Virtual Signal Location System

本論文提出之 VSLS 系統的系統架構由圖 3.5 VSLS 系統架構圖，分別經過虛 擬訊號源採樣、Middleware 程式進行訊號強度純化、資料庫系統作為資料中心角 色，最後將藉由 LANDMARC 系統中的追蹤點與參考點之訊號強度相量集合，進 而推估出追蹤點相對於考點的比重值，將取參考比重較的參考點作為 LANDMARC 系統中的 K 值，使用虛擬點替代指引點的方式來讓定位精準度維持一定的精準度，

於圖 3.6 系統定位流程中將分為訊號強度採樣元件、訊號強度純化元件、資料庫系 統元件、定位系統元件，藉由該流程來達成 VSLS 定位機制的演算，接續將逐一 說明元件的細部處理流程：

圖 3.5 VSLS 系統架構圖

圖 3.6 VLLS 定位系統流程圖

a.) 訊號強度採樣

在訊號強度採樣中，因應環境面積過大採用虛擬訊號採樣時若因為環境因素 干擾，其數據將會有較大的誤差，故實驗中共分為兩種訊號源其一是虛擬點訊號 源，另一個則是實體點訊號強度，這兩種訊號源不同於固定與非固定訊號，虛擬 點訊號源是由搭載於自走車上依據自走車定義之速率與訊號點的 Active Tag 所發 出之訊號強度，另一訊號源則是擺放於實驗環境中固定不移動的指引標籤訊號強 度，如圖 3.7 中 V1 ~ V8…為虛擬點訊號源，A ~ D…為實體訊號源，實體訊號源 是研究中用來校正虛擬訊號源誤差的關鍵點，避免虛擬點訊號因當下環境因素產 生過大或過小的訊號值，造成的定位系統誤差過大的偵錯機制。

圖 3.7 實驗環境標籤示意圖

於實驗中自走車搭載之訊號發送裝置是採用 2.45GHz 波帶的電子標籤，而 訊號擷取裝置是採用對等的 2.45GHz 波帶的讀取器當做收信裝置，主要是發送 / 擷取在環境中已經定義好的指引點標籤的訊號強度，與自走車於離線階段裝 載之電子標籤所經過訊號點之虛擬點訊號強度，實驗環境中必須先使用圖 3.8 的 Network Enabler Administrator 中介程式對讀取器進行基本設定，如：讀取器 IP 位置、傳遞訊號模式、ComPort 對應…等相關設定，然而實驗中須經由多台 讀取器讀取訊號，將採用 RealCom 模式使用 TCP/IP 方式傳遞資訊，較有利於 多工傳訊。

圖 3.8 Network Enabler Administrator 中介程式

圖 3.9 為 Xtive Utility 程式畫面中所示，Xtive Utility 會先對讀取器收信參 數設定（如：訊號收取範圍，傳輸介面），而參考點標籤發送頻率設定為每 1.2 秒 / 次，自走車裝載之電子標籤發送頻率設定為每 1.2 秒 / 次，電子標籤發送 頻率決定於實驗環境的離線時間長短與定義之虛擬點數數量有極大的關係，表 3.2 為面積 25 平方公尺下標籤佈設數量表，將實驗中各個環境中所佈設之指引 標籤與虛擬標數點數逐一列出，因所有虛擬點標籤與指引標籤訊號值必須滿足 在離線時間內收取完畢並回送到離線資料庫進行純化處理，若設定虛擬點過多 而發送頻率時間過短，造成無法收取完畢，將會大幅度影響定位精準度的準 確。

圖 3.9 Xtive Utility 中介程式

表 3.2 實驗環境標籤佈設數量表

Tag 間距

Tag 參數

1m 2m 3m 4m 5m

指引標籤

(單位:個)

10 10 10 10 10

參考標籤

(單位:個)

0 10 20 30 40

間格距離

(單位:公尺)

1 2 3 4 5

發送頻率

(單位:秒/次)

1.2 1.2 1.2 1.2 1.2

採樣樣本

(單位:個)

100 100 100 100 100

a.) 訊號強度純化

實驗中採用自走車做為標籤執行定點定速移動的設備，因移動設備在進入與 離開定義之虛擬點同時，參考標籤所送出的訊號品質較為不穩定，該階段將收取 兩種訊號值，一為指引標籤訊號值，另外一種則為虛擬點訊號值，這兩個數值攸 關定位精準度高低與否，所以在數值純化處理，將採取多採樣平均化誤差機制，

實驗環境事先定義之標籤發送訊號頻率套用在指引標籤與虛擬點標籤進行 1.2 秒/

次的訊號發送，讀取器也依照該採樣頻率 1.2 秒/次持續採樣 100 個訊號樣本，並 將頭尾各 15 個數值誤差較大的訊號值丟棄留下 70 個標籤（m）所產生之訊號樣本 值（x）利用公式 3.2 計算，隨後儲存到離線資料表中，在表 3.3 與表 3.4 兩種標籤 改善效率表中得知訊號樣本純化前後的改善效率，經由平均化過後的訊號強度數 值（RSSIφ）將可以有效降低因外在因素干擾所造成的訊號強度誤差，導致訊號 強度誤差過大進而影響實驗中之定位精準度。

∑

=

=

^m

i xm

RSSI

ϕ 1 ……（3.2）

表 3.3 指引標籤訊號強度純化效率表

類型 標籤編號 純化前 純化後 訊號強度修正比率

指引標籤 (RSSI)

A 217 193 12.44%

B 229 197 16.24%

C 237 195 21.54%

D 249 201 23.88%

表 3.4 參考標籤訊號強度純化效率表

類型 標籤編號 純化前 純化後 訊號強度修正比率 參考標籤

(RSSI)

