มาทำความรู้จักกับ Wi-Fi CERTIFIED Location™ มาตรฐานการระบุตำแหน่งภายในอาคารด้วย Wi-Fi จาก Wi-Fi Alliance®

ปลายเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา Wi-Fi Alliance® ได้คลอด certification program ออกมาใหม่ภายใต้ชื่อ Wi-Fi CERTIFIED Location™  ( เรียกสั้นๆ ว่า Wi-Fi Location ) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีสำหรับระบุตำแหน่งภายในอาคาร (Indoor Location-Based Service) สำหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่ที่รองรับการใช้งาน Wi-Fi โดยใช้โปรโทคอลที่ชื่อว่า Fine Timing Measurement (FTM) ตามมาตรฐาน IEEE802.11-2016 ซึ่งเจ้าโปรโทคอล FTM นี่เองที่จะทำหน้าที่คำนวนระยะห่างระหว่างอุปกรณ์เคลื่อนที่และตัวปล่อยสัญญาณ Wi-Fi (Access Point) ได้อย่างแม่นยำ

ในปัจจุบันมีเทคโนโลยีระบุตำแหน่งภายในอาคารมากมาย ซึ่งอุปกรณ์แต่ละยี่ห้อก็มีวิธีการและความแม่นยำที่แตกต่างกัน ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้ตัวบ่งชี้ความแรงสัญญาณของวิทยุ (RSSI) ในการคำนวนระยะทางซึ่งมีความคลาดเคลื่อนค่อนข้างสูง บางยี่ห้อก็เพิ่มความแม่นยำโดยใช้เทคโนโลยี RSSI fingerprinting ที่เพิ่มความยุ่งยากในการออกแบบและดูแลรักษา บางยี่ห้อก็ต้องติดตั้งฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์สำหรับทำ Location-Based Service เพิ่มหรืออาจต้องลงทุนติดตั้ง module พิเศษที่เต็มไปด้วยแผง Antenna อยู่รอบตัวบน Access Point เพื่อคำนวนองศาในการตกกระทบของคลื่นวิทยุเพื่อความแม่นยำที่มากขึ้น บางเจ้าก็ใช้การทำงานร่วมกับ Beacon ซึ่งทำงานได้ในระยะใกล้อีกทั้งยังดูแลรักษายาก (หายบ้าง แบตเตอรี่หมดบ้าง)  ซึ่งทั้งหมดทั้งมวลที่ว่ามานี้ค่อนข้างมีราคาค่ะ การมาของมาตรฐานใหม่นี้จะใช้วิธีที่เรียกว่า time-of-flight ที่ระบุไว้ในโปรโทคอล FTM เพื่อตำนวนตำแหน่งได้อย่างแม่นยำซึ่งในบทความนี้เราจะมาดูวิธีทำงานและข้อดีข้อเสียของมันกันค่ะ

Wi-Fi Location จะใช้ความเร็วของคลื่นวิทยุ ซึ่งเป็นค่าคงที่มีค่าเท่ากับความเร็วของแสง (Wi-Fi เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำงานในย่านความถี่ใกล้เคียงกับไมโครไวฟค่ะ) ในการคำนวนหาระยะห่างของอุปกรณ์เคลื่อนที่ โดยคำนวนจากเวลาที่ Frame ใช้ในเดินทางออกจากตัวปล่อยสัญญาณ Wi-Fi จนถึงอุปกรณ์เคลื่อนที่คูณด้วยความเร็วแสง

เนื่องจาก Wi-Fi Location ตำนวนระยะห่างอุปกรณ์โดยใช้เวลาเป็นตัวแปรที่สำคัญ (frame ที่ส่งออกไปจะมี timestamp กำกับไว้ด้วย) ดังนั้นอุปกรณ์ Access Point และอุปกรณ์เคลื่อนที่ต้องทำการ sync กับ clock reference หรือ NTP server ตัวเดียวกันค่ะ ใน 1 นาโนวินาทีแสงเดินทางได้ประมาณ 30 เซนติเมตรถ้าเวลาระหว่าง Access Point กับอุปกรณ์เคลื่อนที่เวลาคลาดเคลื่อนกัน 1 วินาทีเราจะคำนวนระยะทางได้คลาดเคลื่อนไป 30,000 กิโลเมตรค่ะ (เอามือทาบอก)

Wi-Fi Location เป็นโปรโทคอลแบบ Asymmetric โดย Client จะทำการร้องขอ Round-Trip Measurement Frame จาก Access Point ในการคำนวนเวลาที่ใช้เดินทางไปกลับ จะใช้ timestamp ทั้งหมด 4 ครั้งในการคำนวน

T1 เป็น timestamp บน Wi-Fi Frame ที่ออกจาก Access Point

T2 เป็น timestamp เมื่อ Wi-Fi Frame เดินทางไปถึง Client

Turnaround Time เป็นเวลาที่ Client ใช้ในการตอบสนองหรือประมวลผล Frame ที่ได้รับจาก Access Point (ซึ่ง Client ต้องคำนวนเวลาส่วนนี้อย่างแม่นยำ มิฉะนั้นอาจทำให้เกิดความผิดพลาดในการวัดผล)

