エンタープライズでの長距離Wi-Fi測位

Wifiポジショニングがまったく機能しませんか？ まったくない！

前の記事「なぜWi-Fiベースのポジショニングがうまくいかないのか」を読んだ後、同僚はそれがまったく機能せず、連絡するべきではないと判断しました。 これは完全に間違っています！



この記事では、企業のWi-Fiネットワークでポジショニングがどのように機能するかを説明します。これは、データおよび音声伝送の要件に従って構築されます（ただしポジショニング用ではありません）。

Wi-Fiポジショニング「部屋まで」

はい、Wi-Fiは測位にあまり適していません。多数の反射、干渉などがあります。 そして、精度を高めるツールを追加し始めると、価格が急上昇し始めます！

しかし、たとえば、顧客はすでにWi-Fiを持っているため、測位サービス用の別のインフラストラクチャにお金を使う準備ができておらず（個別のセンサーの配置、タグの配布）、データ送信用に設計された既存のWi-Fiネットワークをアップグレードする必要さえありません（アクセスポイントの数を増やします） （以下、TDと呼びます）、境界の周りに配置し、監視モジュールをインストールします）。



顧客は何に期待できますか？ 高い確率で、彼は「部屋に」正確さを当てにすることができます。 この場合の「部屋への」正確さによって、私は10メートル以内の範囲を理解します。



ポジショニングの精度を上げることは可能ですが、労力とお金が必要になります（ただし、全員を止めるわけではありません）。

エンタープライズでの長距離Wi-Fi測位！

「部屋に」正確にWi-Fiポジショニングが必要な人はいますか？ たぶん、これは単なる管理者のおもちゃですか？ この精度は、仮想境界を越えるときにスマートフォンにポップアップする通知を処理するには不十分です。



私の意見では、Wi-Fiポジショニングを「部屋まで」購入する主な要因は、ワイヤレス侵入検知および防止システム（wIPS）または監視システムと連動しています。



wIPSシステムの場合、このサービスは必要であり、良い方法で、その不可欠な部分である必要があると思います（最もよく見られます）。 監視システムにとって、これは、特にトラブルシューティングのために、干渉の場所、その顧客およびサードパーティの顧客の数と場所を把握するのに役立つかなり重要なサービスです。



この点で、監視システムとwIPSとともに、エンタープライズクラスのWi-Fiネットワークには測位サービスが存在する必要があると思います。

Cisco Hyperlocationまたはその他の高価なソリューションに分岐する必要はありますか？

Cisco Hyperlocationなどの複雑で高価なソリューションの分析に進む前に、標準のWi-Fiポジショニングがどのように機能するかを評価する価値があります。 この場合の「標準」とは、最も一般的なオプションを意味します。通常のWi-Fiネットワークを使用してデータ（および/または音声）を転送し、安価なサーバーを1つ追加して測位を計算するとき（監視モジュール、アンテナ、移動点を追加せずに）

最適なスタンドは、機能しているネットワークです！

顧客の1人のネットワークフラグメントを考えてみましょう。

ネットワークは、データと音声の要件に従って構築されましたが、ポジショニングではありません。 私はパイロットゾーンとしてフロアの一部を取りました。 以下は、印刷されたアクセスポイントとおおよその寸法を含むパイロットエリアの計画です。







ワイヤレスパイロットゾーン機器：



-Cisco WLCワイヤレスアクセスコントローラ（以下WLCと呼びます）。

-追加のCisco Aironetモジュールのないオフィスアクセスポイント。

-Cisco Prime Infrastructure Management System（以降PI）。

-Android 4.4.4スマートフォン



測位サービスを表示するために追加でインストールされたもの：

-Cisco CMX 10（以降、CMX）。

私たちのネットワークはどれくらい一般的ですか

「通常のWi-Fiネットワーク」は緩やかな概念です。 したがって、パイロットゾーンでの無線調査の結果を（誇りなしではなく）表示し、それがどの程度受け入れられるかを決定します。 測定は、両方の範囲（2.4 GHzおよび5 GHz）で-67dBmおよびSNR 25のレベルで実行されました。以下は、-67dBmのレベルの境界線を持つ5GHz範囲での1つの測定の写真です。







負荷のかかったネットワークでは、パフォーマンステスト（iperfプログラムを使用）により、高負荷の稼働日の真ん中に5 GHz帯域で約50〜80 Mbit / sが示されました。

