PDR là hệ thống IPS dựa trên cảm biến quán tính với những ưu điểm: Không cần cơ sở hạ tầng thiết bị, không cần cơ sở dữ liệu tín hiệu, ít tiêu tốn năng lượng, khi mất điện vẫn hoạt động được. Điểm hạn chế lớn đó là lỗi tích lũy theo thời gian và cần xác định vị trí khởi đầu. Chi tiết so sánh hiệu năng của PDR với các phương pháp còn lại được biểu diễn trên hình 1.19. Kết quả biểu diễn thấy rằng PDR đạt cấp độ lớn về hiệu suất năng lượng, giá đầu tư, vùng hoạt động nhưng độ chính xác lại nhỏ hơn các phương pháp khác [2 ÷ 6 m].
Hình 1.19: Đánh giá các tiêu chí và so sánh hiệu suất của tất cả các phương pháp
tiếp cận dựa trên thiết bị gần đây [7]
Mặt khác, trước đây các cảm biến dùng định vị thường được gắn vào bàn chân hay eo để tăng độ chính xác. Nhưng khi nằm trong điện thoại thông minh, vị trí của các cảm biến không phải là xác định, do đó, mẫu tín hiệu có thể thay đổi ở các chế độ khác nhau nên hệ thống chỉ có thể cung cấp thông tin một cách tương đối. Vì vậy, việc kết hợp PDR với các hệ thống IPS khác sẽ nâng cao tổng thể độ chính xác của toàn bộ hệ thống định vị.
1.2.2. Kết hợp PDR và các hệ thống IPS khác
Đối với các hệ thống IPS dựa trên điện thoại thông minh, bên cạnh hệ thống PDR, các hệ thống dựa trên tín hiệu vô tuyến gồm:
Tín hiệu Wifi (Wireless Fidelity: Mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến) là loại được sử dụng rộng rãi nhất do chúng có vùng phủ sóng rộng rãi.
Các công nghệ RF tầm ngắn khác, bao gồm Bluetooth, RFID (Radio- Frequency Identification: Nhận dạng tần số sóng vô tuyến), và NFC (Near Field Communication: Truyền thông trường gần), được giới hạn ở một khu vực nhỏ do đặc điểm tầm ngắn của giao thức tín hiệu trong khi vùng hiệu quả có thể được tăng lên bằng cách dựa vào việc cài đặt dày đặc bộ phát tín hiệu [6].
Trong các công nghệ IPS dựa trên sóng vô tuyến điện, được ưa chuộng nhất là các điểm truy cập Wifi do tính phổ biến. Tuy nhiên, nếu yêu cầu độ chính xác cao hơn, các công nghệ dựa trên sóng âm và Bluetooth thường được chọn. Tuy nhiên, hạn chế của các phương pháp này là phạm vi phủ sóng nhỏ hơn và việc mở rộng phạm vi phủ sóng sẽ dẫn đến chi phí triển khai cao. Bên cạnh đó, các công nghệ này cũng không phổ biến như Wifi trong môi trường trong nhà.
Như vậy để IPS dựa trên sóng vô tuyến có độ chính xác cao, vùng phủ rộng sẽ có chi phí đầu tư hạ tầng thiết bị lớn. Trong khi đó, phương pháp PDR cho ước lượng vị trí khá chính xác trong một đoạn đường ngắn. Tuy nhiên với khoảng cách dài thì lỗi tích lũy sẽ gây sai số đáng kể.
Để khắc phục các hạn chế đó, các nhà nghiên cứu xây dựng các hệ thống kết hợp hay còn gọi là các hệ thống lai. Hệ thống lai sẽ khắc phục nhược điểm của cả hai phương pháp. Cụ thể, IPS dựa trên tín hiệu vô tuyến là tham chiếu cho PDR và ngược lại PDR giúp làm giảm mật độ hạ tầng thiết bị cần triển khai. Bảng 1.1 cung cấp thông tin về độ chính xác ước lượng quãng đường khi kết hợp PDR với các hệ thống IPS sử dụng tín hiệu vô tuyến.
