WiFi定位原理介紹.doc

精品文檔Wi-Fi實時定位系統(tǒng) 基于Wi-Fi的無線局域網(wǎng)實時定位系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS）結(jié)合無線局域網(wǎng)絡(WLAN)、射頻識別(RFID)和實時定位等多種技術，廣泛地應用在有無線局域網(wǎng)覆蓋的區(qū)域，實現(xiàn)復雜的人員定位、監(jiān)測和追蹤任務，并準確搜尋到目標對象，實現(xiàn)對人員和物品的實時定位和監(jiān)控管理。無線局域網(wǎng)（WLAN）介紹 無線局域網(wǎng)（WLAN，又稱Wi-Fi）是在不采用傳統(tǒng)電纜線的同時，提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，網(wǎng)絡所需的基礎設施不再埋在地下或隱藏在墻里，網(wǎng)絡卻能夠隨著你的需要移動或變化。 與有線網(wǎng)絡相比，WLAN最主要的優(yōu)勢在于不需布線，不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要。目前它已經(jīng)從傳統(tǒng)的醫(yī)療保健、庫存控制和管理服務等特殊行業(yè)向更多行業(yè)拓展，甚至開始進入家庭以及教育機構等領域。 無線局域網(wǎng)是基于國際IEEE 802.11標準。標準規(guī)定無線網(wǎng)絡發(fā)射功率不可超過100毫瓦，實際發(fā)射功率約6070毫瓦，手機的發(fā)射功率約200毫瓦至1瓦間，手持式對講機高達5瓦。無線網(wǎng)絡使用方式并非像手機直接接觸人體，對人體是安全的。 一般WLAN能覆蓋的范圍應視環(huán)境的開放與否而定。若不加外接天線，在視野所及之處約250米；若屬半開放性空間，有間隔的區(qū)域，則約3550米左右。加上外接天線，則距離可達更遠，這與天線增益值相關，需視用戶需求而定。 AP為Access Point簡稱，一般翻譯為“無線訪問節(jié)點”，或“橋接器”。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)絡的橋梁。有了AP，就像一般有線網(wǎng)絡的Hub一般，無線工作站可以快速且輕易地與網(wǎng)絡相連。工作原理 在覆蓋無線局域網(wǎng)的地方，佩戴在人員身上的定位卡或腕帶周期性地發(fā)出信號，無線局域網(wǎng)訪問點（AP）接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據(jù)信號的強弱或信號到達時差判斷出人員的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。 圖1. 基于無線局域網(wǎng)（Wi-Fi）的實時定位系統(tǒng)工作原理示意圖系統(tǒng)組成無線局域網(wǎng)實時定位系統(tǒng)構架如下圖所示： 圖2. RTLS系統(tǒng)架構圖 如上圖所示，無線局域網(wǎng)實時定位監(jiān)控系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS）主要由定位卡或腕帶（Wi-Fi Tag）、無線局域網(wǎng)接入點(AP：Access Point）)和后端監(jiān)控管理中心（Locating Server定位服務器）三部分組成。無線局域網(wǎng)接入點可以使用任何支持802.11b的產(chǎn)品。 1)定位卡或腕帶作為無線數(shù)據(jù)采集模塊佩戴在人員身上或物品上，系統(tǒng)通過對標簽的跟蹤實現(xiàn)對人員和資產(chǎn)的跟蹤定位?？梢愿鶕?jù)需要設計不同的外形，腕帶、胸卡等以適應不同需求。 2)AP采用2.4GHz頻段，支持802.11b/g模式，及時采集卡或腕帶的信息，傳輸?shù)胶蠖说谋O(jiān)控中心，對定位卡或腕帶進行控制管理。 3)安裝了定位服務器軟件系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心，主要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)分析處理。