CMX設定

フロアプランとアクセスポイントの場所は既にPIに設定されているため、CMX仮想マシンを展開し、APの場所と壁の減衰に関するデータとともにマップをインポートするだけで済みました。



壁にはわずかなニュアンスがあります。 厚い壁のみがインポートされます（重い壁、厚い壁、13dB）。 私たちのオフィスでは建物内のすべての壁が「厚い」という定義に該当しないため、建物の周囲のみに厚い壁を描きました。



また、顧客がいることもできないこともできるハードゾーンを指定することもできます（たとえば、2階の窓の外の空気にいる顧客を除外するために、これは私の場合のように精度を大幅に向上させることができます）が、これを行わないことにしました周囲に厚い壁が描かれているこの状況でCMXがどのように機能するかを評価します。



表示されるデバイスの数を制限するために、フィルターを構成しました：



-接続されたデバイスのみが表示されます（つまり、サードパーティのクライアントはまったく表示されません）。

-信号レベルが-85dBm以上のデバイスのみが表示されます。

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テストのために、干渉とラベルの表示を残しました。

ベンチテスト

位置決め精度測定

PIには、そのような好奇心tool盛なツール（Inspect Location Readiness）があります。これは、測定することなく非常に簡単に、位置決めの「準備完了」ゾーンを表示します。 次のようになります。







この情報は考慮に入れることしかできないが、それに基づくことはできないことは明らかです。 CMXには、測位の正確さを測定するための組み込み機能（位置精度テスト）があります。これは、既に実際の測位の正確さを測定しています：ワイヤレスWi-Fiクライアント（以下、クライアントと呼びます）の実際の位置は、フロアプランに示され、CMXが独自の測定値を文書化し、精度を計算します。 測位の精度を測定するために、私は自分のスマートフォンを使用しました。 パイロットエリア（APの外側、AP間、廊下など）で約5ポイントを事前に選択しました。 各ポイントで、CMXに少なくとも5回の測定を行わせようとしました。 以下は、パイロットエリアで得た結果です。







ハイライト：



-すべてのポイントでの位置決め精度は10メートル以内でした（ケースの99.2％）。

-平均測位精度-4.21メートル;

-ケースの50％の位置決め精度は最大3.85メートルでした。

これらの結果を公式のCisco Wi-Fiポジショニングガイドと比較してみてください。

-90パーセントの精度で10メートル以下の精度

-50パーセントの精度で5メートル以下の精度



位置決め精度は、APの周囲だけでなく、パイロットゾーン全体の周囲にも沿って、指定されたフレームに収まります。これは非常に優れています。 同時に、ポジショニングの要件を考慮せずにポイントが配置されました！

特に、これらの結果を、成功した建物の構成に結び付けます。その周囲には、クライアントが境界から「抜け落ちる」ことができない厚い壁があります。



しかし、すべてがそれほどバラ色ではありませんでした。

ポジションリフレッシュレートについてかなり

テスト前でも、スマートフォンは他のデバイスよりもCMXでの位置を更新する可能性が高いことがわかりました。 これが起こる理由を理解するために、スマートフォンと他のクライアントからのトラフィックを調べました。 判明したように、スマートフォンはプローブ要求で特定のSSIDをアクティブにスキャンしていました。 これらの要求はすべてのチャネルに順番に送信されたため、すべてのAPにスマートフォン信号の電力（RSSI）に関する現在の情報が含まれていました。 後でわかったように、これはアクティブなWi-Fiタグの標準アルゴリズムです（ウェイクアップし、すべてのチャネルに順番にリクエストを送信し、スリープ状態になります）。 しかし、この場合、テストを実行する前に削除したワイヤレスネットワークのプロファイルが手動で詰まっただけです。



これにより、次の結果が得られました。



-スマートフォンが1か所にあり、トラフィックを積極的に生成しなかった場合、その場所はほとんど更新されませんでした。CMXには、「最後に見た」、つまりクライアントが最後に見たときに、分（5〜10分以内）。

-アクティブスキャンを生成するSSIDプロファイルがスマートフォンで詰まった場合、このパラメーターは10〜15秒以内でした。

-アクティブにトラフィックを生成し始めた場合、「最後に見た」パラメーターも10〜15秒以内でした。

-ポイントからポイントに移動した場合、結果は多少異なります。 位置は更新されましたが、この位置の精度は宣言されたものよりはるかに低かったです。 これは、特定のAPについてのみRSSI測定値が更新され、位置を更新する必要があったためだと思いますが、RSSIのデータが不十分であるため、精度がはるかに悪かったです。

