động hệ thống định vị dùng công nghệ RFID; đặc điểm tín hiệu sóng điện từ truyền môi trƣờng hẹp thuật toán định vị hay đƣợc sử dụng - Chƣơng 3: Đặc tính hóa yếu tố ảnh hƣởng tới hệ thống Các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ lớp vật liệu tiếp xúc với thẻ, độ định hƣớng ăng-ten ảnh hƣởng môi trƣờng đƣợc phân tích chi tiết - Chƣơng 4: Các hệ thống định vị đƣợc triển khai Phần đƣa phân tích cụ thể hệ thống mà luận văn triển khai - Phần cuối số kết luận định hƣớng phát triển cho đề tài thời gian tới Trong trình nghiên cứu em gặp phải nhiều khó khăn nhận đƣợc giúp đỡ từ cô giáo hƣớng dẫn Lê Minh Thùy, thành viên nhóm RF phòng TTAC thuộc Viện nghiên cứu quốc tế Mica–trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, giúp đỡ bạn bè lớp cao học khóa 2013B đồng nghiệp phòng Nghiên Cứu & Phát Triển công ty TNHH Phát Triển Điện Tử Bình Anh Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ ngƣời suốt thời gian vừa qua! CHƢƠNG – TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Công nghệ định vị môi trƣờng hẹp Nhu cầu định vị thu hút quan tâm nhà nghiên cứu thập kỷ gần nhu cầu thực tế xác định vị trí đối tƣợng lĩnh vực quân sự, công nghiệp, y tế, dân Với tiến khoa học kỹ thuật, công nghệ hỗ trợ định vị đối tƣợng nhƣ RFID, camera, wifi, WSN với ứng dụng định vị môi trƣờng hẹp (trong tòa nhà, sân bay, kho chứa đồ) Các ứng dụng định vị môi trƣờng hẹp nhƣ giám sát, dẫn đƣờng cho ngƣời phiếm thị, ngƣời cao tuổi, trẻ nhỏ, ngƣời bệnh hay ngƣời sử dụng môi trƣờng không quen thuộc; hay ứng dụng tìm kiếm hàng hóa kho, tìm kiếm hành lý khách hàng sân bay Phạm vi ứng dụng ngày mở rộng yêu cầu định vị ngày cao đòi hỏi phải xây dựng đƣợc hệ thống định vị hoạt động hiệu môi trƣờng hẹp Một hệ thống định vị bao gồm khối bản: khối cảm biến, khối xử lý liệu khối hiển thị: Hình 1-1: Ba khối hệ thống định vị Một số công nghệ định vị sử dụng môi trƣờng hẹp nhƣ: tín hiệu GPS, sử dụng camera dựa vào tín hiệu sóng điện từ-RF (sử dụng Wifi, mạng cảm biến không dây, công nghệ RFID) Mỗi công nghệ phát triển khối chức khác nên có ƣu điểm hạn chế riêng Nên phải dựa vào mục đích yêu cầu cụ thể ngƣời dùng lựa chọn đƣợc công nghệ định vị cách xây dựng hệ thống định vị phù hợp Phân loại theo khối cảm biến (quyết định đến công nghệ định vị) hệ thống định vị môi trƣờng hẹp chia thành kiểu dƣới đây: 10 P P P P P Hình 4- 11: Mô hình sơ đồ theo phép nội suy tuyến tính Sau hiệu chỉnh giá trị RSSI điểm tham chiếu thu đƣợc CSDL Bảng dƣới so sánh chất lƣợng, độ ổn định liệu loại liệu trực tiếp liệu sau hiệu chỉnh CSDL: Bảng 4- 3: So sánh mức độ ổn định loại CSDL STT  (độ) 20 20 20 20 15 h(cm) 133 143 129 141 138.5 CSDL thu thập trực tiếp  (dBm) R2 0.28 0.43 0.31 0.45 0.42 3.72 3.33 3.84 3.24 3.45 CSDL đƣợc hiệu chỉnh  (dBm) R2 0.74 0.81 0.74 0.81 0.69 1.05 1.03 1.16 1.05 1.70 Nhìn vào bảng thông số loại CSDL bảng ta thấy CSDL với liệu đƣợc thu thập trực tiếp có độ ổn định liệu thấp nhiều so với CSDL đƣợc hiệu chỉnh nên CSDL sau hiệu chỉnh sử dụng để định vị đối tƣợng 4.2.2.2 Hiệu chỉnh liệu cho điểm định vị Sau hiệu chỉnh đƣợc liệu CSDL việc phải hiệu chỉnh liệu điểm định vị Trong