CN101634700A - 无线网络中终端的定位方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网络中终端的定位方法和装置。该方法包括：获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度；根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据、以及所述获取的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取所述终端与所述至少三个AP的距离；根据所述终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位。通过使用本发明，使得在不同的无线网络环境下实现了对终端的准确定位。

Description

无线网络中终端的定位方法和装置

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种无线网络中终端的定位方法和装置。

背景技术

在无线网络中，无线信号在空间传播过程中随着传播距离的增大，会产生不同程度的衰减。

无线信号在自由空间传播，是指发射天线周围为无限大真空时的信号传播。信号在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。无线信号在自由空间中从发射端到接收端传播时，信号强度会按照如下公式(1)所示的规律进行衰减：

L_p(dB)＝20*log(f)+20*log(d)-27.6        (1)

上式中，f为信号发射频率，d为信号的传播距离，L_p为信号衰减量。

上述公式(1)中描述了无线信号在自由空间传播时信号衰减与传播距离之间的关系。根据公式(1)，在信号发射频率f已知(当射频为11a类型时，f的值为5300Hz；当射频类型为11b/g时，f的值为2400Hz)的情况下，如果先测得信号衰减量L_p，那么就可以求出距离d。

基于上述自由空间中信号衰减模型，可以获取发射端与接收端之间的距离。但自由空间只是一种理想环境，现实的无线网络系统环境中，存在不同密度的障碍物、信号干扰源等情况，导致无线信号传播产生漫反射、反射以及被吸收等情况，因此自由空间中的衰减模型并不适用现实环境，使用自由空间信号衰减模型求得的距离与实际距离存在很大的偏差。

现有技术中，提出了利用统计的方法研究现实环境中信号衰减的方法。例如通过对部署在某个特定建筑中的无线网络系统进行研究后，得到了室内环境衰减模型，其中的室内同楼层的衰减方程如公式(2)所示：

L_p(dB)＝20*log(f)+49*log(d)-56.6        (2)

根据这个方程，可以得到距离d的计算方法如公式(3)所示：

d＝10^{[Lp+56.6-20*log(f)]/49}            (3)

对于信号衰减量L_p，发射端和接收端之间的信号衰减量L_p的计算方法如公式(4)所示：

L_p＝P_t+G_t+G_r-P_r            (4)

其中：P_t为发射端的发射功率；G_t、G_r分别为发射天线和接收天线增益；Pr为接收端的接收功率，即RSSI(Received Signal Strength Intensity，接收信号强度)；

利用上述公式(4)，可以计算得到信号衰减量L_p；进而根据信号衰减量L_p，利用公式(3)可以计算得到距离d；在上述公式(3)中，射频类型为11a类型时，f的取值为5300Hz，射频类型为11b/g时，f的取值为2400Hz。

利用以上方法，分别计算出同一个发射端(终端)到三个接收端(AP)的距离。若接收端的具体位置已知，那么对于每一接收端，分别以接收端的位置为圆心、接收端与发射端的距离为半径作圆，三个圆的共同交点即为发射端的位置。

下面介绍两圆交点的求解方法。

假设第一个发射端的位置为(x₁，y₁)，与接收端的距离为d₁，则以(x₁，y₁)为圆心，d1为半径的圆方程为：

(x-x₁)²+(y-y₁)²＝d₁ ²                (5)

以(x₂，y₂)为圆心，d₂为半径的圆方程为：

(x-x₂)²+(y-y₂)²＝d₂ ²                (6)

解由(5)和(6)组成的方程组，若(x₁-x₂)²+(y₁-y₂)²＜(d₁+d₂)²，方程组有解，为：

$(a-b(\sqrt{e^2-f}-e),\sqrt{e^2-f}-e)$ 和 $(a-b(-\sqrt{e^2-f}-e),-\sqrt{e^2-f}-e)$

其中：a＝(d₂ ²-d₁ ²+x₁ ²+y₁ ²-x₂ ²-y₂ ²)/2(x₁-x₂)

      b＝(y₁-y₂)/(x₁-x₂)

      e＝(bx₁-ab-y₁)/(b²+1)

      e＝(a²+x₁ ²+y₁ ²-2ax₁-d₁ ²)/(b²+1)

以上即为一种以方程(3)为基础的完整三角定位方法。此种定位方法以方程(2)为基础，适用于室内同楼层的应用环境。

上述定位方法中存在的问题在于，该方法以方程(2)为理论基础，而方程(2)只是统计特定建筑的测量数据而建立的无线信号衰减方程，且只是通过统计得到，因此该方法若应用于其它环境，定位结果将会产生很大的偏差。其主要原在于，由于不同的环境相差很大，信号衰减模型也会有很大的不同。

