用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)、室內(nèi)定位、信息采集與處理技術、信號強度技術，尤其涉及一種用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術。無線局域網(wǎng)以其通信高速快捷、部署簡單方便的特點，得到廣泛的應用，室內(nèi)環(huán)境以及人們活動的熱點地區(qū)是無線局域網(wǎng)的主要應用場所。與室外定位相比，室內(nèi)定位要求的定位精度要高得多。此外，室內(nèi)空間中也存在許多的干擾因素，如各種墻體、隔斷、人或是各種家具陳設等都會對無線信號的傳輸造成影響，如無線信號的衰減、反射、散射和多徑效應等。這里提出一種應用于無線局域網(wǎng)的定位技術，主要是基于WIFI的無縫定位技術為企業(yè)級用戶解決無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡安全問題提供一條新的技術路線。WIFI不但可以為無線接入及數(shù)據(jù)提供傳輸功能，而且還可以用于室內(nèi)定位。WIFI網(wǎng)絡在無須增加額外硬件的基礎上，通過接入點來分析無線網(wǎng)絡設備信號強度或者信噪比來推斷目標物體的位置。
【專利說明】用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)、室內(nèi)定位、信息采集與處理技術、信號強度技術，尤其涉及一種用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術。
【背景技術】
[0002]隨著GPS無線網(wǎng)絡技術、移動通信和普及計算技術應用的不斷擴大和深入，基于感知位置的服務顯得越來越重要。全球定位系統(tǒng)是現(xiàn)階段運用的很成功和相當成熟的地位技術，雖然通過GPS可以提供接近全球的定位覆蓋范圍。但是，在室內(nèi)和高樓密布的城市由于GPS感測不到衛(wèi)星信號而無法定位，在復雜的室內(nèi)環(huán)境下應用最普遍的定位技術主要是傳感器技術，該技術通過預先部署的傳感器網(wǎng)絡，感知進入相關區(qū)域的物體，來完成物體的定位，典型的系統(tǒng)有紅外傳感定位系統(tǒng)、振動/聲音傳感定位系統(tǒng)等。傳感定位系統(tǒng)需要專門的設備和網(wǎng)絡支持，而且受限于傳感器的感知范圍和傳感網(wǎng)絡部署，無法完成準確定位和大范圍的定位服務覆蓋。
[0003]無線局域網(wǎng)定位技術是基于對無線信號強度的測量。在802.11標準中，無線網(wǎng)卡和AP都可以測量無線射頻信號的信號強度，即接收信號強度指示RSSI。無線網(wǎng)卡測量AP發(fā)送的信號幀的信號強度、AP測量無線網(wǎng)卡發(fā)出的信號幀的信號強度。通常AP的發(fā)射功率比無線網(wǎng)卡高，信號衰減比無線網(wǎng)卡穩(wěn)定，因此一般都采用前一種測量RSSI的方式。與室外定位相比,室內(nèi)定位對定位精度的要求比較高。此外,室內(nèi)空間中存在許多的干擾因素，如各種墻體、隔斷、人或是各種家具陳設等都會對無線信號的傳輸造成影響，如無線信號的衰減、反射、散射和多徑效應等。即使一個人站在固定的位置上，其方向為面向AP或是背對AP，信號強度也會有很大的差異。這些都增加了無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位的難度。
[0004]隨著“無線城市”概念的提出，許多國家和地區(qū)都提出了 WIFI網(wǎng)絡覆蓋計劃，并付諸實施。WIFI網(wǎng)絡覆蓋范圍的擴展也促進了集成WIFI接收模塊的終端的發(fā)展。無線AP只做簡單的信號采集工作，定位計算則由定位服務器來完成。基于負載均衡考慮，將響應位置請求的Web服務器和運行定位計算的定位服務器盡可能地獨立分開。客戶端即移動設備(如筆記本、智能手機等)主要用于采集周邊AP的無線信號強度，并向定位服務器提交信號特征，定位分析軟件將接收到的計算數(shù)據(jù)源——無線信號強度，與原先場地測試時電子地圖與位置信息建立的映射關系進行定位計算，從而獲得移動終端的位置估計。另外，由于WiFi的抗干擾能力強、具有良好的網(wǎng)絡穩(wěn)定性和高速以及高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍匦?，服務系統(tǒng)傳輸大量的信息提供了可靠的保證。再加之如今WiFi技術已是所有智能移動平臺的標配，利用廣泛普遍的WiFi系統(tǒng)來做定位是一項低成本且容易實現(xiàn)的技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1、所要解決的技術問題
