Xây dựng hệ thống định vị trong nhà dựa trên sóng WI FI”

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
“XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TRONG NHÀ
DỰA TRÊN SÓNG WI-FI”
Giảng viên hướng dẫn : THS. NGUYỄN NGỌC ĐIỆP
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THIỆN PHÚC
Lớp : D09CNPM2
Khoá : 2009 - 2014
Hệ : CHÍNH QUY
Hà Nội, tháng 11/2013
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, điện thoại di động và internet đã dần phổ biến trên toàn thế giới.
Việc số lượng điện thoại di động và các thiết bị cầm tay ( PDA ) phát triển tăng vọt
cho phép con người truy cập internet mọi lúc mọi nơi. Bằng việc truy cập internet phổ
biến như vậy, họ có thể tiếp nhận và chia sẻ thông tin cho mọi người một cách dễ
dàng. Sự phát triển mạnh mẽ của những thông tin trên internet dẫn đến một nhu cầu tất
yếu của con người đó là làm sao để có thể tận dụng được những thông tin đó để trở
thành thông tin có ích với mình. Để đáp ứng một phần nhu cầu đó thì dịch vụ dựa trên
vị trí ra đời ( location based service ). Dịch vụ dựa trên vị trí về cơ bản cung cấp cho
con người những dịch vụ cụ thể dựa vào vị trí của họ, ví dụ : quán ăn gần nhất, ngân
hàng gần nhất, cây xăng gần nhất… Điểm cốt lõi của dịch vụ dựa trên vị trí đó là
công nghệ định vị, trong đó GPS được sử dụng là chủ yếu. Tuy nhiên GPS chỉ hoạt
động tốt, có độ chính xác cao khi ở ngoài trời. Còn trong các tòa nhà thì độ chính xác
của GPS là khá thấp.
Vì vậy em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống định vị trong nhà dựa trên
sóng Wi-Fi” nhằm mục đích nghiên cứu về việc định vị trong các tòa nhà khi không sử

dụng tín hiệu GPS. Đồng thời với đề tài này sẽ giúp em tìm hiểu được các công nghệ
mới trên thế giới, nắm vững, củng cố các kiến thức đã được học tại trường Học viện
Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo, Thạc sĩ
Nguyễn Ngọc Điệp đã tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình
học tập tại trường và thực hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô giáo trường Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông đã truyền đạt kiến thức quý báu cho em trong những năm
học vừa qua.
Mặc dù đã cố gắng để hoàn thành đồ án trong phạm vi và khả năng cho phép,
nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong nhận được sự
cảm thông và tận tính chỉ bảo của quý Thầy, Cô giáo và các bạn!
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày /11/2013
Sinh viên
Nguyễn Thiện Phúc
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM
(Của Người hướng dẫn)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Điểm: …………………….………(bằng chữ: … …………… ….)
Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp?.
…………, ngày tháng năm 20
CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(ký, họ tên)
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………, ngày tháng năm 20
CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(ký, họ tên)
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
DANH MỤC CÁC BẢNG x
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT xi
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG 1
1.1 Giới thiệu chương 1
1.2 Giới thiệu về định vị 1
1.3 Định vị trong nhà là gì? 1
1.4 Các phương pháp định vị 1
1.4.1 Dựa trên khoảng cách 1
1.4.2 Dựa trên hướng tín hiệu 2
1.4.3 Dựa trên thời gian lan truyền của tín hiệu 2
1.4.4 Dựa trên đặc điểm của tín hiệu 3
1.5 Các hệ thống định vị trong nhà 5

1.5.1 Hệ thống định vị dựa trên sóng Wi-Fi 6
1.5.2 Hệ thống định vị dựa trên mạng đi động 7
1.5.3 Các hệ thống định vị khác 8
1.6 Đặt bài toán 8
1.7 Kết luận chương 10
CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 11
2.1 Giới thiệu chương 11
2.2 Phân tích kiến trúc của hệ thống 11
2.2.1 Công nghệ sử dụng 11
2.2.2 Kiến trúc tổng quan của hệ thống: 12
2.2.3 Các công nghệ được sử dụng trong hệ thống 13
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.4 Khảo sát môi trường thử nghiệm 16
2.3 Thuật toán định vị 20
2.3.1 Thuật toán khoảng cách Euclide 21
2.3.2 Thuật toán phân loại Bayes 21
2.3.3 Xử lý các trường hợp đặc biệt khi sử dụng các thuật toán 22
2.4 Phân tích các chức năng của hệ thống 22
2.5 Kết luận chương 23
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24
3.1 Giới thiệu chương 24
3.2 Sơ đồ thiết kế các lớp 24
3.3 Xây dựng biểu đồ tuần tự cho các chức năng 25
3.3.1 Biểu đồ tuần tự cho chức năng đăng nhập 26
3.3.2 Biểu đồ tuần tự cho chức năng đăng kí 28
3.3.3 Biểu đồ tuần tự cho chức năng quên mật khẩu 28
.3.4 Biểu đồ tuần tự cho chức năng đổi mật khẩu 29
3.3.5 Biểu đồ tuần tự cho chức năng định vị 30
3.3.6 Biểu đồ tuần tự cho chức năng xem danh sách bản đồ 31