发明内容

本发明提供一种无线网络中终端的定位方法和装置，用于在不同的无线网络环境下实现了对终端的准确定位。

本发明提供了一种无线网络中终端的定位方法，包括：

获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度；

根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据、以及所述获取的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取所述终端与所述至少三个AP的距离；

根据所述终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位。

其中，还包括：

在无线网络环境中的每一AP，对与其不同距离下终端发射的信号的信号接收强度进行测量，得到每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据并存储。

其中，所述根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据，获取所述终端与所述至少三个AP的距离，包括：

对于每一所述AP，将所述AP对于所述终端发射的信号的信号接收强度、与所述AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据进行比较，将实测数据中与所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度最接近的信号接收强度所对应的距离，作为所述终端与所述AP的距离。

其中，所述根据所述终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位，包括：

对于每一所述AP，以所述AP的位置为圆心、所述终端与所述AP的距离为半径构建圆方程；

获取所述至少三个圆方程的交点位置，即为所述终端的位置。

其中，所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值；和/或所述实测数据中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值。

本发明还提供了一种无线网络中终端的定位装置，包括：

信号接收强度获取单元，用于获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度；

距离获取单元，用于根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据，以及所述信号接收强度获取单元获取的所述至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取所述终端与所述至少三个AP的距离；

位置获取单元，用于根据所述距离获取单元获取的终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位。

其中，还包括：

实测数据存储单元，用于在无线网络环境中的每一AP，对与其不同距离下终端发射的信号的信号接收强度进行测量，得到每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据并进行存储。

其中，所述距离获取单元具体用于：

对于每一所述AP，将所述AP对于所述终端发射的信号的信号接收强度、与所述AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据进行比较，将实测数据中与所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度最接近的信号接收强度所对应的距离，作为所述终端与所述AP的距离。

其中，所述位置获取单元具体用于：

对于每一所述AP，以所述AP的位置为圆心、所述终端与所述AP的距离为半径构建圆方程；获取所述至少三个圆方程的交点位置，即为所述终端的位置。

其中，所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值；和/或所述实测数据中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

将预先测量得到的无线网络环境中各AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据作为标准，获取终端与各AP的距离，从而确定终端的位置。由于对于不同的无线网络环境，使用相应的实测数据作为获取距离的标准，因此可以在不同的无线网络环境下实现对终端的准确定位。

附图说明

图1是本发明中提供的无线网络中终端的定位方法流程图；

图2是本发明中使用的实测数据的配置文件示意图；

图3是本发明中提供的定位装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，对于每一无线网络环境，采用在该无线网络环境中AP对于不同距离的终端发射的信号的接收信号强度的实测数据作为参考标准，对处于该无线网络环境中的终端进行定位。与现有技术中将针对特定的网络环境获得的衰减模型应用于其他任意网络环境的定位方式相比，可以显著提高定位的准确性。

具体的，本发明提供了一种无线网络中终端的定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤s101、获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度；

步骤s102、根据预设的无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据、以及获取的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取终端与至少三个AP的距离；

步骤s103、根据终端与至少三个AP的距离、以及各AP的位置，对终端的位置进行定位。

现有技术中，以公式(2)和公式(3)为例，其通过统计性质的方法获取的信号衰减模型只适用于某一特定的网络环境，因此在应用于其他网络环境中对终端进行定位时将不可避免的产生定位误差。本发明提供的方法中，摒弃了此种将针对特定的网络环境获得的衰减模型应用于其他网络环境的方式，采用了一种与实测数据相结合的定位方式，利用实测数据进行终端位置的定位。

本发明中提供的定位方法中，在对特定的无线网络环境中的终端进行无线定位前，先对该无线网络环境进行实地测量，获得实测数据。实测数据的具体测量方法为：

对于无线网络环境中的每一AP，每隔一定距离则设置一终端或将同一终端与AP的距离不断进行变化，由AP对该终端发射的信号的接收信号强度进行测量，将测量结果即终端的RSSI与对应的距离进行记录，存储在配置文件中作为实测数据。该RSSI的值可以由AP上的测量软件或硬件直接读取得到。因为要覆盖整个应用场所，所以配置文件中的最远距离应为实际无线网络环境的最长距离。为了提高测量的准确性，可以在每一个距离处的AP发射的信号的接收信号强度进行多次测量，将测量结果进行平均后进行记录，存储在配置文件中。该配置文件可以作为实测数据在后续的流程中用于进行该无线网络环境中终端位置的定位。

本发明中提供的关于AP的配置文件的一种参考格式如图2所示，其中DISTANCE的单位为米(m)，表示测量点与AP的距离：RSSI为AP对于该距离处的终端发射的信号的接收信号强度，单位为dB。该配置文件中，所采用的距离的精度为1米，在实际应用中根据不同的应用需要，可以对距离的大小进行相应调整，从而得到相应的精度。