目前的傳感定位系統(tǒng)需要專門的設備和網(wǎng)絡支持，而且受限于傳感器的感知范圍和傳感網(wǎng)絡部署，無法完成準確定位和大范圍的定位服務覆蓋。[0006]2、技術方案
為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術，包括:無線AP、定位分析軟件(定制)、Web服務器、定位服務器、數(shù)據(jù)庫服務器。無線AP只做簡單的信號采集工作，定位計算則由定位服務器來完成?；谪撦d均衡考慮，將響應位置請求的Web服務器和運行定位計算的定位服務器盡可能地獨立分開。客戶端即移動設備(如筆記本、智能手機等)主要用于采集周邊AP的無線信號強度，并向定位服務器提交信號特征，定位分析軟件將接收到的計算數(shù)據(jù)源——無線信號強度，與原先場地測試時電子地圖與位置信息建立的映射關系進行定位計算，從而獲得移動終端的位置估計。該方案包括離線分析和在線定位兩個階段離線分析階段主要進行室內(nèi)參考點選取、RSS閾值設定、RSS數(shù)據(jù)建庫以及無線AP位置估算；在線定位階段，根據(jù)用戶終端接收到的無線AP個數(shù)和RSS，選擇三角定位算法或指紋定位算法進行位置計算。
[0007]3、有益效果
無線局域網(wǎng)具有設備安裝快速、配置簡單、部署靈活、低成本、高擴展性等諸多優(yōu)點，近幾年來各大電信運營商的大力推廣普及，無線局域網(wǎng)已成為新一代高速無線接入網(wǎng)絡。由此，本文所介紹的基于wifi覆蓋網(wǎng)絡的無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位技術方法便具有如下優(yōu)點:
I定位精度高
無線局域網(wǎng)的室內(nèi)定位技術是基于無線AP的RSS分析,結合三角定位和指紋定位算法的優(yōu)勢進行混合室內(nèi)定位該方法包括離線分析和在線定位兩個階段離線分析階段主要進行室內(nèi)參考點選取RSS閾值設定RSS數(shù)據(jù)建庫和無線AP位置估算在線定位階段，根據(jù)用戶終端接收到的無線AP個數(shù)和RSS，選擇三角定位算法或指紋定位算法進行位置計算，根據(jù)不同的情況選擇不同的算法，由此產(chǎn)生較小誤差，提高精確度。
[0008]2網(wǎng)絡安全性能強
應用于無線局域網(wǎng)的WIFI網(wǎng)的無縫定位技術提供的連續(xù)位置服務功能，方便用戶進行定位與導航同時，也為實時監(jiān)測用戶的位置提供了可能性。只要用戶進入WIFI網(wǎng)信號區(qū)域時，并連接到WIFI網(wǎng)絡之后，采用必要的技術手段獲取用戶的位置信息，就可以對用戶的訪問行為進行實時監(jiān)控。如果配以必要的識別技術如RFID識別，在用戶進入WIFI網(wǎng)時進行身份識別。利用身份識別和位置監(jiān)測技術，可以形成一套基于位置信息的網(wǎng)絡安全解決方案，為無線網(wǎng)絡安全的監(jiān)管提供一條新的技術路線。
[0009]3網(wǎng)絡建設成本低
隨著無線網(wǎng)絡的發(fā)展，以及網(wǎng)絡運營商的競爭加強，在許多的公共場所建設了 wifi熱點，而且無線網(wǎng)絡越來越多的進入普通家庭生活中，wifi網(wǎng)的覆蓋面越來越大。WIFI網(wǎng)絡在不增加額外的硬件情況下，通過分析接入點相對于無線網(wǎng)絡設備信號強度或者信噪比來推斷目標物體的位置。客戶端使用或連接到一個接入點，此接入點提供最強的RSS信號?？蛻舳寺?，定期檢查信號強度，確定最佳的接入點。通過信號測量，可以得到客戶端的位置。依附原有的wifi網(wǎng)絡就可以實現(xiàn)定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1無線局域網(wǎng)定位系統(tǒng)【具體實施方式】
[0011]下面通過實施例來對本發(fā)明進行詳細說明。