3.3.7 Biểu đồ tuần tự cho chức năng xem thông tin các vị trí 31
3.4 Thiết kế bảng cơ sở dữ liệu 32
3.4.1 Bảng thông tin các giá trị RSS của các phòng 32
3.4.2 Bảng thông tin các phòng 32
3.4.3 Bảng thông tin các tầng 33
3.4.4 Bảng thông tin địa chỉ MAC của các AP (access point) 33
3.4.5 Bảng thông tin người dùng 33
3.5 Mô hình quan hệ giữa các bảng của hệ thống 34
3.6 Thiết kế giao diện 34
3.6.1 Thiết kế giao diện đăng nhập 35
3.6.2 Thiết kế giao diện đăng kí 36
3.6.3 Thiết kế giao diện quên mật khẩu 37
3.6.4 Thiết kế giao diện menu chính 38
3.6.5 Thiết kế giao diện định vị 39
3.6.6 Thiết kế giao diện xem danh sách các bản đồ 40
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.6.7 Thiết kế giao diện xem thông tin các vị trí 41
3.7 Kết luận chương 42
CHƯƠNG IV : TRIỂN KHAI HỆ THỐNG 43
4.1 Giới thiệu chương 43
4.2 Thiết bị thử nghiệm 43
4.3 Quá trình triển khai hệ thống 43
4.3.1 Giai đoạn hiệu chỉnh 43
4.3.2 Giai đoạn định vị 43
4.4 Đánh giá độ chính xác của hệ thống 46
4.5 Kết luận chương 47
CHƯƠNG V : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 48
5.1 Kết luận 48
5.2 Đề xuất 48

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 49
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ mô tả phương pháp định vị dựa trên hướng tín hiệu 2
Hình 1.2: Sơ đồ mô tả môi trường thử nghiệm 9
Hình 2.3: Sơ đồ của phương pháp dựa trên đặc điểm của tín hiệu 12
Hình 2.4: Kiến trúc tổng quan của hệ thống định vị sử dụng sóng Wi-Fi 12
Hình 2.5: Giao diện chung của phần mềm lấy mẫu RSS 15
Hình 2.6: Giao diện khi lấy mẫu của phần mềm lấy mẫu RSS 16
Hình 2.7: Sơ đồ lắp đặt các AP 17
Hình 2.8: Sơ đồ các vị trí lấy mẫu RSS 18
Hình 2.9: Sơ đồ các vị trí lấy mẫu 20
Hình 2.10: Biểu đồ use case chức năng của hệ thống 23
Hình 3.11: Sơ đồ thiết kế các lớp của server 24
Hình 3.12: Sơ đồ thiết kế các lớp của client 25
Hình 3.13: Biểu đồ tuần tự cho chức năng đăng nhập 26
Hình 3.14: Biểu đồ tuần tự cho quá trình lấy thông tin các phòng 26
Hình 3.15: Biểu đồ tuần tự cho quá trình lấy thông tin các tầng 27
Hình 3.16: Biểu đồ tuần tự cho quá trình lấy thông tin các AP 27
Hình 3.17: Biểu đồ tuần tự cho chức năng đăng kí 28
Hình 3.18: Biểu đồ tuần tự cho chức năng quên mật khẩu 28
Hình 3.19: Biểu đồ tuần tự cho chức năng đổi mật khẩu 29
Hình 3.20: Biểu đồ tuần tự cho chức năng định vị 30
Hình 3.21: Biểu đồ tuần tự cho chức năng xem bản đồ 31
Hình 3.22: Biểu đồ tuần tự cho chức năng xem thông tin các vị trí 31
Hình 3.23: Cấu trúc bảng RSS của các phòng 32
Hình 3.24: Cấu trúc bảng thông tin của các phòng 32
Hình 3.25: Cấu trúc bảng thông tin của các tầng 33
Hình 3.26: Cấu trúc bảng thông tin của các AP 33

NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3.27: Cấu trúc bảng thông tin của người dùng 33
Hình 3.28: Mô hình quan hệ giữ các bảng của hệ thống 34
Hình 3.29: Giao diện đăng nhập của hệ thống 35
Hình 3.30: Giao diện đăng kí của hệ thống 36
Hình 3.31: Giao diện quên mật khẩu của hệ thống 37
Hình 3.32: Giao diện menu chính của hệ thống 38
Hình 3.33: Giao diện định vị của hệ thống 39
Hình 3.34: Giao diện xem danh sách các bản đồ của hệ thống 40
Hình 3.35: Giao diện xem thông tin phòng của hệ thống 41
Hình 3.36: Giao diện xem thông tin tầng của hệ thống 42
Hình 4.37: Kết quả định vị khi người dùng đứng giữa phỏng ngủ 1 44
Hình 4.38: Kết quả định vị khi người dùng đứng ở ranh giới phòng ngủ và hành
lang 45
Hình 4.39: Kết quả định vị khi người dùng đứng ra ngoài 46
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Diện tích các phòng trong môi trường thừ nghiệm 9
Bảng 2.2: Các mẫu tín hiệu RSS trong quá trình khảo sát 19
Bảng 2.3: Số lượng điểm lấy mẫu của các địa điểm 20
Bảng 3.4: Thiết kế các thành phần của giao diện đăng nhập 35
Bảng 3.5: Thiết kế các thành phần của giao diện đăng kí 37
Bảng 3.6: Thiết kế các thành phần của giao diện quên mật khẩu 37
Bảng 3.7: Thiết kế các thành phần của giao diện menu chính 38
Bảng 3.8: Thiết kế các thành phần của giao diện định vị 39
Bảng 3.9: Thiết kế các thành phần của giao diện xem danh sách các bản đồ 40
Bảng 3.10: Thiết kế các thành phần của giao diện xem thông tin phòng 41
Bảng 3.11: Thiết kế các thành phần của giao diện xem thông tin tầng 42

Bảng 4.12: So sánh độ chính xác của các thuật toán 47
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
AOA Angle of Arrival
API Application Programming Interface
AP Access Point
CDMA Code Division Multiple Access
GPS Global Positioning System
GSM Global System for Mobile Communications
IIS Internet Information Services
KNN K-Nearest Neighbor
MAC Media Access Control
RDBMS Relational Databasse Management System
RFID Radio Frequency Identification
RSS Receive Signal Strength
RSSI Receive Signal Strength Indication
SQL Structured Query Language
TDOA Time Difference Of Arrival
UWB Ultra Wide Ban
WCF Window Foundation Comunication
Wi-Fi Wireless Fidelity
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu chương
Chương này mô tả các khái niệm chung về định vị, định vị trong nhà, các
phương pháp, công nghệ được sử dụng trong định vị trong nhà. Chương này cũng mô
tả các hệ thống định vị phổ biến đã được triển khai trên thế gới.
1.2 Giới thiệu về định vị

Định vị là quá trình xác định vị trí của một đối tượng nào đó. Đối tượng có thể
là đối tượng đứng yên ví dụ như tòa nhà, sân bóng, 1 địa điểm nào đó hoặc đối tượng
di động như 1 chiếc xe, máy bay, con người. Có rất nhiều công nghệ định vị trong đó
nỏi bật nhất và được sử dụng nhiều nhất đó là hệ thống định vị toàn cầu GPS – Global
Positioning System sử dụng vệ tinh để định vị. Có nhiều ứng dụng bản đồ sử dụng
công nghệ định vị GPS ví dụ như : Google map, Bing map, Apple map, Nokia map,….
1.3 Định vị trong nhà là gì?
Định vị trong nhà là quá trình xác định vị trí của một đối tượng trong 1 không
gian cụ thể ví dụ như trong một tòa nhà, một trung tâm mua sắm,…. Tại sao lại không
sử dụng GPS? Lí do là vì trong môi trường ngoài trời thì GPS hoạt động rất tốt, nhưng
các tín hiệu vệ tinh GPS quá yếu để có thể hoạt động tốt trong các tòa nhà, làm cho
việc định vị trong nhà bằng GPS là không thể. Nhiều chương trình định vị trong nhà
được nghiên cứu chủ yếu dựa vào machine vision, laser range-finding, hoặc mạng lưới
di động định vị (cell-network localization).
1.4 Các phương pháp định vị
Là các phương pháp tiếp cận cụ thể trong việc định vị một đối tượng cụ thể
trong không gian nhất định. Bao gồm các phương pháp sau:
1.4.1 Dựa trên khoảng cách
Một trong những cách đơn giản nhất của phương pháp định vị là tiếp cận dựa
trên khoảng cách, đôi khi gọi là dựa trên kết nối. Phương pháp này sử dụng các đèn
hiệu lắp đặt ở các vị trí xác định và trong một phạm vi nhất định, do đó chỉ có một
hoặc một vài đèn hiệu có thể nhìn thấy các đối tượng di động trong một thời điểm. Vị
trí của đối tượng sau đó được xác định là vị trí của đèn hiệu gần nhất. Có thể ước tính
vị trí chính xác hơn bằng cách ước lượng trọng tâm của các vị trí đèn hiệu gần đó. Độ
chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào số lượng các đèn hiệu được lắp đặt.
Mặc dù độ chính xác không được cao lắm nhưng phương pháp này vẫn được sử dụng
rộng rãi vì tính đơn giản của nó. Phương pháp này sử dụng với một số công nghệ định
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
vị không dây, bao gồm GSM (Cell - ID), RFID, Bluetooth, và các thiết bị radio tùy

