🌏 👩🏻‍🍳 👏🏾 Wi-Fiポジショニングは「安くて明るい」です。測定の頻度について、またはWi-Fi測位はリアルタイムで可能ですか？ 👆 🤜🏼 ⚔️

これは、Wi-Fiポジショニングシリーズ「安くて陽気な」の最後の3番目の記事です。特殊なクライアントデバイスと特殊なインフラストラクチャを使用せず、公共の個人用デバイス（スマートフォン、タブレット、ラップトップ）と通常のWi-Fiインフラストラクチャのみを使用する場合。

最初の2つの記事では、測定周波数の問題に触れることなく、位置決めの精度と信頼性に焦点を当てました。クライアントが静的な位置にある場合、サンプリング周波数は重要ではありません。クライアントが動いている場合、サンプリング周波数は重要な役割を果たし始めます。

測定頻度の計算の開始点は、クライアントの特性速度などの特性です。人の場合、それは5km / hまたは1.5 m / sです。リアルタイムのポジショニングを確保するには、2つの測定間の時間間隔がポジショニングの精度の2倍を超えないようにしてください。これにより、実用的な目的に十分な精度のモーションパスを構築できます。

前の記事で行われたテストによる古典的な位置決めの精度は、約5メートルで、信頼性は90％でした。この場合、測定周波数は少なくとも6.6秒（10メートルの精度の場合は13.3秒）でなければなりません。現在、測定の実際の頻度が何であるか、そしてそれが宣言された測位精度に対応するかどうかを調べることは残っています。

テストには、Android 4.4.4のスマートフォンとWindows 7のラップトップを使用します。

さて、目標は明確で、手段は明確です、始めましょう！

特殊な位置決めシステムでは、測定頻度をワイヤレスアダプタードライバーとソフトウェアのレベルで制御し、情報転送の間隔を調整することにより、クライアントの特徴的な速度と位置決め精度に適合させることができます。

個人用Wi-Fiデバイス（スマートフォン、タブレット、ラップトップ）の場合、状況は異なります。IEEE802.11-2012標準、メーカーのドライバー、およびオペレーティングシステム設定で定義されているもののみを使用できます。

測定の頻度ですが、それは何ですか？

アクセスポイント（AP）は、測位にWi-Fiクライアント（クライアント）信号強度（RSSI）を使用します。測定によってクライアントの信号の1つの測定レベルのAP上の存在に名前を付けます。

位置決めの問題を解決するには、3つのアクセスポイントから少なくとも1つの測定値が必要です。混乱を避けるため、このようなセットをサンプルと呼びます。

サンプルを入手するのは難しいですか？

サンプルが形成する測定値を持つアクセスポイントは、一般に3つの異なるチャネルで動作します。たとえば、1番目、6番目、11番目です（これはIEEE 802.11規格の機能によるものです）。

IEEE 802.11標準に従って、Wi-Fiアダプターは次の3つの状態のいずれかになります。

-送信（Tx）

-レセプション（Rx）

-モニタリング（CCA-クリアチャネルアセスメント）

APが送受信しない場合、APはそのチャネルの監視モードになります（特に、仮想（CCA-CS、キャリア検知）および物理（CCA-ED、エネルギー検出）チャネル占有率を評価するため）。

クライアントが1つのアクセスポイントの信頼できる受信のゾーンにいる場合、クライアントは1つのチャネルで送受信します。サンプルの構成に戻ると、クライアントが1つのチャネルのみで動作し、測定が3つの異なるチャネルで行われる場合、サンプルがどのように形成されるのかという疑問が生じます。

最近のアクセスポイントは、隣接チャネルの監視に少しの時間を費やしていますが、アクセスポイントの主なタスクはカスタマーサービスであり、すべてのチャネルの監視は順次行われるため、隣接チャネルで費やされる時間は非常に短くなります。たとえば、シスコのインフラストラクチャでは、アクセスポイントは16秒ですべてのチャネルをバイパスします。この場合、隣接チャネル上のクライアントの測定値を「キャッチ」する確率はわずかです。したがって、このメソッドは破棄します。

隣接チャネルを監視するために、製造業者は多くの場合追加の無線を使用します。これらのテクノロジーには、Cisco FastLocationが含まれます。監視モジュールは、可能なすべてのチャネルを通過しますが、各チャネル上でははるかに長くなります。しかし、繰り返しますが、この贅沢はタスクの条件の下では利用できません。 Cisco FastLocationテクノロジーについては、別の記事で詳しく説明します。

