WiFi定位原理介绍

1/41Wi-Fi实时定位系统基于Wi-Fi的无线局域网实时定位系统（Wi-FiRTLS）结合无线局域网络(WLAN)、射频识别(RFID)和实时定位等多种技术，广泛地应用在有无线局域网覆盖的区域，实现复杂的人员定位、监测和追踪任务，并准确搜寻到目标对象，实现对人员和物品的实时定位和监控管理。无线局域网（WLAN）介绍无线局域网（WLAN，又称Wi-Fi）是在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不再埋在地下或隐藏在墙里，网络却能够随着你的需要移动或变化。与有线网络相比，WLAN最主要的优势在于不需布线，不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。无线局域网是基于国际IEEE802.11标准。标准规定无线网络发射功率不可超过100毫瓦，实际发射功率约60~70毫瓦，手机的发射功率约200毫瓦至1瓦间，手持式对讲机高达5瓦。无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，对人体是安全的。一般WLAN能覆盖的范围应视环境的开放与否而定。若不加外接天线，在视野所及之处约250米；若属半开放性空间，有间隔的区域，则约35~50米左右。加上外接天线，则距离可达更远，这与天线增益值相关，需视用户需求而定。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。工作原理2/41在覆盖无线局域网的地方，佩戴在人员身上的定位卡或腕带周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出人员的位置，并通过电子地图显示具体位置。图1.基于无线局域网（Wi-Fi）的实时定位系统工作原理示意图系统组成无线局域网实时定位系统构架如下图所示：3/41图2.RTLS系统架构图如上图所示，无线局域网实时定位监控系统（Wi-FiRTLS）主要由定位卡或腕带（Wi-FiTag）、无线局域网接入点(AP：AccessPoint）)和后端监控管理中心（（LocatingServer定位服务器）三部分组成。无线局域网接入点可以使用任何支持802.11b的产品。1)定位卡或腕带作为无线数据采集模块佩戴在人员身上或物品上，系统通过对标签的跟踪实现对人员和资产的跟踪定位。可以根据需要设计不同的外形，腕带、胸卡等以适应不同需求。2)AP采用2.4GHz频段，支持802.11b/g模式，及时采集卡或腕带的信息，传输到后端的监控中心，对定位卡或腕带进行控制管理。4/413)安装了定位服务器软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理。分析管理定位卡或腕带数据，通过控制中心的电子地图监视并及时显示各现场定位卡或腕带的位置，数据可同时存入存储数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员或物品的实时位置信息，报警信息，及某段时间内的移动轨迹等。网络结构基于定位的无线局域网络有别于一般的通讯网络，要求在任一位置点，均可以收到3个以上的AP信号。AP主要分为主通讯AP与定位AP，主通讯AP负责服务器与通讯AP之间的数据交换和传输，所有主通讯AP必须通过网线进行连接。定位AP，主要负责收集标签信息，并将结果发送给指定服务器，图3.无线局域网实时定位系统（Wi-FiRTLS）网络拓扑结构图功能特点5/41定位系统基于Wi-Fi对无线局域网非常普及，价格便宜，容易搭建和管理；同时定位网络还可用于上网、语音、视频等其他用途；实时的人员或物品跟踪，随时查找人员或物品所在位置，和在某时间段内所经过的路径，并显示线路轨迹；区域监控：可以设定区域范围，监控次区域内人员或物品出入等情况，非许可人员或物品出入时，报警提示；定位精度高，可达3-5M（视具体环境而定），准确掌握人员或物品所处位置；超低功耗，标签可以更换电池或充电，且对人体安全、无辐射损害；可视化终端平台，以电子地图形式显示人员或物品的位置和移动轨迹，能通过传感器监测其周围环境的温度等信息，便于环境监测和安全防范。定位算法介绍Wi-Fi定位系统是基于标准的IEEE802.11无线局域网（WLAN）。定位算法是基于接收到Wi-Fi信号的强度（RSSI）。在覆盖无线局域网的地方，定位标签周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱判断出标签距离AP的位置，通过标签到至少3个AP的距离可以算出标签的位置，并通过电子地图显示具体位置。这是传统的三角定位原理。Wi-Fi无线信号经过反射后才到达接收器，而不是一条径直的路径，这样就给定位计算带来了很大的误差，这种现象叫多路径。因为室内空间的障碍物会造成多路径干扰,导致讯号变化较大,所以传统的三角定位法不适用於室内环境。采用基于ＲＦ指纹识别（ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴＩＮＧ）的定位方法。在定位区域内设置多个采样点，将定位终端放在给个采样点。场景规划工具可以把定位终端发射的信号特征记录下来，根据这些特征和不同位置的信号建立信号6/41纹来指示定位终端的位置。利用信号纹和相对应的位置信息建立起数据库后，定位系统根据实时收集到的信号特征，就能计算位置了。人体对标签是有干扰的，定位系统采用历史移动轨迹、增加ＡＰ定位器、修正信号突变等方法尽量在算法上降低干扰带来的定位误差。定位精度与定位目标、环境和定位器铺设密度有关，定物可以达到3米甚至更好，定位人时由于人体干扰，精度在5-10米的半径范围。定位精度是和定位器分布密度、环境、定位对象的干扰有关的，所以无线定位的精度不是一个绝对的数字。一般说，精度能达到3米－5米，有时会10米甚至更差。我们也有应用能做到1.5米。定位器部署密度越高，定位精度越高。任何无线定位的技术，都会有定位误差及不确定因素存在。我们建议实际应用中，考虑到无线定位的特性，通过软件解决精度的不确定因素。定位中会出现跳动，这是由于定位位置处于几个定位点中间。定位频率可以设置为1秒或以上。网页刷新时间为１秒。网络传输也会耗费一定的时间，定位算法上为了避免人体对定位精度的干扰，在算法上做了特别调整，所以可能出现3-6秒的延时。AP定位器数量虽然会多，但是AP定位器的成本低，可以集中管理，可以通过POE方式供电。AP定位器无线发射功能可以禁止，所以大量AP定位器并没有产生任何无线信号，这和普通AP是不同的，不会造成无线干扰。