chỉnh.
1.4.2 Dựa trên hướng tín hiệu
Phương pháp tiếp cận hướng dựa trên tính toán các thông tin về góc của đối
tượng di động đến các đèn hiệu
Hình 1.1: Sơ đồ mô tả phương pháp định vị dựa trên hướng tín hiệu
Ngược lại với phương pháp trước đó ( phương pháp dựa trên khoảng cách) yêu
cầu một số lượng lớn các đèn hiệu, cách tiếp cận của góc của tín hiệu truyền đến
( AOA – Angle Of Arrival) chỉ yêu cầu có hai đèn hiệu để ước tính vị trí 2D ( ba đèn
hiệu cho các vị trí 3D ). Tuy nhiên phương pháp này yêu cầu có các ăng ten có tính
định hướng cao, điều này làm tăng chi phí của hệ thống và kích thước các đèn hiệu. Vì
vậy hệ thống này có thể là quá lớn đối với một số khu vực.
Phương pháp này bị giới hạn bởi nhiễu và các chướng ngại vật trong nhà, làm
ảnh hưởng độ chính xác của phương pháp này.
1.4.3 Dựa trên thời gian lan truyền của tín hiệu
Phương pháp này dựa vào: khoảng cách di chuyển bởi một tín hiệu tỉ lệ với thời
gian lan truyền. Có hai cách dựa trên thông tin về thời gian:
TOA - Time Of Arrival : cách này đòi hỏi các thiết bị của đối tượng và các đèn
hiệu được đồng bộ hóa một cách chính xác. Đối tượng phát đi một tín hiệu
timestamped, khi các đèn hiệu nhận được tín hiệu này, chúng sẽ tính toán thời gian di
chuyển của nó và khoảng cách đến các đối tượng đang di chuyển. Muốn thực hiện
định vị 3D phải cần ba đèn hiệu. Hạn chế lớn nhất của cách này là sự cần thiết đề đồng
bộ hóa chính xác tất cả các thiết bị.
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
TDOA - Time Difference Of Arrival: cách này sử dụng sự khác biệt về thời
gian của tín hiệu phát ra từ đối tượng đến các đèn hiệu được đồng bộ hóa. Mỗi phép đo
thời gian khác nhau cùng với khoảng cách cố định giữa một cặp đèn hiệu có thể xác
định vị trí của đối tượng. Như vậy với hai phép đo TDOA ( ba đèn hiệu ) là đủ để xác
định vị trí 2D của đối tượng di động.
Rõ ràng cũng có thể tiếp cận theo cách ngược lại, đối tượng nhận được các tín

hiệu timestamped từ các đèn hiệu và thiết bị của đối tượng tính toán khoảng cách và
định vị. Ví dụ nổi bật của phương pháp này là hệ thống định vị toàn cầu (GPS –
Global Positioing System), trong đó đối tượng đi động ước tính vị trí của nó sử dụng
tín hiệu timestamped từ vệ tinh và thông tin về sự chuyển động của vệ tinh.
Do yêu cầu đồng bộ hóa chính xác, các phương pháp dựa trên thời gian yêu cầu
phần cứng đắt tiền. Hơn nữa tính chính xác của các phương pháp này bị hạn chế bởi
nhiễu, các vật cản tín hiệu trong nhà, vấn đề này có thể được giảm nhẹ bằng cách lắp
đặt một cơ sở hạ tầng các đèn hiệu với mật độ cao, nhưng điều này sẽ làm tang chi phí
phần cứng và triển khai hệ thống.
1.4.4 Dựa trên đặc điểm của tín hiệu
Trái ngược với các phương pháp nêu ở trên, phương pháp này khai thác đặc
tính của tín hiệu nhận được. Những đặc điểm này bao gồm : các phase, SNR - Signal
to Noise Ratio, signal strength. Tính năng phổ biến nhất được sử dụng trong hệ thống
định vị không dây là RSS- Received Signal Strength hoặc RSSI - Received Signal
Strength Indicatiion. Có hai phương pháp tiếp cận sử dụng RSSI : mô hình lan truyền
và dấu vân tay.
1.4.4.1 Mô hình lan truyền
Phương pháp này nghiên cứu các định luật vật lý của tín hiệu lan truyền để có
sự liên quan giữa sức mạnh của tín hiệu và khoảng cách di chuyển của nó. Sau khi có
được các giá trị RSS của các đèn hiệu ( tối thiểu là ba), các đối tượng di động có thể sử
dụng phương pháp này để ước tính khoảng cách của nó đến mỗi đèn hiệu và từ đó xác
định được vị trí của nó.
Mô hình này thường được thể hiện bằng sự mất mát đường đi của tín hiệu, tức
là tín hiệu bị suy giảm bao nhiêu khi nó truyền qua không gian.
Tổng mất mát đường đi là một hàm khá phức tạp với nhiều thành phần chẳng
hạn như:
• Khoảng cách lan truyền ( mất mát trong không gian )
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
• Tính chất của tín hiệu ( ví dụ như tần số)