[0012]實施例1
其工作方式如下:
1、參考點選取
參考點是指無線AP信號的測量和采集點在離線分析階段，首先將室內(nèi)區(qū)域劃分為若干網(wǎng)格，將各網(wǎng)格的中心視為參考點由于網(wǎng)格的大小將直接影響定位的計算復雜度和精度，可依據(jù)室內(nèi)障礙物人員密集程度等情況進行網(wǎng)格劃分，通常環(huán)境越復雜的區(qū)域網(wǎng)格越小
2、RSS閾值設定
三角定位和指紋定位算法分別適用于不同的無線AP信號環(huán)境，RSS閾值用于兩個算法的切換，提高室內(nèi)混合定位的有效性可依據(jù)室內(nèi)信號傳播模型和定位精度要求，計算室內(nèi)RSS 閾值 RSSthres。
[0013]3、RSS數(shù)據(jù)建庫
由于受散射折射障礙物等多種干擾因素的影響，無線AP信號采集時所得到的RSS數(shù)據(jù)具有不穩(wěn)定性在每個參考點上進行多次信號采集，計算各無線AP的RSS平均值并存入RSS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)記錄結構為(RefID, APMAC, AvgRSS7X, Y)，其中，RefID是參考點編號;APMAC是無線AP的介質(zhì)訪問控制地址；AvgRSS是無線AP的平均RSS值；X，Y分別是參考點的位置坐標
4、無線AP位置估算
信號采集完成后，對每一個無線AP選擇AvgRSS最大的3個參考點，利用3個參考點的位置，采用三角形質(zhì)心算法估算出各無線AP的位置，并存儲到RSS數(shù)據(jù)庫中。
[0014]5、用戶位置計算
當系統(tǒng)收到用戶終端發(fā)出的定位請求時，即進行在線定位，其過程描述如下
(1)用戶終端將接收到的多個無線AP信號發(fā)至定位模塊；
(2)定位模塊將接收到的多個無線AP的MAC地址分別與RSS數(shù)據(jù)庫對比，判斷這些無線AP的位置是否已知；
(3)若位置已知的無線AP至少有3個RSS值高于RSSthres，首先利用信號傳播模型分別計算出RSS值最高的3個無線AP與用戶終端的距離，然后，采用三角形質(zhì)心算法計算用戶終端位置并返回；
(4)若位置已知的無線AP不足3個或數(shù)量高于3個，但最多有2個RSS值高于RSSthres，則采用KNN定位算法計算用戶終端位置并返回。
【權利要求】
1.一種用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術，包括:無線AP、定位分析軟件(定制)、Web服務器、定位服務器、數(shù)據(jù)庫服務器。
2.如權利要求1所述的用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術，其特征在于:無線AP只做簡單的信號采集工作，定位計算則由定位服務器來完成。
3.如權利要求1-2所述的用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術，其特征在于:基于負載均衡考慮，將響應位置請求的Web服務器和運行定位計算的定位服務器盡可能地獨立分開。
4.如權利要求1-2所述的用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術，其特征在于:客戶端即移動設備(如筆記本、智能手機等)主要用于采集周邊AP的無線信號強度，并向定位服務器提交信號特征，定位分析軟件將接收到的計算數(shù)據(jù)源——無線信號強度，與原先場地測試時電子地圖與位置信息建立的映射關系進行定位計算，從而獲得移動終端的位置估計。
5.如權利要求1-2所述的用于室內(nèi)定位的無線局域網(wǎng)技術，其特征在于:該方案包括離線分析和在線定位兩個階段離線分析階段主要進行室內(nèi)參考點選取、RSS閾值設定、RSS數(shù)據(jù)建庫以及無線AP位置估算；在線定位階段，根據(jù)用戶終端接收到的無線AP個數(shù)和RSS，選擇三角定位算法或指紋定位算法進行位置計算。
【文檔編號】H04W64/00GK103841639SQ201310646769
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權日:2013年12月5日
【發(fā)明者】徐曉聲 申請人:鎮(zhèn)江高科科技信息咨詢有限公司