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この効果については、別の記事でさらに詳しく検討します。この記事では、位置の更新頻度について説明します。

移動時の位置決め精度の測定

測位システムは、現在の場所を表示するだけでなく、クライアントの毎日の移動履歴（クライアントの移動履歴の再生）も表示できます。これは、トラブルシューティングやインシデント調査に役立ちます。



しかし、私たちのケースでは、このツールを他の目的、つまり移動時の位置決めの精度を評価するために使用します。



できるだけ公平になるために、私は特別なサークルでオフィスを回るのではなく、1日でスマートフォンを使って自分の動きの履歴を取りました。



これは、顧客が印刷された2階の外観です。 青い丸はAPを示し、丸の中は承認されたクライアントの数を示します。 緑色の点は顧客です。







システムには非常に便利なクライアント検索があります。 クライアントには、MACアドレス、ユーザー名、SSIDの任意の文字を使用できます。 入力した文字ごとにフィルタリングが自動的に行われます。 3文字のスマートフォンを見つけました。







私の位置は非常に正確に示されており、A-03の左側の区画にいます（図のように2番目の区画にはありません）。 コンパートメントの幅は5メートルなので、精度はまったくありません。 クライアントにカーソルを合わせると、どのAPでRSSI測定があるかが考慮されます（考慮されます）。







クライアントを選択した後、移動の履歴に進むことができます。







すぐにおもしろいのは、接続時間9.31がオフィスへの到着時間（到着時間を追跡できることです！）、その時点での位置精度がさらに向上したことです（左のコンパートメントA-03）。 10時ごろ、部屋B-32のエリアに行きました。 そしてここで最も驚くべきことが始まります。地図上では、クライアントのかなり混chaとした動きとして表示されます。







移動の一般的な方向は推測されますが、私は明らかに建物の周囲を移動していませんでした。 私が信じているように、この効果は、私が少し前に説明したものと正確に関連しています：RSSI測定は特定のAP（ローミングが予定されている）でのみ公開され、CMXは位置を更新することを強制されますが、その精度は非常に低いです。 おそらく、クライアントが「バインド」する厚い壁がなければ、CMXはクライアントを建物から押し出します（壁を描かない場合は、ポジショニング領域を描く必要があります）。 緩和環境として、コンパートメント「B」ではコーティングの質が悪く、そのために位置決めが行われるという事実を考慮することができます。 そして、パイロットエリアでの結果は何ですか？ その後、部屋A-03に戻りました。 その後、12時30分頃、ゾーンA-16の同僚に行きました。ここでは、パイロットゾーンでの測位の正確さだけを推定することができました。







この場合、ディスプレイはより鮮明になりましたが、帰り道ではまだ周囲に投げられていました。 これは、スマートフォンのアクティビティと、このコンパートメントに直接より高密度のコーティングを施したことが原因と考えられます。



奇妙な事実：クライアントの動きは1つのフロアに縛られているのではなく、すべての部屋で組み合わされています。 たとえば、3時ごろに1階に行きました（夕食に行った）。

システムはさまざまな干渉とタグを表示します

Wi-Fiクライアントを表示できるだけでなく、干渉とタグも（TDに組み込まれたスペクトルアナライザーのため）まだ楽しい瞬間があります。 会議室Alphaには、デモンストレーション用のIEEE 802.15.4（ZigBee）標準に基づくデバイスがあります。 位置決めシステムはそれを見つけ、タイプを決定し、非常に高い精度でその位置を表示しました！







トラブルシューティングやインシデント調査に非常に便利です。 定期的に無線調査を行う人はほとんどいません。 また、このツールを使用すると、椅子から立ち上がることなく、部屋に対して正確なすべての障害物を特定し、必要なすべての措置（合法化、清掃など）を実行できます。

一般的な結論

どのような結論を出すことができますか：



1.データ/音声送信を目的としたWi-Fiネットワークの測位精度は、通常、測定値の90％（部屋まで）で10メートル以内です。

2.位置精度の問題は、位置を更新する頻度の問題と並行して検討する必要があります。 静止クライアントの精度と移動クライアントの精度は大きく異なる場合があります。 つまり、クライアントが移動できる方法と速度を理解する必要があります。

3.トラフィックのタイプと、必要なクライアントが生成する（および生成できる）頻度を理解する必要があります。

次は？

この資料を準備する中で、答えと新しい質問の両方を受け取りました。その主なものは、Wi-Fiポジショニングのリフレッシュレートです。 このため、次の記事では、この問題をより詳細に検討します。