trình lấy liệu điểm định vị điểm tham chiếu đƣợc giữ nguyên bàn thí nghiệm gây tƣợng sóng giao thoa thẻ khác tác động tới thẻ định vị, nên phải hiệu chỉnh liệu cho điểm định vị để phù hợp với CSDL điểm tham chiếu hiệu chỉnh 66 Sau có đƣợc hai phƣơng trình tổn hao đƣờng truyền theo liệu thu thập trực tiếp sau hiệu chỉnh tính đƣợc lƣợng tổn hao cần hiệu chỉnh theo biểu thức dƣới đây: PLi  PLi _ direct _ data  PLi _ calibrated _ data  f i (d ) (3 3) Khoảng cách ƣớc lƣợng đƣợc miêu tả nhƣ biểu thức dƣới đây: Log (d )  PLdirect _ data  PLo _ direct _ data (3 4) 20 * n Sau đó, giá trị khoảng cách ƣớc lƣợng d đƣợc thay vào biểu thức tính giá trị tổn hao hiệu chỉnh điểm định vị, giá trị RSSI cần hiệu chỉnh điểm định vị 4.2.3 Phƣơng pháp Định vị Sau toàn liệu đƣợc hiệu chỉnh trình định vị đƣợc tiến hành Thuật toán định vị KNN đƣợc sử dụng với bƣớc trình định vị nhƣ dƣới đây: - So sánh giá trị tổn hao điểm định vị với điểm tham chiếu CSDL hiệu chỉnh - Chọn K giá trị điểm tham chiếu có giá trị RSSI gần giống với điểm định vị - Tính toán hệ số tin cậy cho K điểm tham chiếu chọn Với trƣờng hợp hệ thống có điểm tham chiếu (dƣới 100 điểm) thƣờng tính đến hệ số tin cậy giá trị tổn hao sai số khoảng cách ƣớc lƣợng Sau tính đƣợc công thức tính hệ số tổng hợp Wi  wPLi * wDi cho điểm tham chiếu K điểm đƣợc chọn [18]: 67 Wi  Wi K W (3 5) j j1 Tọa độ điểm định vị thứ i (xtarget_position,ytarget_position) đƣợc ƣớc lƣợng theo công thức dƣới đây: K xt arg et _ position   Wi * xi (3 6) i 1 K yt arg et _ position   Wi * yi (3 7) i 1 - Tính toán tọa độ ƣớc lƣợng điểm định vị - Tính toán sai số ƣớc lƣợng cho điểm định vị 4.2.4 Kết khó khăn Có CSDL đƣợc thu thập với tổng cộng 68 điểm định vị cho kết sai số định vị nhƣ hình dƣới đây: Hình 4- 12: Sai số ước lượng (%) điểm định vị Trong thí nghiệm đầu tiên, sử dụng thẻ đặt lƣới Landmark có 10 điểm với lƣợng sai số định vị trung bình khoảng 34.25cm (tƣơng đƣơng với 23%) Do dùng 68 phƣơng pháp so sánh histogram điểm định vị với điểm tham chiếu nên cần phải tìm đƣợc vị trí đặt ăng – ten đầu đọc cho độ ổn định liệu cao sử dụng đƣợc sở liệu Nên phƣơng pháp nhiều thời gian khó áp dụng hệ thống triển khai diện rộng, đảm bảo yếu tố thời gian thực Khi thẻ đặt đầy đủ lƣới Landmark, CSDL thu đƣợc có chất lƣợng độ ổn định liệu thấp Trong trƣờng hợp việc áp dụng phƣơng pháp so sánh histogram để định vị khó đem lại hiệu cao Chính nên liệu cần phải đƣợc hiệu chỉnh trƣớc tiến hành bƣớc định vị Thuật toán KNN đƣợc sử dụng cho trƣờng hợp giúp định vị cho nhiều điểm (68 điểm) với lƣợng sai số trung bình 32.3cm (tƣơng ứng với 17.9%) Tuy vị trí ăng–ten đầu đọc nhƣng với khoảng thời gian đo cách xa (1 tháng) chất lƣợng CSDL khác nhiều Sự khác tùy thuộc vào thay đổi yếu tố môi trƣờng xung quanh nhƣ phân tích phần phƣơng trình truyền tín hiệu Tuy nhiên, trƣờng hợp ta phải hiệu chỉnh lại liệu điểm định vị để phù hợp với CSDL đƣợc thu thập thời điểm trƣớc lâu ngày trƣớc tiến hành định vị 4.3 Hệ thống định vị sử dụng ba ăng-ten thẻ 4.3.1 Cấu hình hệ thống Thí nghiệm giúp xác định mức ảnh hƣởng hệ thống sử dụng nhiều ăng–ten đầu đọc (2 ăng–ten) để thu thập liệu thẻ thời điểm Thí nghiệm cần thiết bị: - đầu đọc M6 (hoặc M6e) - ăng–ten (2 ăng–ten hãng thingmagic + ăng–ten Metal) 69 - dây cáp (2 loại cap khác cho loại ăng–ten, với độ dài 0,9m; 1,85m 6m) - Máy tính+ bàn thí nghiệm - thẻ AD222 Hệ thống đƣợc dựng theo mô hình tam giác với ăng–ten đầu đọc đỉnh tam giác đều; thẻ AD222 nằm vùng không gian tam giác Khoảng cách tối thiểu từ ăng-ten tới thẻ 1m Dƣới hình vẽ mô tả vị trí ăng-ten thẻ: Hình 4- 13: Hình vẽ mô tả ba ăng-ten thẻ Tƣơng tự có đƣợc hình vẽ với mặt chiếu cho hệ thống: Hình 4- 14: Hình chiếu hệ thống lắp đặt theo mô hình Tam giác 70 Hình ảnh cho hệ thống: Dƣới hình vẽ mô tả cách lắp đặt hệ thống thực tế phòng trƣng bày tầng 8–viện Mica–trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội: Hình 4- 15: Mô tả hệ thống triển khai Với cách lắp đặt hệ thống nhƣ hình trên, ăng–ten thu thập liệu thời điểm Khoảng cách từ ăng–ten tới trọng tâm tam giác 1,15m Khi ăng-ten song song với mặt thẻ ăng–ten nghiêng góc 600 với mặt thẻ, ăng–ten thứ ba nghiêng góc -600 so với mặt thẻ 4.3.2 Hiệu chỉnh liệu Một bƣớc quan trọng trƣớc thu thập liệu phải hiệu chỉnh thô liệu Điều giúp hiệu chỉnh liệu theo điều kiện làm việc phù hợp Sau lập đƣợc phƣơng trình tổn hao đƣờng truyền theo lý thuyết phải tính toán, ƣớc đƣợc hệ số tổn hao đƣờng truyền Dữ liệu từ ăng–ten lập đƣợc phƣơng trình truyền sóng nhƣ ba giá trị hệ số tổn hao n khác tƣơng ứng 71 Hình 4- 16: Cách đặt thẻ tham chiếu thẻ định vị Vị trí tham chiếu thẻ ứng với ăng–ten vị trí thẻ đặt cách ăng-ten 1m mặt thẻ đƣợc đặt song song với mặt ăng-ten tƣơng ứng Chọn vị trí làm vị trí tham chiếu để loại bỏ lƣợng nhiễu tác động (giảm đƣợc ảnh hƣởng theo khoảng cách thành phần logR khoảng cách tham chiếu 1m phƣơng trình truyền sóng bị triệt tiêu (logR=log1=0); đồng thời loại bỏ đƣợc ảnh hƣởng sai khác hƣớng ăng-ten thẻ Giá trị tổn hao điểm tham chiếu thu thập đƣợc so sánh với giá trị tổn hao tính toán đƣợc theo lý thuyết (trong môi trƣờng lý tƣởng) tính đƣợc số tổn hao n môi trƣờng Phần hiệu chỉnh theo góc lệch tƣơng đối ăng-ten thẻ đƣợc áp dụng để tính toán, ƣớc lƣợng phần lại phƣơng trình truyền sóng Dựa vào datasheet ăng-ten đầu đọc thẻ sử dụng ƣớc lƣợng đƣợc theo lý thuyết thay đổi công suất xạ ăng–ten theo hƣớng 4.3.3 Phƣơng pháp định vị Dựa vào liệu thu thập đƣợc từ ăng–ten, vị trí tƣơng đối đối tƣợng theo khoảng cách tới ăng-ten đƣợc ƣớc lƣợng Giao điểm ba khoảng cách ƣớc lƣợng từ ba ăng–ten tới vị trí đối tƣợng ƣớc lƣợng vùng định vị đối tƣợng 72 Các thông số ban đầu đƣợc đặt nhƣ sau: - h  1.03m - d  2m - d1  (d / 3)  1.1547m - h1  1.03m -  0 - Khi thẻ độ cao với ăng–ten, góc nghiêng tƣơng đối hƣớng ăng–ten tới thẻ lần lƣợt là: 1  300 ; 2  00 ; 3  300 - Mức công suất phát đầu đọc: 30dBm - Vùng tần số tín hiệu: EU3 NA - Thẻ RFID đƣợc đặt không khí (dùng thẻ AD222) Phƣơng pháp định vị: a Mô hình lý tưởng b Mô hình thực tế Hình 4- 17: Mô hình tam giác Thuật toán tam giác có ý tƣởng nhƣ hình 3-17 Trong môi trƣờng lý tƣởng giao điểm đƣờng thẳng d1, d2 d3 tọa độ ƣớc lƣợng điểm định vị Tuy nhiên, thực tế đƣờng thẳng tạo vùng giao Vùng giao thể vùng ƣớc lƣợng vị trí định vị Nếu vùng