サンプルはどこから来たのですか？！

ワイヤレス環境では、ユーザーが気付かないうちに進行する膨大な数のプロセスがあります。 3種類のパッケージ（データ、制御、管理）と少なくとも39種類のフレームがあり、問題を解決できるフレームは1つ（およびワイヤレスクライアントの動作モード）だけです。

これは、クライアントがアクティブに（プローブ要求パケットを送信して）適切なワイヤレスネットワークの利用可能なすべてのチャネルをスキャンする場合のアクティブスキャンモードです。管理フレームとしてのプローブ要求は、最大電力および最小ビットレートで送信されます。このモードにより、他のチャネルで動作しているアクセスポイントがクライアントから計測を受信し、サンプルを作成できます。

クライアントがこれらの要求を送信するのはなぜですか？

スキャンを使用する場合、少なくとも2つの操作モードがあります。

1.クライアントが適切なアクセスポイントを選択してワイヤレスネットワークに接続するとき

2.ポイントからポイントへの移行中にクライアントが適切なアクセスポイントを選択した場合（ローミング中）

クライアントは、無線環境をスキャンするための2つのメカニズムを使用できます。

-パッシブスキャン

-アクティブスキャン

最初のケースでは、ワイヤレスクライアントはビーコンパケットをリッスンし（既定では102.4msごとに送信されます）、2番目では、プローブ要求を送信し、プローブ応答を待ちます。

明らかに、これはスキャン速度とそれに費やされるエネルギーのどちらを選択するかという問題です（ワイヤレスクライアントの最も高価な動作モードは送信です）。

パッシブスキャン

13チャネルが許可されているロシアの2.4 GHz帯域でスキャンしているとします。ワイヤレスクライアントの受信機は、各チャネルの監視モードで少なくとも102.4ms（ビーコンパケット間の標準間隔）であることは明らかです。完全なスキャンサイクルには約1.4秒かかります。

アクティブスキャン

クライアントは要求をチャネルに送信します（プローブ要求）。このチャネルで機能し、利用可能なワイヤレスセグメント（SSID）に関する情報で要求に応答するアクセスポイントを聞くアクセスポイント。

要求を送信することができます（特定のSSIDを含む）-この場合、APはこのSSIDに関する情報のみで応答する必要があります（SSIDにある場合）。

要求は無指向性（ヌルプローブ要求）である場合があります。この場合、このパケットを聞いたAPは、設定されたすべてのSSIDに関する情報を提供する必要があります。

クライアントは最初のチャネルでプローブ要求を送信し、ProbeTimerを起動します。 ProbeTimerの値は標準化されておらず、ネットワークアダプタードライバーの実装によって異なる場合がありますが、一般的には10ミリ秒です。この間、ワイヤレスクライアントは応答（APからのプローブ応答）を処理します。その後、すべてのチャネルを介して、次のチャネルに進みます。次に、接続するAPを決定します。

この場合の完全なスキャンサイクルには約130ミリ秒かかります。これは、パッシブスキャンよりも1桁少ないです。

各メーカーは、スキャンの種類とその使用条件を個別に選択します。また、オペレーティングシステム自体には、特定のモードを選択できるオプションがあります。

プローブリクエストでスキャンする頻度はどれくらいですか？

私の観点からは、SSIDに接続し、1つのアクセスポイントの信頼できる受信のゾーンにいると、クライアントはプローブ要求をまったく送信しません。

シスコの製造元によると、クライアント、OS、ドライバー、バッテリー、クライアントアクティビティの種類に応じて、送信間隔は10秒から5分になる可能性があります（http://www.cisco.com/c/en/us/td /docs/wireless/controller/technotes/8-0/CMX_FastLocate_DG/b_CMX-FastLocate-DG.html）。

理論は実践に多少反するため、ここでテストが必要であることがわかります。

プローブリクエストの送信頻度の測定

まず、ラップトップは静的な位置でテストされ、ネットワークに接続され、最大消費モードになりました。あるプロファイルでは、ネットワークがその名前（SSID）をブロードキャストしない場合でも、「自動的に接続する」と「接続する」のマークがありました。

その結果、システムは、何に関係なく、ほぼ毎分、全方向プローブ要求をすべてのチャネルに送信することが示されました。

つまり、1つのAPの信頼できる受信ゾーンで静的な位置にあるシステムは、1分ごとにすべてのチャネルにプローブ要求を送信します（すべての要求に対して、すべてのアクセスポイントがプローブ応答を送信し、大量のトラフィックを形成します）。最大バッテリ寿命モードでは、ラップトップは同じ結果を示しました。