分析管理定位卡或腕帶數(shù)據(jù)，通過控制中心的電子地圖監(jiān)視并及時顯示各現(xiàn)場定位卡或腕帶的位置，數(shù)據(jù)可同時存入存儲數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控人員可以通過計算機訪問存儲服務器查詢?nèi)藛T或物品的實時位置信息，報警信息，及某段時間內(nèi)的移動軌跡等。網(wǎng)絡結(jié)構 基于定位的無線局域網(wǎng)絡有別于一般的通訊網(wǎng)絡，要求在任一位置點，均可以收到3個以上的AP信號。AP主要分為主通訊AP與定位AP，主通訊AP負責服務器與通訊AP之間的數(shù)據(jù)交換和傳輸，所有主通訊AP必須通過網(wǎng)線進行連接。定位AP，主要負責收集標簽信息，并將結(jié)果發(fā)送給指定服務器， 圖3. 無線局域網(wǎng)實時定位系統(tǒng)（Wi-Fi RTLS）網(wǎng)絡拓撲結(jié)構圖功能特點 定位系統(tǒng)基于Wi-Fi對無線局域網(wǎng)非常普及，價格便宜，容易搭建和管理；同時定位網(wǎng)絡還可用于上網(wǎng)、語音、視頻等其他用途； 實時的人員或物品跟蹤，隨時查找人員或物品所在位置，和在某時間段內(nèi)所經(jīng)過的路徑，并顯示線路軌跡； 區(qū)域監(jiān)控：可以設定區(qū)域范圍，監(jiān)控次區(qū)域內(nèi)人員或物品出入等情況，非許可人員或物品出入時，報警提示； 定位精度高，可達3-5M（視具體環(huán)境而定），準確掌握人員或物品所處位置； 超低功耗，標簽可以更換電池或充電，且對人體安全、無輻射損害； 可視化終端平臺，以電子地圖形式顯示人員或物品的位置和移動軌跡， 能通過傳感器監(jiān)測其周圍環(huán)境的溫度等信息，便于環(huán)境監(jiān)測和安全防范。定位算法介紹 Wi-Fi定位系統(tǒng)是基于標準的IEEE 802.11無線局域網(wǎng)（WLAN）。定位算法是基于接收到Wi-Fi信號的強度（RSSI）。在覆蓋無線局域網(wǎng)的地方，定位標簽周期性地發(fā)出信號，無線局域網(wǎng)訪問點（AP）接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據(jù)信號的強弱判斷出標簽距離AP的位置，通過標簽到至少3個AP的距離可以算出標簽的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。這是傳統(tǒng)的三角定位原理。 Wi-Fi無線信號經(jīng)過反射后才到達接收器，而不是一條徑直的路徑，這樣就給定位計算帶來了很大的誤差，這種現(xiàn)象叫多路徑。因為室內(nèi)空間的障礙物會造成多路徑干擾,導致訊號變化較大,所以傳統(tǒng)的三角定位法不適用於室內(nèi)環(huán)境。采用基于指紋識別（）的定位方法。在定位區(qū)域內(nèi)設置多個采樣點，將定位終端放在給個采樣點。場景規(guī)劃工具可以把定位終端發(fā)射的信號特征記錄下來，根據(jù)這些特征和不同位置的信號建立信號紋來指示定位終端的位置。利用信號紋和相對應的位置信息建立起數(shù)據(jù)庫后，定位系統(tǒng)根據(jù)實時收集到的信號特征，就能計算位置了。人體對標簽是有干擾的，定位系統(tǒng)采用歷史移動軌跡、增加定位器、修正信號突變等方法盡量在算法上降低干擾帶來的定位誤差。 定位精度與定位目標、環(huán)境和定位器鋪設密度有關，定物可以達到3米甚至更好，定位人時由于人體干擾，精度在5-10米的半徑范圍。定位精度是和定位器分布密度、環(huán)境、定位對象的干擾有關的，所以無線定位的精度不是一個絕對的數(shù)字。一般說，精度能達到3米5米，有時會10米甚至更差。我們也有應用能做到1.5米。定位器部署密度越高，定位精度越高。任何無線定位的技術，都會有定位誤差及不確定因素存在。我們建議實際應用中，考慮到無線定位的特性，通過軟件解決精度的不確定因素。定位中會出現(xiàn)跳動，這是由于定位位置處于幾個定位點中間。 定位頻率可以設置為1秒或以上。網(wǎng)頁刷新時間為秒。網(wǎng)絡傳輸也會耗費一定的時間，定位算法上為了避免人體對定位精度的干擾，在算法上做了特別調(diào)整，所以可能出現(xiàn)3-6秒的延時。 AP定位器 數(shù)量雖然會多，但是AP定位