• Địa hình (đồi núi, sông, nước)
• Điều kiện khí quyển
• Các vật cản
Định vị trong nhà trong nhà bổ sung thêm các thành phần tương ứng với khó
khăn của địa hình trong nhà (phản xạ, khúc xạ và suy giảm).
Để cung cấp một độ chính xác cao, phương pháp này cần xác định nhiều yếu tố
gây mất mát, suy giảm tín hiệu. Do đó có nhiều mô hình lan truyền khác nhau về độ
phức tạp. Tuy nhiên nhiều hệ thống định vị dựa trên mô hình lan truyền thường sử
dụng mô hình đơn giản chẳng hạn như:
10 10
20log log ( ) 28
total f
L f N d l n
= + + −
1.1
Ltotal là tổng số tín hiệu bị mất, N là hệ số của năng lượng bị mất dựa trên
khoảng cách, d là khoảng cách di chuyển, f là tần số tín hiệu (MHz). Lf(n) là hệ số mất
mát của tín hiện khi xuyên qua các tầng, n là số tầng giữa máy phát và máy thu. Sự suy
giảm tín hiệu bởi các bức tường và những vật cản ảnh hưởng đến hệ số N.
Các thông số như Lf(n) và N phụ thuộc vào từng môi trường cụ thể và giá trị
của nó phải được đánh giá trong một hệ thống tiêu chuẩn. Sự suy giảm tín hiệu trong
các tầng phụ thuộc vào cả vật liệu xây dựng và tần số tín hiệu.
Lợi thế chính của mô hình này là khả năng mở rộng tốt, tạo ra một mô hình
chính xác, tuy nhiên, nó đòi hỏi phải đánh giá được đặc điểm của các địa điểm cụ thể,
chẳng hạn như hệ số tổn thất năng lượng N, cách bố trí các tầng.
1.4.4.2 Dấu vân tay
Dấu vân tay ( Signal fingerprintings ) là cách tiếp cận thực tiễn không liên quan
đến môi trường, hay đường truyền của tín hiệu trong môi trường đó. Phương pháp này
bao gồm hai giai đoạn : hiệu chỉnh và định vị trong nhà. Giai đoạn hiệu chỉnh : là một
cuộc khảo sát địa điểm, bao gồm thu thập các đặc điểm tín hiệu (ở đây là là cường độ

mạnh yếu của tín hiệu tại các vị trí xác định trong địa điểm), xây dựng 1 cơ sở dữ liệu
về phù hợp với các vị trí khảo sát và cường độ tín hiệu tương ứng tại đó.
Giai đoạn định vị trong nhà : trong giai đoạn này, đối tượng di động thu thập
các đặc điểm tín hiệu (độ mạnh yếu của tín hiệu ) từ các AP - Access Point, hệ thống
định vị sử dụng các dữ liệu đã được hiệu chỉnh trong cơ sở dữ liệu và sử dụng các
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
thuật toán thích hợp để xác định vị trí của đối tượng mà tại đó đặc điểm tín hiệu giống
với đặc điểm tín hiệu mà thiết bị động thu thập được.
Việc kết hợp các dấu vân tay với các vị trí tương ướng được sử dụng trong suốt
quá trình định vị trong nhà, sử dụng các phương pháp khác nhau : xác định và xác
suất, phân loại và hồi quy. Cách tiếp cận phổ biến nhất là k láng giềng gần nhất. Tuy
nhiên có thể sử dụng các phương pháp tiên tiến hơn như : mạng nơ ron nhân tạo, suy
luận bayes, máy hỗ trợ vector, hoặc là sự kết hợp của chúng.
Hạn chế lớn nhất của phương pháp này là quá trính hiệu chỉnh rất mất thời gian.
Một số nghiên cứu cho thấy những nỗ lực hiệu chỉnh có thể được giảm đáng kể mà chỉ
nhưng vẫn có được tính chính xác cao. Ngoài ra có những phương pháp để thu thập tự
động các dữ liệu hiệu chỉnh với có hoặc không có phần cứng hỗ trợ.
Một vấn đề khác đó là việc thực hiện định vị trong nhà của một hệ thống dựa
trên dấu vân tay là dễ bị suy thoái do thay đổi các điều kiện môi trường. Các yếu tố
thay đổi như : độ ẩm không khí, các cửa, sự di chuyển của con người và đồ nội thất.
Để duy trì vị trí chính xác trong môi trường có sự thay đổi, quá trình hiệu chỉnh phải
được lặp lại theo chu kỳ để cập nhật dữ liệu. Để giải quyết vấn đề này, một số dự án sử
dụng nhiều cảm biến giúp hệ thống cập nhật dấu vân tay từ các khu vực xác định
trước.
Mặc dù có những hạn chế nhưng phương pháp này cung cấp độ chính xác tốt
nhất trong môi trường phức tạp. Và không cần có các đèn hiệu như các phương pháp
tiếp cận khác.
1.5 Các hệ thống định vị trong nhà
Một hệ thống định vị trong nhà là một mạng lưới các thiêt bị được sử dụng để