また、クライアントが1つのリクエストではなく、一度に複数のリクエストを非常に短い時間間隔で送信することも確認されています。

プローブ要求の送信レートとCisco CMXのサンプリングレートの間に相関関係がありますか

プローブ要求の数とCisco CMX上のサンプルの数が一致します。さらに、ログには1分に1回（アナライザーも示すように）いくつかの測定値があることが示されていますが、カウンターが1分ごとに増加するため、CMXは明らかにそのような要求を結合します（そして正しく実行します）。次のようになりました。

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動いている測定の頻度

ムーブメントでは、周波数が変化し、ローミングの瞬間につながりが現れました。アナライザーが示したように、実際、ローミングの瞬間の前に、ラップトップはすべてのチャネルにプローブ要求を送信しました。つまり、アクティブなスキャン手順を実行しました。

ここで興味深い効果が生じます。人が速く動くほど、ローミングが頻繁に発生します。しかし、残念ながら、ローミングは10メートルごとよりも頻繁に発生しません（精度が2倍になります）。クライアントはアクセスポイントを「最後まで」保持し、最後の瞬間にのみ新しいポイントに切り替えます。その結果、ローミングは15〜20メートルごとに発生しました。これは、必要な時間の約2倍です。その結果、移動の軌跡はあまり信頼できません（前の記事を参照）。

次に、Android 4.4.4ベースのスマートフォンでテストを実施しました。スマートフォンには、アクティブとスリープの2つの動作モードがあります。スリープモードには、いくつかのオプションがあります。テストでは、最もノイズの多い「Never」モードを使用しました。

結果は次のとおりです。

スマートフォンが設置されていて、使用しなかった場合、遅延は約500〜600秒でした。アクティブなサーフィン中でも、遅延は約100秒でした。ワイヤレスネットワークを表示することにより、より頻繁に更新が取得されました（その時点でリクエストが送信されました。

動きの結果は、ラップトップに似ていました。つまり、パケットの送信とローミングが直接接続されていました。

主な調査結果

1.従来のWi-Fiポジショニングでは、プローブ要求パケットを使用して測定が行われます

2.個人用デバイス（ラップトップ、タブレット、スマートフォン）では、プローブリクエストの送信頻度は、デバイスの種類、OS、ドライバーの種類とその設定、バッテリーステータス、クライアントアクティビティなど、多くの要因に依存し、5秒から10分続きます。しかし！

3.クライアントの移動速度（ローミング頻度）とプローブ要求の送信頻度との間には直接的な関係があります。クライアントが静的な位置にある場合、サンプリング周波数は小さくなります（しかし、それほど必要ありません！）。そして、移動の場合、ローミングイベントに従ってプローブ要求の生成が開始されます。しかし！

4.ローミングイベントのプローブリクエストを送信する頻度が不十分であり（位置決め精度が2倍以上）、均一な動きで10〜15秒（および少なくとも5〜10秒が必要）であることがあります。二回。

何を探す

多くのメーカーは、デバイスの動作時間を増やすためにデバイスの動作を最適化しようとしています。最適化の最初の候補は「アクティブスキャン」モードです。これは、とりわけ、iPhoneやAndroidなどのデバイスがこの動作モードを使用することはめったにないという事実につながりますが、ローミングの場合、プローブ要求の使用からはまだ移行していません。

残念ながら、標準の802.11-2012の新しいバージョンに含まれていたIEEE 802.11kプロトコルもメーカーの助けになります。この標準は、ローミング時に現在アクティブスキャンを実行している機能を正確に引き継ぎます。

エネルギー消費の削減と802.11k規格の導入に向けたメーカーの積極的な取り組みにより、この方向での改善はほとんど期待できません。

データパケット（データフレーム）の測定に使用するオプションが残っています。この場合、次の記事で論理的にCisco FastLocatonテクノロジーを検討します。

PS以下は、アクティブなWi-Fiタグについての余談ですが、これについて作業できる場合は、別の記事があります。

アクティブなWi-Fiタグを使用する場合、必要に応じて作業を構成できます。ソフトウェアは、タグが常にスリープモードになり、すべてのチャネルにプローブリクエストを送信するために特定の頻度で起動してからスリープ状態になるように構成されています。この動作モードを使用すると、必要なリフレッシュレートと必要なバッテリ寿命を実現できます。

90秒ごとにウェイクアップしてプローブリクエストを送信し、約27日間2個の単三電池で動作するアクティブタグの例を次に示します。

PPS小さな追加。 802.11kのサポートは、Wi-Fiポジショニングを悪化させ、改善する可能性があります。トピックはまだ研究されていないので、これまでより具体的には何も言えません。今後奉献するつもりです。

Wi-Fiポジショニングは「安くて明るい」です。 測定の頻度について、またはWi-Fi測位はリアルタイムで可能ですか？