Wifi indoor positioning systems

Indoor Positioning, Tracking and Indoor Navigation with Wi-Fi

Wi-Fi positioning can be applied for indoor navigation (client-based solution) as well as for tracking solutions (server-based approach). The accuracy of Wi-Fi for indoor positioning is typically 5-15 meters because access points are usually used whose position has been optimized for data communication. This precision depends on the shielding through walls, ceilings and people, as well as the number of access points. The use of smartphone sensors can improve the results and the determination of the floor level is also possible.

Advantages of this technology are that the existing infrastructure can be used in some cases and that enabled Wi-Fi is sufficient when devices are located, a login is not required. The weaknesses are a lower positioning accuracy compared to Bluetooth Low Energy and the fact that iOS devices are excluded from client-based positioning. Moreover, Wi-Fi Tags are more expensive and less energy-efficient compared to beacons.

Client-Based Approach

Using a client-based solution, the localization takes place directly in an app on the end device. This approach is most commonly used for indoor navigation. The data can optionally be forwarded to the backend where it can be made available for analysis purposes.

Each Wi-Fi access point, whether customer hotspot, router or Internet-capable point of sale system, transmits specific data. Using a RSSI (Received Signal Strength Indication) and MAC address (Media Access Control), an app can calculate the current location of the end user device. This requires a database with information about the locations with which this data can be compared. This method is called fingerprinting. Due to technical restrictions, iOS devices cannot be used for Wi-Fi client-based indoor positioning.

Server-Based Approach

A server-based solution is implemented when the purpose of the indoor positioning is to track assets or analyze walking routes, for example. The system can be set up in different ways. In some application scenarios, the localization can be based on existing Wi-Fi infrastructure, while for other positioning projects, a complete solution with infsoft infrastructure hardware is the best choice.

However, compared to indoor positioning using Bluetooth Low Energy (BLE) beacons, localization using Wi-Fi is subject to a number of limitations. These include the comparatively inaccurate position resolution, the low battery life and the high cost of Wi-Fi tags. In many cases, localization with BLE is therefore the best solution.

There are two setups that enable Wi-Fi positioning based on an existing infrastructure. To realize this, mobile Wi-Fi tags can be attached to assets or are worn by people in the form of wristbands.

In the first setup, smart Wi-Fi tags that act as a client are applied. The tag receives signals from multiple Wi-Fi access points and forwards the information via Wi-Fi to a backend. The position of the tag is determined based on RSSI (received signal strength indication). Using this setup, the logic for calculating the position is mapped directly on the Wi-Fi tag or in the backend. The existing Wi-Fi access points only transmit signals and there is no special configuration required.

In the second setup, smart access points with location engine are used. In this scenario, the logic mapping is performed at access point level. The access points receive the signals emitted by the mobile Wi-Fi tags and make the data available to the infrastructure provider’s location engine in order to calculate the position. Third-party providers can access the data via an interface.

However, in most cases the existing infrastructure isn’t sufficient for reliable localization with room accuracy and the infrastructure extension (additional supported access points, location engine of the access point provider) can be cost-intensive. Therefore, the acquisition of a complete solution by infsoft provides a good alternative.

With infsoft’s own receiver hardware – the infsoft Locator Node 1400 – the location of Wi-Fi tags and Wi-Fi enabled devices, independent of the manufacturer, can be determined. This solution requires the installation of infsoft Locator Nodes at regular intervals throughout the building. The hardware then receives signals of mobile devices carried by people and Wi-Fi tags which can be attached to assets. The data is then sent to the backend where the position is determined.

General Restrictions when Tracking Mobile Devices Using Wi-Fi

Depending on whether the device is connected to a Wi-Fi network or not, localization is affected by various restrictions. If the Wi-Fi client is not connected, latency times of up to 5 minutes result from the irregular sending of “probe request” (scanning for available access points), which is controlled by the mobile operating system and cannot be influenced. In addition, due to randomly generated, changing MAC addresses (“MAC randomization”), the smart device or the actual number of devices in an area cannot always be determined unambiguously. If the smartphone is connected to a Wi-Fi network, latency times are significantly lower as long as traffic is generated over the network. In addition, there is no MAC randomization, which means that the device can be uniquely assigned. The position accuracy is not affected by the connection to an access point.

Источник

Использование Wi-Fi для indoor позиционирования и навигации

В последние годы система Wi-Fi Positioning System находит всё большее применение во многих хозяйственных сферах. Ее используют не только на улицах, но и внутри помещений, где навигация GPS не способна работать из-за блокировки сигнала, многолучевого распространения и ряда других причин. Wi-Fi обеспечивает точное определение местоположения людей и объектов, что способствует оптимизации бизнес-процессов и повышению прибыли компаний.

КАК РАБОТАЕТ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПО WI-FI?

Система работает по принципу определения координат при помощи Wi-Fi точек, которые способны передавать определенные данные. Используя RSSI (индикатор уровня принятого сигнала) и MAC-адрес (контроль доступа к среде), система может точно рассчитывать текущее местоположение устройства пользователя, используя подход мультилатерации. Точность определения местоположения по Wi-Fi зависит от количества точек доступа, топологии здания и типа смартфона. Современные смартфоны на базе Android могут обеспечить позиционирование в помещении с точностью до 2–3 м.

ОГРАНИЧЕНИЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В ПОМЕЩЕНИИ С ПОМОЩЬЮ Wi-Fi

Позиционирование на основе Wi-Fi RSSI хорошо работает на устройствах Android. Однако в последней версии Android (см. таблицу ниже) есть некоторые изменения, ограничивающие возможности сканирования Wi-Fi. К сожалению, сейчас (сентябрь 2021 г.) невозможно использовать Wi-Fi для позиционирования в помещении на устройствах iPhone / iPad, так как Apple не позволяет приложениям получать данные Wi-Fi окружения из-за проблем с конфиденциальностью.

Версия ОС	Частота сканирования Wi-Fi	Регулирование Wi-Fi	Чистая точность Wi-Fi позиционирования	Точность позиционирования в помещении (Wi-Fi + инерциальные датчики)
Любое устройство iOS	Н/Д	Н/Д	Н/Д	Н/Д
Android 8 и более ранние версии	1 сек	—	3-5 м	2-3 м
Android 9	4 раза / 2 мин	+	10-30 м	8-15 м
Android 10	4 раза / 2 мин	+/-	10-30 м	8-15 м
Android 11	4 раза / 2 мин	+/-	10-30 м	8-15 м

Таблица 1. Точность определения местоположения с помощью Wi-Fi и ограничения сканирования. Более подробную информацию о регулировании Wi-Fi можно найти в этой статье — “Как избежать ограничения Wi-Fi на устройствах Android”.

ПРЕИМУЩЕСТВА НАВИГАЦИИ В ЗДАНИИ С ПОМОЩЬЮ WI-FI

• возможность использования уже установленной инфраструктуры Wi-Fi;
• возможность масштабирования практически без ручного вмешательства;
• высокая дальность распространения сигнала – до 150 метров;
• нет необходимости в дополнительном оборудовании и обслуживании инфраструктуры;
• возможность комбинирования с другими технологиями для повышения точности и гибкого развертывания.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ WI-FI

Отслеживание местоположения внутри помещений с помощью Wi-Fi применяется во многих сферах – от транспорта и логистики до промышленности, офисов, выставок и музеев.

Navigine SDK

Профессиональные решения для внутреннего позиционирования в реальном времени для мобильных приложений.

Транспортная сфера

Технология способствует оптимизации процессов транспортировки и позволяет пассажирам быстро найти путь к нужному месту внутри зданий аэропортов, железнодорожных вокзалов. С ее помощью можно строить интерактивные карты с точками интереса, отслеживать потоки людей, обеспечивать перемещение персонала транспортных узлов. Постоянный мониторинг пассажирских перевозок позволяет быстро реагировать на меняющиеся условия и улучшать качество обслуживания пассажиров.

Логистика и склады

Компании, которые занимаются логистикой и складированием, могут использовать систему для отслеживания комплектовки заказов, перемещения транспорта, грузов. Система предоставляет детальную информацию о местоположении активов и помогает автоматизировать многие складские операции. За счет постоянной навигации сотрудников склада можно корректировать повседневные задачи в реальном времени, повышать производительность труда, без промедлений реагировать на внештатные ситуации.

Промышленность

Indoor навигация посредством Wi-Fi является оптимальным средством контроля движущихся объектов на промышленных предприятиях. Ее внедрение позволяет решать множество важных задач:

• повышать безопасность сотрудников;
• сокращать расходы на простой транспортных средств;
• снижать количество внештатных ситуаций;
• корректировать маршруты спецтехники в реальном времени;
• фиксировать историю перемещений работников (время прихода, ухода с работы и др.);
• выполнять аналитику для принятия эффективных управленческих решений.

Офисы

Wi-Fi может успешно внедряться в системы indoor-позиционирования внутри помещений при эксплуатации крупных административных зданий. Система обеспечивает построение пошаговых маршрутов к нужному кабинету, отправляет уведомления и подсказки, которые ориентированы на месторасположение человека. При использовании технологии Wi-Fi руководство предприятия получает возможность контролировать передвижение офисных работников и при необходимости делегировать задачи или обязанности. Благодаря непрерывному сбору информации о перемещениях в офисе можно выполнять точную аналитику и оптимизировать работу офисных систем.

Музеи и выставки

Посредством Wi-Fi можно создавать гиды и мобильные приложения, которые улучшат работу выставок и музеев. Беспроводная система позиционирования в помещении помогает составлять интерактивные карты залов, разрабатывать короткие маршруты к нужному экспонату. Организаторы выставок могут собирать геоданные по посетителям и тщательно изучать их поведение, чтобы более рационально планировать экспозиции.

Компания Navigine предоставляет технологичное решение для indoor навигации с помощью Wi-Fi. С нашей помощью вы получаете точный и функциональный инструмент позиционирования, который можно эффективно внедрять в свои мобильные приложения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Wi-Fi развивается, стандарт IEEE_802.11mc предоставляет новые типы измерений, которые позволяют напрямую измерять расстояние (round trip time, RTT) между передатчиком и приемником. Более подробную информацию об использовании этого подхода для indoor позиционирования можно найти в нашей статье о том, как Wi-Fi RTT выводит позиционирование внутри помещений на новый уровень.

Источник