xác định vị trí của một đối tượng di động. Thông thường hệ thống như vậy bao gồm
một tập hợp các thiết bị cố định để tương tác với đối tượng di động. Khi vị trí của đối
tượng di động được xác định, nó có thể được báo cáo dưới các định dạng khác nhau:
• Physical - vị trí vật lý : vị trí của đối tượng được thể hiện dưới dạng tọa độ
trong một hệ tọa độ.
• Relative - vị trí tương đối : vị trí của đối tượng được xác định bởi một tọa độ
tham chiếu địa phương. Thông thường các điểm tham chiếu là một đèn hiệu hệ
thống, trong một số trường hợp cũng có thể là vị trí của đối tượng được xác
định trước đây
• Symbolic – vị trí biểu tượng : được xác định bởi một định danh của nơi mà đối
tượng đi qua. Đây là loại vị trí tương tự như vị trí tương đối. Nó không có khái
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
niệm về khoảng cách. Một vị trí biểu tượng có thể được chuyển đổi sang vị trí
vật lý nhờ sử dụng một cơ sở dữ liệu liên kết với định danh mà đối tượng đi qua
với tọa độ cụ thể.
Sự khác biệt của định vị trong nhà và định vị ngoài trời:
• Không gian nhỏ hơn
• Có nhiều chướng ngại vật
• Tín hiệu nhiễu và suy yếu bởi các bức tường và đồ nội thật
• Có nhiều các chướng ngại vật nhỏ làm phân tán các tín hiệu
• Không gian mang tính hoạt động cao ( thay đổi nhiều vị trí của con người, đồ
nội thất, và các yếu tố khác)
• Vận tốc chuyển động của đối tượng thấp hơn.
• Ít chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết.
1.5.1 Hệ thống định vị dựa trên sóng Wi-Fi
Mạng Wi-Fi (chuẩn IEEE 802.11) phổ biến cho các hệ thống định vị trong
nhà. Sự phổ biến này có thể được giải thích bởi tính sẵn sàng cao của các cơ sở hạ tầng
mạng sẵn có, mọi thiết bị di động đều có Wi-Fi, điều này dẫn đến một hiệu suất định
vị tốt. Mạng không dây được triển khai tại nhiều tòa nhà, văn phòng và nhà cửa, và hệ

thống định vị có thể khai thác các đèn hiệu ( các thiết bị Wi-Fi) sẵn có.
Một trong những dự án tiên phong trong định vị Wi-Fi dựa trên RSSI là radar
sử dụng cả hai mô hình lan truyền và vân tay.
Hệ thống định vụ dựa trên Wi-Fi có một số lợi thế như : tận dụng cơ sở hạ tầng
hiện có, có sẵn trong các thiết bị di động, và có độ chính xác cao. Tuy nhiên cũng có
những hạn chế nhất định:
• Phạm vi hạn chế : mặc dù phổ biến, nhưng vùng phủ sóng của mạng Wi-Fi chủ
yếu tập trung trong các tòa nhà văn phòng, và các khu đô thi đông đúc. Mạng
Wi-Fi ít xuất hiện ở các thành phố ít dân cư và các nước đang phát triển.
• Nhiễu sóng : sóng Wi-Fi có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều thiết bị điện tử khác ví
dụ như : điện thoại không dây, lò vi sóng,… ảnh hướng đến độ chính xác của vị
trí. Hơn nữa, tín hiệu Wi-Fi có thể bị cấm trong một số môi trường nhạy cảm.
• Tiêu thụ điện năng : các thiết bị di động chạy bằng pin sử dụng Wi-Fi có sự tiêu
thụ năng lượng rất lớn làm giảm pin rất nhanh.
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.5.2 Hệ thống định vị dựa trên mạng đi động
Các mạng di động, chẳng hạn như GSM và CDMA có phạm vi phủ sóng tốt
hơn so với Wi-Fi, nhưng không được nghiên cứu để áp dụng cho định vị trong nhà bởi
độ chính xác thấp khi thể hiện ở ngoài trời. Nhưng trong nhiều trường hợp, GSM với
công nghệ fingerprints có độ chính xác tương đương với Wi-Fi. Nhiều nghiên cứu
cũng cho rằng RSSI của tín hiệu GSM ổn định hơn so với RSSI của Wi-Fi.
Trái ngược với GSM, các mạng CDMA có thể tự động điều chỉnh năng lượng
truyền tải theo khả năng tải của mạng, điều này làm cho RSSI fingerprints không thực
tế.
Tuy nhiên các trạm CDMA được đồng bộ hóa với một mốc thời gian chung
(được cung cấp bởi GPS), cho phép áp dụng phương pháp định vị dựa trên thời gian.
Định vị trong nhà trong nhà sử dụng mạng di động có 3 ưu diểm chính:
• Vùng phủ sóng : không giống như Wi-Fi, các mạng GSM/CDMA hiện đang
phổ biến rộng rãi trong hầu hết các quốc gia, vùng phủ sóng có thể lên tới

