Введение
Глава 1 Анализ услуг и технологий дополненной реальности 21
1.1 Анализ областей применения приложений дополненной реальности 22
1.1.1 Медицина 23
1.1.1.1 Медицина в умных городах 25
1.1.1.2 Сканер вен 26
1.1.1.3 Виртуальное интерактивное присутствие 27
1.1.1.4 Офтальмология 29
1.1.2 Образование 31
1.1.2.1 Универсальное приложение Layar 32
1.1.2.2 Учебники дополненной реальности 34
1.1.2.3 Система обучения SMART 36
1.1.3 Строительство, архитектура и дизайн 38
1.1.3.1 Трехмерные модели зданий 39
1.1.3.2 Моделирование объектов 40
1.1.3.3 Приложение для наложения эскизов 42
1.1.4 Рекламный бизнес 44
1.1.4.1 Театры и кинотеатры 45
1.1.4.2 Прогноз погоды 46
1.1.4.3 Продукты 47
1.1.4.4 Торговля 48
1.1.5 Туризм 50
1.1.6 Экология 51
1.1.7 Ремонт техники 52
1.1.8 Аннотация и визуализация 53
1.1.9 Управление роботами 55
1.1.10 Игры и развлечения 55
1.1.11 Военная промышленность 58
1.1.12 Голографическое присутствие 59
1.2 Классификация приложений дополненной реальности 63
1.2.1 По типу представления информации 63
1.2.2 По способу распознавания объекта 65
1.2.3 По способу взаимодействия с пользователем 67
1.2.4 По типу мобильности 68
1.2.5 По целевому назначению услуги 69
1.2.6 По типу безопасности 73
1.2.7 По степени воздействия на окружающую среду 73
1.3 Устройства дополненной реальности 76
1.3.1 Проект Lightform 76
1.3.2 3D-камера SID 78
1.3.3 Камера Intel RealSense 3D 79
1.3.4. «Умные» контактные линзы 81
1.3.5 Очки дополненной реальности 84
1.3.6 Голографический смартфон 90
1.3 Обзор технологий передачи данных для приложений дополненной реальности 92
1.3.1 Обзор перспективных радиотехнологий дополненной реальности 94
1.3.1.1 Технологии RFID/NFC 95
1.3.1.2 Технология Bluetooth 97
1.3.1.3 Технология ZigBee 100
1.3.1.4 Технология Z-Wave 103
1.2.1.1 Технология Wi-Fi 106
1.2.1.2 Технологии LPWAN (LoRaWAN) 111
1.2.1.3 Технология LTE-M/ NB-IoT 114
1.2.1.4 Технология SigFox 117
1.2.1.5 Технология Weightless 119
1.2.2 Технологии спутниковой связи 121
1.2.2.1 Технология GPS 121
1.2.2.2 Технология ГЛОНАСС 123
1.2.3 Сети связи пятого поколения 5G/IMT-2020 124
Выводы по главе 1: 129
Глава 2 Анализ и разработка требований к сетям связи для предоставления услуг дополненной реальности 131
2.1. Анализ показателей качества восприятия для реализации услуг дополненной реальности 131
2.1.1. Качество восприятия в сетях связи 133
2.1.2. Анализ субъективных методов оценки качества передачи видеоизображений 139
2.1.2.1 Метод DSIS 143
2.1.2.2 Метод DSCQS 144
2.2.1.1 Метод SDSCE 146
2.1.2.1 Методы с одним источником воздействия (Single Stimulus) 147
2.1.2.2 Методы сравнения воздействия (Stimulus Comparison) 148
2.1.2.3 Метод SSCQE 149
2.1.2.4 Метод ACR 149
2.1.2.5 Метод DCR 151
2.2.1 Анализ взаимосвязи параметра Хёрста и субъективных оценок качества восприятия 151
2.2.1.1 Методы оценки параметра Хёрста 155
2.2.1.2 Расчёт параметра Хёрста 159
2.2.1.3 Метод оценки качества восприятия на основе параметра Хёрста и субъективных оценок 168
2.2.1.4 Метод оценки качества восприятия в системах дополненной реальности 177
2.3. Модель оценки QoE на основе распознавания эмоций 184
2.3.1 Четырехуровневая пользовательская модель для оценки видео 186
2.3.1.1 Уровень чувств 190
2.3.1.2 Уровень восприятия 190
2.3.1.3 Уровень эмоций 191
2.3.1.4 Уровень действия 192
2.3.1.5 Метрики для оценки качества восприятия 193
2.3.1.6 Структура экспериментального стенда 196
Выводы по главе 2: 200
Глава 3 Дополненная реальность. Модели 202
3.1. Модель услуги 203
3.1.1 Модель взаимодействия основных элементов 205
при предоставлении услуг ДР 205
3.1.2 Качество предоставления услуги ДР 207
3.2 Модель трафика ДР 208
3.2.1 Модель окружения пользователя 210
3.2.2 Секторальная модель окружения пользователя 214
3.2.3 Модель поведения (движения) пользователя 221
3.2.3.1 Модель услуги ДР для Умного города (или в очках ДР) 221
3.2.3.2 Модель восприятия пользователя 224
3.2.3.3 Модель предоставления услуги ДР 229
3.2.3.4 Моделирование движения пользователя услуги дополненной реальности 234
3.2.3.4.1 Постановка задачи 234
3.2.3.4.2 Модель данных 235
3.2.3.4.3 Модель пользователя 236
3.2.3.4.4 Метод выбора данных дополненной реальности 249
