Выпускная квалификационная работа посвящена разработке программных средств позиционирования пользователя в помещениях различного типа с использованием технологии Bluetooth Low Energy. Для выполнения поставленной задачи был разработан алгоритм для определения положения пользователя в условиях, когда погрешность измерения расстояния имеет один порядок с оценкой расстояния. В ходе работы были разработаны программные средства для позиционирования пользователя в помещениях, состоящие из нативного плагина для работы с CoreBluetooth, инструментов позиционирования пользователя, разработанных на языке C#, пользовательское приложение, разработанное с использованием игрового движка Unity, система хранения данных об объектах и передатчиков с использованием документно-ориентированной базы MongoDB и Rest API сервер, разработанный на языке Golang. Разработанные программные средства позиционирования обеспечивают погрешность определения положения не более 1.5 метров в жилых, промышленных и торговых объектах.

The subject of the graduate qualification work is «Software tools for indoor positioning based on Bluetooth Low Energy beacons». This work is devoted to the development of software tools for positioning the user in various types of places using Bluetooth Low Energy technology. To accomplish this task, an algorithm was developed to determine the users position in conditions where the distance measurement error is of the same order as the distance estimate. Software tools for positioning the user in the premises were developed. Software tools consists of a CoreBluetooth native plugin, user positioning tools developed in C#, a user application developed using the Unity game engine, a system for storing data about objects and beacons using a document-oriented MongoDB database and a Rest API server, developed in the Golang programming language. The developed tools provides determining the position with error less than 1.5 meters in residential, industrial and commercial spaces.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ
  • 1.1. Технологии позиционирования пользователя в помещении
  • 1.2. Сравнение оптической идентификации с Bluetooth Low Energy
  • 1.3. История технологий Bluetooth и Bluetooth Low Energy
  • 1.4. Применение технологии iBeacon
• 2. РАСЧЕТ ПОЛОЖЕНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ НА ОСНОВЕ МОЩНОСТИ ПРИНИМАЕМОГО РАДИОСИГНАЛА
  • 2.1. Функциональная схема определения положения пользователя в помещении
  • 2.2. Структура пакета данных iBeacon
  • 2.3. Усреднение низкочастотной составляющей мощности принимаемого сигнала
    • 2.3.1. Алгоритм фильтрации мощности принимаемого сигнала
    • 2.3.2. Применение подхода ключевых точек
  • 2.4. Расчет расстояния на основе мощности принимаемого сигнала
  • 2.5. Оценка диапазона измеряемых расстояний
  • 2.6. Расчет положения пользователя на основе информации о расстоянии между передатчиком и приемником сигналов
    • 2.6.1. Применение алгоритма трилатерации
    • 2.6.2. Разработка алгоритма “ближайших” точек
• 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ
  • 3.1. Аппаратный комплекс
  • 3.2. Разработка исследовательских программных средств системы позиционирования
    • 3.2.1. Требования к программным средствам
    • 3.2.2. Архитектура программных средств
    • 3.2.3. Интерфейс клиентского приложения
  • 3.3. Разработка требований к программных средствам позиционирования пользователя
  • 3.4. Разработка архитектуры программных средств системы позиционирования
  • 3.5. Разработка системы хранения информации об объектах позиционирования и BLE-маяках
    • 3.5.1. Реализация хранилища информации об объектах и маяках
    • 3.5.2. Реализация Rest API сервера
  • 3.6. Разработка нативного swift-плагина для работы с CoreBluetooth
  • 3.7. Разработка клиентского приложения для обработки и визуализации данных
    • 3.7.1. Реализация пакета инструментов позиционирования
    • 3.7.2. Реализация клиентского приложения
• 4. ТЕСТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ
  • 4.1. Методика тестирования
  • 4.2. Тестирование программных средств в жилом помещении
  • 4.3. Тестирование программных средств в помещении с условиями, приближенными к примышленным
  • 4.4. Тестирование программных средств на базе Торгово-ярморочного комплекса «Москва» (ТЯК «Москва»)
    • 4.4.1. Измерения при отсутствии сложной помеховой обстановки
    • 4.4.2. Измерения при наличии сложной помеховой обстановки
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