30km.
• Chi phí thấp : tuy các trạm phát sóng GSM/CDMA rất tốn kém nhưng các chi
phí này thuộc về các nhà điều hành mạng di động. Như vậy hệ thống định vị có
thể dễ dàng khai thác các kênh có sẵn và không cần cài đặt cơ sở hạ tầng
chuyên dụng trong nhà giống như mạng Wi-Fi.
• Tuổi thọ pin : mặc dù module thu phát tín hiệu di động khá tốn pin ngay cả ở
trạng thái im lìm, nhưng module này vốn thuộc về khả năng kết nối thoại, sms,
và gửi nhận dữ liệu của điện thoại, nên việc sử dụng module này để định vị
không làm tốn thêm năng lượng của pin.
Tuy nhiên GSM/CDMA cũng có một số thiếu sót:
• Độ chính xác thấp : các công trình nghiên cứu được trình bày phụ thuộc vào
việc sử dụng fingerprints rộng để cung cấp sự chính xác tốt, nhưng yêu cầu
phần cứng đặc biệt (modem GSM và máy quét CDMA có thể lập trình được).
Với những phần cứng thông thường thì khả năng thu thập dấu vân tay là khá
kém làm cho độ chính xác thấp.
• Độ tin cậy thấp : do các trạm thu phát GSM/CDMA nằm ở ngoài trời, các điều
kiện lan truyền tín hiệu khác nhau do các yếu tố môi trường như thời tiết, địa
hình. Về lý thuyết các yếu tố này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của
hoạt động định vị, tuy nhiên chưa có nghiên cứu thực tiễn chứng minh.
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.5.3 Các hệ thống định vị khác
Trong khi Wi-Fi và mạng di động phổ biến do có sẵn cơ sở hạ tầng, thì vẫn có
nhiều công nghệ định vị khác.
Bluetooth cũng tương tự như Wi-Fi, hơn nữa bluetooth cũng tiêu thụ ít năng
lượng pin. Điều này làm cho bluetooth trở thành một công nghệ thú vị cho định vị
trong nhà. Tuy nhiên phạm vi của một hệ thống như vậy rất hẹp do khoảng cách giao
tiếp của các thiết bị bluetooth là rất ngắn (~10m), và có độ trễ lớn. Vì vậy bluetooth
không phù hợp để làm một hệ thống định vị trong nhà.
UWB - Ultra Wide Band: hệ thống băng tần siêu rộng có độ chính xác cao

trong việc định vị trong nhà sử dụng TDOA và AOA. Tuy nhiên hệ thống này có chi
phí cao nên khó áp dụng rộng rãi.
RFID – Radio Frequency IDentification: nhận dạng tần số radi được sử dụng
rộng rãi trong hệ thống an ninh của các cửa hàng, để theo dõi tài sản. Do phạm vi giao
tiếp ngắn nên nó cung cấp một độ chính xác tốt, nhưng điều này cũng làm hạn chế
phạm vi hoạt động của nó.
1.6 Đặt bài toán
Trong các hệ thống định vị trong nhà được giới thiệu ở các phần trên, chúng ta
có thể thấy hệ thống định vị dựa trên Wi-Fi là dễ triển khai, tận dụng được cơ sở hạ
tầng sẵn có trong các tòa nhà. Vì vậy trong phần sau chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu
về hệ thống định vị dựa trên Wi-Fi. Để làm được điều này, chúng ta sẽ đi giải quyết
một bài toán cụ thể đó là : xác định vị trí của đối tượng di động trong một trung tâm
thương mại Royal City sử dụng thiết bị di động và các AP (Access Point), cụ thể là đối
tượng di động đang ở tầng nào, gần cửa hàng nào, và có thể xem thông tin về các cửa
hàng. Nhưng do điều kiện không cho phép nên việc triển khai ở trung tâm thương mại
Royal City là không thể vì vậy chúng ta sẽ thu nhỏ bài toán lại nhưng tính tổng quát
vẫn không đổi đó là : xác định vị trí của đối tượng di động trong một tầng của 1 căn hộ
sinh hoạt sử dụng thiết bị di động và các AP ( Access Point ), cụ thể là đối tượng đó
đang ở phòng nào, tầng nào và có thể xem thông tin về các phòng, cũng như các tầng.
Môi trường thử nghiệm là 1 tầng của 1 ngôi nhà có diện tích 78m2 có chiều dài
13m, chiều rộng 6m. Bao gồm các phòng : phòng ngủ 1, phòng ngủ 2, cầu thang 1, cầu
thang 2, hành lang 1, hành lang 2, và toilet.
Diện tích các phòng như sau
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
STT Tên phòng Diện tích
1 Phòng ngủ 1 18 m2
2 Phòng ngủ 2 18 m2
3 Hành lang 1 10 m2
4 Hành lang 2 8 m2

5 Cầu thang 1 6 m2
6 Cầu thang 2 6 m2
7 Toilet 12 m2
Bảng 1.1: Diện tích các phòng trong môi trường thừ nghiệm
Hình 1.2: Sơ đồ mô tả môi trường thử nghiệm
Các chương tiếp theo sẽ đi sâu vào việc phân tích và giải quyết bài toán này.
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.7 Kết luận chương
Sau khi kết thúc chương I chúng ta nắm được:
• Các phương pháp định vị trong nhà.
• Các hệ thống định vị trong nhà, các điểm mạnh cũng như điểm yếu của chúng.
• Tổng quan về bài toán cần giải quyết
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
2.1 Giới thiệu chương
Chương I đã giới thiệu về các phương pháp định vị và các hệ thống định vị dựa
trên sóng Wi-Fi và đã đặt ra được bài toán cần giải quyết. Để biết được bài toán này
giải quyết như thế nào chúng ta hãy theo dõi chương này.
2.2 Phân tích kiến trúc của hệ thống
Để giải quyết bài toán đặt ra chúng ta cần phải xây dựng một hệ thống định vị
trong nhà sử dụng sóng Wi-Fi.
Phần này sẽ đi sâu vào phân tích kiến trúc của hệ thống
2.2.1 Công nghệ sử dụng
Để xác định được kiến trúc của hệ thống đầu tiên chúng ta phải xác định được
công nghệ sử dụng để định vị là gì?
Hệ thống định vị dựa trên sóng Wi-Fi có thể sử dụng nhiều phương pháp định
vị khác nhau như đã được liệt kê trong chương I. Nhưng phương pháp phổ biến nhất là
sử dụng công nghệ dựa trên đặc điểm của tín hiệu, phương pháp này khai thác đặc tính