Выводы по главе 3 251
Глава 4 Распределение ресурсов сети при предоставлении услуг дополненной реальности 254
4.1 Структура реализации услуги 255
4.1.1 Модель услуги 258
4.2 Метод выбора структуры сети и параметров оборудования 263
4.2.1 Обработка данных об окружении 264
4.2.2 Формирование и обновление данных 266
4.3 Иерархическая структура предоставления услуг дополненной реальности для распределения нагрузки и данных 269
4.4 Метод выгрузки трафика приложений дополненной реальности в многоуровневой системе граничных вычислений 276
4.4.1 Структура системы AR/MM-MEC 276
4.4.2 Многопользовательские игры в условиях дополненной реальности. Система AR/MM-MEC 279
4.4.3 Потоковое видео с обзором в 360 градусов в системе AR/MM-MEC 281
4.4.4 Метод выгрузки трафика 283
4.4.4.1 Выгрузка на первый уровень 283
4.4.4.2 Выгрузка на первый уровень 285
4.4.4.3 Выгрузка на второй уровень 286
4.4.5 Моделирование и оценка эффективности предложенного метода 287
4.4.6 Анализ результатов моделирования 292
4.5 Исследование взаимодействия приложений дополненной реальности с облачными сервисами 1С 297
4.5.1 Архитектура сист емы 298
4.5.2 Модельная сеть для идентификации устройств ИВ с помощью ДР 299
4.5.3 Тестирование модельной сети 301
4.6 Применение дополненной реальности, БПЛА и SDN для приложений VANET 306
4.6.1 Модель сети VANET с приоритетным обслуживанием 307
4.6.2 Алгоритм управления дорожным движением 309
4.7 Исследование взаимодействия приложений дополненной реальности и методов управления БПЛА 313
4.7.1 Особенности передачи данных при управлении БПЛА 315
4.7.2 Исследование влияния качества восприятия в системах дополненной реальности на управление БПЛА 317
4.7.3 Проведение эксперимента по управлению БПЛА с помощью ДР и анализ полученных результатов 320
4.8 Типовая модель управления интернет вещами на базе технологии дополненной реальности 324
4.8.1 Классификация приложений ИВ для технологии ДР 325
4.8.2 Классификация устройств ИВ для реализации систем идентификации объектов 327
4.8.3 Примеры реализации ДР при управлении ИВ 328
4.8.3.1 Применение технологии ДР для мониторинга и контроля сетевого оборудования 328
4.8.3.2 Применение технологии ДР для мониторинга устройств ИВ в области сельского хозяйства 329
4.8.3.3 Применение технологии ДР для мониторинга сохранности музейных экспонатов 334
Выводы по главе 4 341
Глава 5 Исследование подходов к передаче мультимедиа контента для приложений дополненной реальности на базе беспроводной сенсорной сети 344
5.1 Исследование качества передачи изображения и речи поверх протокола ZigBee в режиме прозрачного канала 344
5.1.1 Схема лабораторного стенда для передачи изображения 345
5.1.2 Схема лабораторного стенда для передачи речи 347
5.1.3 Оценка параметров качества передачи изображения и речи поверх протокола ZigBee в режиме прозрачного канала 348
5.2 Экспериментальное исследование передачи мультимедиа контента для приложений дополненной реальности на базе беспроводной сенсорной сети 353
5.2.1 Взаимодействие элементов лабораторного стенда 353
5.2.2 Аппаратное обеспечение 355
5.2.3 Программное обеспечение 356
5.2.4 Сценарии экспериментального исследования 357
5.2.5 Сценарий 1 – влияние плотности сети на задержку для приложений ДР 358
5.2.6 Сценарий 2 – увеличение количества маршрутизаторов 359
5.2.7 Анализ результатов экспериментов 360
5.3 Экспериментальное исследование передачи мультимедиа контента для приложений дополненной реальности на базе беспроводной сети стандарта Wi Fi (IEEE 802.11) 362
5.3.1 Модель исследуемой сети 362
5.3.2 Результаты имитационных экспериментов 363
5.3.2.1. Зависимость пропускной способности от количества транзитов 363
5.3.2.2. Зависимость вероятности потерь от интенсивности трафика 366
5.4. Тестирование работы приложений дополненной реальности 370
5.4.1. Классификация приложений дополненной реальности для тестирования 371
5.4.2 Модель для тестирования приложений дополненной реальности 372
5.4.3 Сценарии тестирования приложений ДР 373
Выводы по главе 5 375
Заключение 376
Список сокращений и условных обозначений 379
Список литературы 383
Приложение А. Документы, подтверждающие внедрение основных результатов диссертационной работы 427