Bảng 1.1: Các hệ thống IPS lai của PDR [8]
Hệ thống lai Kịch bản Khoảng cách đi Độ chính xác PDR + Wifi
Điện thoại cầm tay với 5
điểm truy cập Wifi 120 m
Trung bình ít hơn 5,22 m
PDR + NFC
Điện thoại cầm tay với NFC
trên sàn nhà 44 m
Lớn nhất 1,7 m
PDR + RFID
Thiết bị gắn ở chân và
RFID được cài đặt trong các phòng 1000 m Trung bình 12,7 m PDR + Map Matching
Thiết bị trong túi 104 m
Trung bình 0,55 m – 0,93 m
PDR + BNs
Điện thoại cầm tay với BNs
cài đặt trên trần nhà 90 m
Trung bình 0,88 m
PDR + QR code
Điện thoại cầm tay và quét
mã dọc đường đi 35 m
0,64 m
Chi tiết về một số hệ thống IPS sử dụng sóng vô tuyến kết hợp với PDR được mô tả như sưới đây
WiFi
Hệ thống sử dụng phương pháp tự trị kết hợp với sử dụng tín hiệu Wifi có độ chính xác khá thấp, tuy nhiên hệ thống này lại có nhiều ưu điểm do khả năng phát triển, hạ tầng sẵn có, giá thành rẻ, và sai số là chấp nhận được với khoảng cách đi trong nhà. Hình 1.20 biểu diễn một hệ thống IPS sử dụng tín hiệu Wifi để định vị.
Hiện nay tín hiệu Wifi có hầu hết ở khắp nơi nhất là trong các tòa nhà, khu thương mại, bến bãi,... Thuật toán sử dụng tín hiệu Wifi dựa trên cơ sở các vị trí khác nhau tại một khu vực có cường độ tín hiệu khác nhau. Từ đó một cơ sở dữ liệu về cường độ tín hiệu Wifi được xây dựng để xác định vị trí cho người dùng. Hình 1.21 thể hiện cường độ tín hiệu Wifi tại các vị trí khác nhau trong tòa nhà. Tuy nhiên sẽ có những vị trí gọi là “điểm chết”, nơi tín hiệu Wifi rất yếu hoặc không có (biểu diễn tín hiệu là màu vàng hoặc đỏ) nên hệ thống định vị sử dụng tín hiệu Wifi sẽ không hoạt động được.
Với hệ thống kết hợp thì khi đến vị trí có mức tín hiệu Wifi yếu, người dùng sẽ chuyển sang sử dụng định vị tự trị PDR để tiếp tục xác định vị trí khi di chuyển. Zigbee
Công nghệ ZigBee [10] là một tiêu chuẩn công nghệ không dây, cung cấp giải pháp thông tin liên lạc cho phạm vi ngắn và trung bình. ZigBee được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng yêu cầu công suất tiêu thụ thấp nhưng không yêu cầu tốc độ dữ liệu lớn. Vùng phủ sóng của tín hiệu ZigBee trong môi trường trong nhà thường là 20 m đến 30 m.
NFC
Là công nghệ kết nối không dây phạm vi tầm ngắn trong khoảng cách 4 cm, sử dụng cảm ứng từ trường để thực hiện kết nối giữa các thiết bị khi có sự tiếp xúc trực tiếp hay để gần nhau. Do khoảng cách truyền dữ liệu khá ngắn nên tương tác qua công nghệ NFC được xem là an toàn. Thiết bị được trang bị NFC thường là điện thoại di động, có thể giao tiếp với các thẻ thông minh, đầu đọc thẻ hoặc thiết bị NFC tương thích khác.
Hình 1.20: Sử dụng cường độ
tín hiệu Wifi để định vị [9]