nhỏ sai số phép định vị nhỏ khoanh vùng định vị đối tƣợng xác 73 4.3.4 Kết khó khăn Dƣới hình vẽ so sánh liệu nhận đƣợc trƣờng hợp: liệu thu đƣợc trực tiếp, liệu đƣợc hiệu chỉnh chỗ, liệu đƣợc hiệu chỉnh thêm hƣớng liệu không đƣợc hiệu chỉnh hƣớng để thấy rõ áp dụng phƣơng pháp hiệu chỉnh chỗ hiệu chỉnh theo hƣớng tƣơng đối ăng-ten thu đƣợc kết định vị tốt So sánh giá trị RSSI trƣờng hợp -48 RSSI (dBm) -48 -50 -52 -53 -54 -58 -56 RSSI hiệu chỉnh -63 -68 RSSI tính toán lý thuyết theo khoảng cách độ định hướng Ăng-ten RSSI tính toán lý thuyết theo khoảng cách -73 RSSI thu thập từ thực nghiệm -58 -60 -62 Các vị trí đối tƣợng định vị Hình 4- 18: So sánh liệu nhận trường hợp Sau thực trình hiệu chỉnh liệu định vị cho điểm có đƣợc tổng hợp sai số định vị điểm theo mô tả hình dƣới đây: 74 Sai số Định vị 0.7 Chƣa hiệu chỉnh theo hƣớng Ăng-ten Đã hiệu chỉnh theo hƣớng Ăng-ten 0.6 Sai số (m) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 P1.1 P1.2 P1.3 P2.1 P2.2 P3.1 P3.2 P3.3 Các vị trí đối tƣợng định vị Hình 4- 19: Sai số(m) điểm định vị Hình đƣa so sánh trƣờng hợp sử dụng liệu đƣợc hiệu chỉnh theo hƣớng Nếu không hiệu chỉnh liệu theo hƣớng mức sai số trung bình khoảng 0.52m (cột sai số màu xanh), liệu sau hiệu chỉnh theo hƣớng lần thứ mức sai số trung bình 0.28m (cột liệu màu đỏ) Một ƣu điểm sử dụng theo phƣơng pháp tam giác hiệu chỉnh liệu chỗ nhanh chóng trƣớc tiến hành thu thập liệu Điều phù hợp lắp đặt hệ thống thực tế rút ngắn đƣợc thời gian thu thập liệu 75 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài tiến hành nghiên cứu thuật toán định vị đối tƣợng sử dụng công nghệ RFID môi trƣờng diện tích hẹp Đề tài thu đƣợc kết sau:  Phân tích số thuật toán định vị sử dụng công nghệ RFID môi trƣờng diện hẹp, ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp  Tiến hành xây dựng hệ thống định vị sử dụng RFID thụ động tần số UHF dựa kỹ thuật ƣớc lƣợng khoảng cách dùng RSSI kết hợp với việc so sánh biểu đồ histogram giai đoạn thí nghiệm thứ – sử dụng thẻ tham chiếu vùng cảm ứng  Tiến hành lắp đặt xây dựng hệ thống dựa mô hình Landmark thuật toán KNN cho giai đoạn thí nghiệm thứ hai  Xây dựng hệ thống định vị theo mô hình tam giác giai đoạn thí nghiệm thứ ba Việc định vị đối tƣợng phòng thí nghiệm (không có vật cản) bƣớc đầu cho kết khả quan, với sai số việc ƣớc lƣợng~30cm Sai số nhỏ, nhiên nghiên cứu thử nghiệm định vị RFID chủ yếu thực môi trƣờng thay đổi, phép đo thƣờng đƣợc tiến hành thời điểm Thí nghiệm đƣợc thực phòng trƣng bày sản phẩm Viện MICA, nơi có nhiều ngƣời ra/vào thăm quan, thực thí nghiệm Bên cạnh phòng trƣng bày có nhiều thiết bị điện tử khác hoạt động Tất vấn đề nguồn nhiễu ảnh hƣởng đến kết phép ƣớc lƣợng Do sai số ƣớc lƣợng vị trí~30cm chấp nhận đƣợc Tuy nhiên hạn chế khoảng cách từ đầu đọc đến thẻ ngắn (điều cấu trúc ăng-ten đầu đọc loại thẻ thụ động sử dụng) Ba loại hệ thống định vị đƣợc triển khai để tìm phƣơng pháp hiệu chỉnh liệu hợp lý hệ thống: 76  Hệ thống định vị sử dụng đầu đọc thẻ nhiều thời gian thu thập liệu điểm định vị Điều gây khó khăn triển khai hệ thống với số lƣợng lớn điểm tham chiếu Thêm vào đó, liệu biến động