của tín hiệu nhận được. Những đặc điểm này bao gồm : các phase, SNR, signal
strength…. Tính năng phổ biến nhất được sử dụng trong hệ thống định vị không dây là
received signal strength (RSS). Dựa vào cường độ tín hiệu nhận được để xác định vị trí
của đối tượng di động. Phương pháp này được thực hiện cụ thể qua hai giai đoạn như
sau:
• Giai đoạn hiệu chỉnh : là 1 cuộc khảo sát địa điểm, bao gồm thu thập các đặc
điểm tín hiệu (ở đây là là cường độ mạnh yếu của tín hiệu tại các vị trí xác định
trong địa điểm), xây dựng 1 cơ sở dữ liệu về phù hợp với các vị trí khảo sát và
cường độ tín hiệu tương ứng tại đó. Các dữ liệu trong cơ sở dữ liệu được lưu
dưới dạng vector ( RSS
1,
RSS
2
, RSS
3
, …., RSS
n
).
• Giai đoạn định vị trong nhà : trong giai đoạn này, đối tượng di động thu thập
các đặc điểm tín hiệu (độ mạnh yếu của tín hiệu ) từ các AP (access point), hệ
thống định vị sử dụng các dữ liệu đã được hiệu chỉnh trong cơ sở dữ liệu và sử
dụng các thuật toán thích hợp để xác định vị trí của đối tượng mà tại đó đặc
điểm tín hiệu giống với đặc điểm tín hiệu mà thiết bị động thu thập được.
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
Hình 2.3: Sơ đồ của phương pháp dựa trên đặc điểm của tín hiệu
2.2.2 Kiến trúc tổng quan của hệ thống:
Để đảm bảo thực hiện các chức năng của hệ thống, kiến trúc của hệ thống phải
thiết kế theo mô hình client – server.
Hình 2.4: Kiến trúc tổng quan của hệ thống định vị sử dụng sóng Wi-Fi

NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
Trong đó:
• Mobile terminal : Hệ thống sử dụng công nghệ định vị dựa trên đặc điểm của
tín hiệu nên cần phải có thiết bị có khả năng quét các tín hiệu Wi-Fi của các AP
để đo cường độ tín hiệu. Thiết bị này là các client smart phone có sẵn các card
Wi-Fi.
• Access point: Do hệ thống định vị dựa vào sóng Wi-Fi nên cần phải có các thiết
bị có khả năng phát ra sóng Wi-Fi là các AP ( access point ).
• Computation server: có nhiệm vụ xử lí các yêu cầu của người dùng bao gồm:
đăng nhập, đăng kí, quên mật khẩu, đổi mật khẩu, định vị, xem thông tin các vị
trí…
2.2.3 Các công nghệ được sử dụng trong hệ thống
2.2.3.1 Windows Communication Foundation
WCF là công nghệ nền tảng nhằm thống nhất nhiều mô hình lập trình giao tiếp
được hỗ trợ trong .NET 2.0 thành một mô hình duy nhất. Vào tháng 11 năm
2005, .NET 2.0 được Microsoft phát hành trong đó có cung cấp các hàm API
riêng biệt cho các liên lạc dựa trên SOAP để tối đa hoá sự làm việc giữa các nền
tảng sử dụng Web Services, đồng thời .NET 2.0 còn cung cấp các API để tối ưu việc
liên lạc dựa trên mã nhị phân giữa các ứng dụng chạy trên hệ thống Windows gọi là
.NET Remoting, các API cho các giao dịch phân tán, và API cho liên lạc dị bộ. WCF
thống nhất các API này thành một mô hình duy nhất nhằm đáp ứng mô hình lập trình
hướng dịch vụ. WCF có thể sử dụng các bản tin SOAP giữa hai tiến trình, do đó làm
cho các ứng dụng dựa trên WCF có thể làm việc với các tiến trình khác thông qua việc
giao tiếp sử dụng bản tin SOAP. Khi một tiến trình WCF liên lạc với một tiến trình
không là WCF, các bản tin SOAP được mã hoá trên cơ sở XML, nhưng khi nó liên lạc
với một tiến trình WCF khác, bản tin SOAP có thể được tối ưu hoá dựa trên mã hoá
nhị phân.
Trong hệ thống này, WCF được sử dụng làm web service cung cấp các dịch vụ
cần thiết cho hệ thống ví dụ như : đăng nhập, đăng kí, định vị,….

2.2.3.2 Thư viện KSOAP2
KSOAP2 là một thư viện SOAP web service client dành cho các môi trường
java bị hạn chế như Applet hay các ứng dụng J2ME, Android,…
KSOAP2 chỉ cung cấp một số phương thức quan trọng của web service mà có
thể là vấn đề với thiết bị di động.
NGUYỄN THIỆN PHÚC – D09CNPM2 13