T3 เป็น timestamp ที่ Wi-Fi Frame ออกเดินทางจาก Client

T4 เป็น timestamp ที่ Wi-Fi Frame เดินทางถึง Access Point

จากนั้น Access Point จะทำการส่ง Round-trip Measurement Frame โดยใช้เวลา T1 และ T4 ส่งไปยัง Client เพื่อให้ Client ทำการคำนวน เพื่อให้การคำนวนแม่นยำมากขึ้นอาจต้องตั้งเวลาให้ทำการส่ง Frame เพื่อคำนวนซ้ำๆ (Schedule periodic measurements) และทำ multi-measurement burst นั่นเองค่ะ

เพื่อความปลอดภัย location data ที่ถูกแลกเปลี่ยนระหว่าง Access Point กับ Client จะถูกเข้ารหัสด้วย WPA2 เมื่อ Client ทำการเกาะ Wi-Fi หรือทำการ Associated กับอุปกรณ์ Access Point นั่นเองค่ะ

ในการระบุตำแหน่งในแนว 2 มิติ ต้องใช้ Access Point ทั้งหมดอย่างน้อย 3 ตัวในการคำนวน ซึ่ง Access Point แต่ละตัวต้องทำการตั้งค่าพิกัด Latitude, Longitude, Civic address และความสูงในการติดตั้ง AP หากต้องการระบุตำแหน่งในแนว 3 มิติต้องใช้ Access Point อย่างน้อย 4 ตัวค่ะ

ปัจจัยอื่นๆ ที่ส่งผลความแม่นยำนอกเหนือไปจาก timestamp ที่กล่าวมาแล้วยังมี Channel bandwidth, Multipath และ Configuration ( ส่วนปัจจัยที่ว่ามานี้จะส่งผลอย่างไรก็ไม่ทราบเหมือนกันค่ะ white paper ไม่ได้บอกไว้ :p )

เป็นอย่างไรกันบ้างคะสำหรับมาตรฐานตัวใหม่นี้?

ในทัศนของผู้เขียนที่ค่อนข้างคลุกคลีอยู่กับแอปพลิเคชันด้าน Location-Based Service ในระดับหนึ่ง ในตอนแรกที่ได้ยินมาตรฐานตัวนี้ก็รู้สึกตื่นเต้นไม่น้อย เพราะว่าการมาของมันอาจเป็นตัวกระตุ้นการแข่งขันหรือบริการใหม่ๆ  ในตลาด แต่ได้พอได้อ่าน white paper (อ่านไปเอียงคอไป) แล้วกลับมีความรู้สึกว่า...

เอ๊ย แกร.... ชั้นว่ามันไม่ใช่!”

การที่อุปกรณ์ทุกชิ้นในเครือข่ายต้องแลกเปลี่ยนข้อมูลโดยอ้างอิง Time Source เดียวกันแทบจะเกิดขึ้นได้ใน Fixed Environment ที่อุปกรณ์ทุกชิ้นได้รับการตั้งค่าทางเครือข่ายมาจากแหล่งเดียวกันเท่านั้น

ลองนึกถึงห้างสรรพสินค้าหรือย่านคนพลุกพล่านที่เป็นผู้ใช้หลักของบริการ Indoor Positioning ที่มี operator มากมายให้บริการเครือข่าย Wi-Fi (แถมแต่ละร้านค้าก็มี Wi-Fi เป็นของตัวเอง) และมี device ร้อยพ่อพันแม่ต่างยี่ห้อเดินกันขวักไขว่... โจทย์คือเราจะทำอย่างไรให้อุปกรณ์ทุกเครื่องมีเวลาตรงกับ Access Point ในระดับ nanosecond และทุกเครื่องต้องเกาะ Wi-Fi ก่อนถึงจะใช้ feature ที่ว่ามานี้ได้อย่างปลอดภัยและแม่นยำ นี่แค่เริ่มใช้งานนะคะ เรายังไม่รู้วิธีที่จะนำข้อมูลพวกนี้ไปทำงานร่วมกับแอปพลิเคชันเลย  

ในขณะที่ Solution LBS ที่มีในท้องตลาดปัจจุบันขอแค่ Client ทำการ Probing ไปยัง Access Point ที่อยู่ใกล้เคียงก็จะได้รับบริการที่ว่ามานี้แล้ว แถมยังมี API และ Mobile SDK ให้ใช้อีกด้วย

ในทางปฏิบัติยังนึกไม่ออกว่ามาตรฐาน Wi-Fi Location ที่ว่ามานี้มันจะถูกนำไปใช้ได้จริงได้อย่างไร ในเมื่อ vendor หลักๆในท้องตลาดมี infrastructure, protocol หรือ solution ของตัวเองและใช้งานจริงในโลก commercial ได้แล้ว

แต่ถึงอย่างนั้นสำหรับผู้ที่สนใจ สามารถศึกษาเพิ่มเติมจาก white paper ของ Wi-Fi Alliance® ได้ค่ะ

Share this Article:

ADVERTISMENT