theo thời gian nên liệu CSDL phải đƣợc thay đổi để phù hợp  Hệ thống định vị sử dụng đầu đọc nhiều thẻ gây nhiều nhiễu giao thoa cho hệ thống Nên phần xử lý liệu gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, liệu điểm tham chiếu đƣợc cập nhật thƣờng xuyên làm tăng độ tin cậy liệu Kiểu lắp đặt Hệ thống thƣờng đƣợc sử dụng thực tế  Hệ thống định vị sử dụng ba ăng-ten thẻ giúp tăng độ xác hệ thống kết hợp thông tin thu thập từ ba ăng-ten đầu đọc Với ứng dụng định vị nhà yêu cầu độ xác cao áp dụng kiểu hệ thống Trong thời gian tới tiến hành áp dụng kết nghiên cứu vào để xây dựng, thiết kế ứng dụng thực tế nhƣ định vị vị trí vật, ngƣời di động, hàng hóa di động 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] K Finkenzeller, Fundamentals and applications in contactless smart cards, radio frequency identification and near-field communication, 3rd ed Chichester, West Sussex  ; Hoboken, NJ: Wiley, 2010 [2] Bhavik Venilal Contractor, “Two Dimensional Localization of Passive UHF RFID Tags,” Master of Science in Computer Engineering, Mumbai University, India, 2003 [3] P Vorst, S Schneegans, B Yang, and A Zell, “Self-Localization with RFID snapshots in densely tagged environments,” in IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2008 IROS 2008, 2008, pp 1353–1358 [4] L.-W Yeh, M.-S Hsu, Y.-F Lee, and Y.-C Tseng, “Indoor localization: Automatically constructing today’s radio map by iRobot and RFIDs,” in 2009 IEEE Sensors, 2009, pp 1463–1466 [5] RAMPRABHU JAYARAMAN, “Object localization using passive RFID tags,” Master of Science Graduate Program in Electrical and Computer Engineering, the Graduate School-New Brunswick Rutgers, The State University of New Jersey in partial fulfillment of the requirements, 2009 [6] Kirti Chawla and Gabriel Robins, “An RFID-based object localisation framework,” Int J Radio Frequency Identification Technology and Applications, vol Vol 3, no 1/2, pp 2–30, 2011 [7] ERDEM ÖZYURT, “LOCATION FINDING ALGORITHM BY USING RFID,” Electrical & Electronics Engineering, Atılım University, 2011 [8] S.L Ting, S.K Kwok, Albert H.C Tsang, and George T.S Ho, “The study on Using passive RFID tags for indoor positioning,” Engineering Business Management, vol 3, no 1, pp 9–15, 2011 [9] S S Saad and Z S Nakad, “A Standalone RFID Indoor Positioning System Using Passive Tags,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 58, no 5, pp 1961–1970, 2011 [10] D Fortin-Simard, K Bouchard, S Gaboury, B Bouchard, and A Bouzouane, “Accurate passive RFID localization system for smart homes,” 2012, pp 1–8 [11] A Nazari Shirehjini, A Yassine, and S Shirmohammadi, “Equipment Location in Hospitals using RFID-Based Positioning System,” IEEE Trans Inf Technol Biomed, Oct 2012 [12] L Yang, J Cao, W Zhu, and S Tang, “A hybrid method for achieving high accuracy and efficiency in object tracking using passive RFID,” in 2012 IEEE 78 International Conference on Pervasive Computing and Communications (PerCom), 2012, pp 109–115 [13] D Yan, Z Zhao, and W Ng, “Leveraging read rates of passive RFID tags for real-time indoor location tracking,” in Proceedings