T1 189 175 8.00%

T2 180 173 4.05%

T3 250 234 6.84%

T4 263 241 9.13%

c.) 資料庫系統

在資料庫管理系統（DBMS，Database Management System）建構方式是用來 操作與管理資料庫的軟體，常用的有 Microsoft Access、Oracle、MySql、Microsoft SQL Server 等 DBMS 軟體。這些軟體可提供實驗中的資料進行定義、建立、運算，

其中定義是指資料的類型、結構與相關限制，建立是輸入並儲存資料，而運算是 包括查詢、更新、插入、刪除等動作。

由於本論文中需使用預處理程序，固實驗中採用 Microsoft SQL Server 2005 版本作為資料庫系統，在 RFID 資料庫中包含著離線資料表與在線資料表兩份資料 表，分別儲存著在線階段與離線階段的電子標籤資訊（訊號強度、座標、電池電 力），以下將逐一說明在線階段與離線階段兩種資料庫表格之規劃：

C.1) 離線資料表（Off-Line Table）

VSLS 系統中主要的資訊來源就是離線資料表，離線資料表中會將離線階 段中自走車搭載之參考標籤的訊號強度值、電池電力、標籤編號，逐一記錄 到離線資料表中，在表 3.5 為資料庫欄位說明表，而圖 3.10 是實驗中離線資 料表中儲存之指引標籤與參考標籤透過讀取器所送回之資訊，在資料表格中 包含電子標籤編號、連線品質、訊號強度、讀取器編號、電力狀態、指引標 籤座標點、參考標籤座標點、讀取時間點的一部份資訊。

表 3.5 資料庫欄位說明表

Tag Rssi Lqi

Reader Name

Di T1 T2

Show time

電子標

籤編號

訊號 強度

連線 品質

讀取器編號

電力 狀態

x 座標 y 座標 讀取時間

圖 3.10 離線資料表示意圖

虛擬標籤點訊號強度在經由圖 3.11 中 RFID Middleware 進行每點 120 秒 的收取時間（發送頻率 x 收取次數）後，將會進行逐點的訊號強度過濾，訊 號強度純化元件將對參考標籤與指引標籤點的回授訊號強度進行取樣 70 筆進 行訊號過濾處理，將頭尾各 15 個不穩定的訊號強度值去除，將穩定的訊號強 度值均化後儲存至離線資料表中，同時當標籤訊號強度（RSS threshold）100

（低電力）時與連線品質低於 150 時，該標籤訊號強度就不足以採信故不進行 紀錄。

然而 Middleware 設計中為讓離線資料庫收取訊號強度同時，免其它主動 式標籤進入造成的干擾，在定義之離線時段（Allow enter time）將啟動 Prohibit all personnel entering area 功能來防止同波帶之主動式標籤的數值記錄到離線 資料表中。

圖 3.11 RFID Middleware 介面

c.2) 在線資料表（On-Line Table）

當有未知訊號源於在線時段進入 VSLS 系統所但易的區域範圍內，此時 RFID Middleware 將會把該訊號源列為追蹤點（Tracking Tag），並將該點記 錄到在線資料庫中，表 3.6 為在線資料表的資料欄位說明，以圖 3.11 環境圖 說明當讀取器得知 Tracking Tag（紅色點）訊號強度之後，Middleware 程式提 取離線資料表中讀取器 R1 所收取之指引標籤與參考標籤訊號強度值，提取後 可使用公式 =

∑

ⁿ= −

i i i

j

S

E

1

)2

(

θ

運算出該 Tracking Tag 對於參考標籤與指引

標籤的訊號強度集合，透過比重計算

∑

=

= _k

i i i j

E w E

1 2

2

1 1

結果可以得知這些集合中

標籤點（C、D、V3、V4）離 Tracking Tag 最為接近，故將這四個標籤點作為

定位運算之 Reference Tag 使用，在公式 =

∑

^k=

i wi xi yi

y

x, ) 1 ( , )

( 計算結果可以得

知 Tracking Tag 的座標位置，Middlewar 程式隨即將該 Tracking Tag 資訊寫入 在線資料表，圖 3.13 為實驗中指引標籤間隔距離為 2 公尺時的在線資料表，

從圖中可以得知 VSLS 將紀錄 Tracking Tag 各時間的位置，做為以點構成線 的方式進行尋跡。

表 3.6 資料庫欄位說明表

Tag Rssi P1 P2 P3 P4 T1 T2

Show time

Reader Name 電子標

籤編號

訊號強

度

參考標

籤編號

參考標

籤編號

參考標

籤編號

參考標

籤編號

x 座標 y 座標

記錄時

間

讀取器

編號

圖 3.12 指引標籤間隔 2m 環境圖

圖 3.13 2 公尺間隔距離之在線資料表

在本研究中 VSLS 系統中的每一個元件都必須有一定的相關聯，訊號源採樣 進行定點的虛擬點續號強度擷取，而訊號強度純化原件則透過 Middleware 進行 Off-Line 與 On-Line 兩階段訊號強度存入資料庫系統前的預先純化的工作，資料庫 系統角色就猶如資料中心，資料庫元件將提供定位階段所需之指引點標籤座標、

參考點標籤座標、追蹤點與指引點之間的比重關係，而讓定位機制選擇離追蹤點 最有參考價值的參考點作為定位演算參數（k），再者 LANDMARC 系統中的指引 標籤分布密度加大，精準度下降或指引標籤硬體數量增加的問題將可藉由均化機 制與虛擬訊號採樣機制獲得良好的解決方式。

第四章系統實作與實驗模擬

在文檔中 中 華 大 學 (頁 37-49)