of the 21st ACM international conference on Information and knowledge management, New York, NY, USA, 2012, pp 375–384 [14] C A Balanis, Antenna theory: analysis and design, 3rd ed Hoboken, NJ: John Wiley, 2005 [15] Allin Cottrell, “Regression Analysis: Basic Concepts, last revised 2011-0902, unpublished.” [16] M Vossiek, L Wiebking, P Gulden, J Wieghardt, C Hoffmann, and P Heide, “Wireless local positioning,” IEEE Microwave Magazine, vol 4, no 4, pp 77–86, Dec 2003 [17] Saravanan Thirumuruganathan, “A Detailed Introduction to K - Nearest Neighbor (KNN) Algorithm, May-2010, unpublished.” [18] Y Zhao, Y Liu, and L M Ni, “VIRE: Active RFID-based Localization Using Virtual Reference Elimination,” 2007 [19] K T Gribbon and D G Bailey, “A novel approach to real-time bilinear interpolation,” in 2004 IEEE International Conference on Field-Programmable Technology, 2004 Proceedings, 2004, pp 126–131 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU STT Thời gian 10/2014 Thông tin chi tiết  “Indoor Localization using passive UHF-RFID Tags and multi-antennas”, Thi Hao Dao, Minh Thuy Le, Quoc Cuong Nguyen – the 7th International Conference on Avanced Technology Comunications (ATC), October, 15-17, 2014 08/2014  “Indoor Localization System based on Passive UHFRFID Tag and Triangular Technique”, Thi Hao Dao, Quoc Cuong Nguyen, Minh Thuy Le – accepted by Loughborough Antennas and Propagation Conference 79 (LAPC) 2014 IEEE Conference, Loughborough University, UK 12/2013  “Indoor Localization using passive RFID Tags”, Thi Hao Dao, Quoc Cuong Nguyen, Minh Thuy Le – JEC Journal on Electronics and Communications – IEEE Journal a chapter in Vietnam, Accepted December 30, 2013 12/2013  “Indoor Localization System based on RFID Passive Tags”, Thi Hao Dao, Quoc Cuong Nguyen, Van Duc Ngo, Cong Anh Hoang, Minh Thuy Le – Fifth International Conference on Intelligent Systems, Modelling and Simulation (ISMS2014) to be held 27 – 29 January 2014 in Malaysia, IEEE Computer Society, pp354 – 360 11/2013  “Indoor Objects Localization System using Passive UHF – RFID Technology”, Thi Hao Dao, Quoc Cuong Nguyen, Minh Thuy Le, National Conference on Electronics and Communications (REV2013KC01), pp.118 – 122 06/2013  “Indoor Positioning system based on Passive RFID” Dao Thi Hao, Doan Thi Ngoc Hien, Tran Duy Khanh, Nguyen Quoc Cuong - Hanoi University of Science and Technology; Jounal of Science and Technology ; No.95 - 2013; Received February 20, 2013, accepted April 22, 2013 80 ... thụ động Phần trình bày chi tiết kỹ thuật định vị nhà dựa công nghệ UHF -RFID thẻ thụ động 1.2 Kỹ thuật định vị nhà sử dụng công nghệ UHF -RFID thẻ thụ động Hệ thống định vị sử dụng công nghệ RFID. .. định đến công nghệ định vị) hệ thống định vị môi trƣờng hẹp chia thành kiểu dƣới đây: 10 - Hệ thống định vị toàn cầu-GPS (Globle Positioning System) hệ thống định vị sử dụng tín hiệu GPS Hệ thống. .. Hệ thống định vị triển khai dùng thẻ thụ động giúp giảm giá thành tối đa Các tiêu chuẩn thực tế khác phù hợp hệ thống lắp đặt 17 CHƢƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống định vị dùng công nghệ RFID