本发明的应用场景中，对终端位置进行定位的一个具体实例如下：

对于配置文件为图2所示内容对应的AP，获取AP对网络中待定位终端发射的信号的接收信号强度。具体的获取方法可以为：AP对终端发射的信号的接收信号强度进行测量；之后具有终端位置定位功能的装置(如网络侧服务器)从该AP中通过SNMP(Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议)命令等方式获取该AP对于该终端发射的信号的接收信号强度。对于每一AP，将该AP对于终端发射的信号的信号接收强度、与该AP的实测数据进行比较，将实测数据中与AP对于终端发射的信号的信号接收强度最接近的信号接收强度所对应的距离，作为终端与AP的距离。假设该AP测量得到的终端发射的信号的RSSI值为42dB，则根据图2所示的配置文件，可以确定该终端与该AP的距离为14米。假设该AP测量得到的终端发射的信号的RSSI值为46dB，则根据图2所示的配置文件，可以确定该终端与该AP的距离为11或12米，可以根据预先设定的标准进一步选择11米或12米为该终端与该AP的距离。

基于相似的方式，可以获得终端与该网络环境中至少3个AP的距离。由于各AP的具体位置已知，那么对于每一AP，分别以AP的位置为圆心、AP与终端的距离为半径作圆，三个圆的共同交点即为终端的位置。对于该步骤与现有技术中的定位方法相似，在此不进行重复描述。

本发明提供的上述方法中，将预先测量得到的无线网络环境中各AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据作为标准，获取终端与各AP的距离，从而确定终端的位置。由于对于不同的无线网络环境，实地测量应用环境的信号衰减规律，并使用相应的实测数据作为获取距离的标准，因此可以在不同的无线网络环境下缩小距离计算误差，提高定位的精确度，实现了对终端的准确定位。

本发明还提供了一种无线网络中终端的定位装置，其结构如图3所示，包括：

信号接收强度获取单元10，用于获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度。其中，AP对于终端发射的信号的信号接收强度可以为一次测量值，也可以出于提高测量准确性的考虑，进行多次测量以得到多次测量平均值。具体的，可以通过SNMP命令等方式要求AP上报测量得到的对于终端发射的信号的信号接收强度。

距离获取单元20，用于根据预设的无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据，以及信号接收强度获取单元10获取的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取终端与至少三个AP的距离。具体的，距离获取单元20用于：对于每一AP，将AP对于终端发射的信号的信号接收强度、与AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据进行比较，将实测数据中与AP对于终端发射的信号的信号接收强度最接近的信号接收强度所对应的距离，作为终端与AP的距离。

位置获取单元30，用于根据距离获取单元20获取的终端与至少三个AP的距离、以及各AP的位置，对终端的位置进行定位。具体的，位置获取单元30用于：对于每一AP，以AP的位置为圆心、终端与AP的距离为半径构建圆方程；获取至少三个圆方程的交点位置，即为终端的位置。

实测数据存储单元40，用于在无线网络环境中的每一AP，对与其不同距离下终端发射的信号的信号接收强度进行测量，得到每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据并进行存储。在后续的处理中，将存储的实测数据提供给距离获取单元20。实测数据中，每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度可以为一次测量平均值，也可以出于提高测量准确性的考虑，进行多次测量以得到多次测量平均值。

本发明提供的上述定位装置中，将预先测量得到的无线网络环境中各AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据作为标准，获取终端与各AP的距离，从而确定终端的位置。由于对于不同的无线网络环境，实地测量应用环境的信号衰减规律，并使用相应的实测数据作为获取距离的标准，因此可以在不同的无线网络环境下缩小了距离计算误差，提高了定位的精确度，实现了对终端的准确定位。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的单元可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

Claims (10)

1、一种无线网络中终端的定位方法，其特征在于，包括：

获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度；

根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据、以及所述获取的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取所述终端与所述至少三个AP的距离；

根据所述终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在无线网络环境中的每一AP，对与其不同距离下终端发射的信号的信号接收强度进行测量，得到每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据并存储。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据，获取所述终端与所述至少三个AP的距离，包括：

对于每一所述AP，将所述AP对于所述终端发射的信号的信号接收强度、与所述AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据进行比较，将实测数据中与所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度最接近的信号接收强度所对应的距离，作为所述终端与所述AP的距离。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位，包括：

对于每一所述AP，以所述AP的位置为圆心、所述终端与所述AP的距离为半径构建圆方程；

获取所述至少三个圆方程的交点位置，即为所述终端的位置。

5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值；和/或所述实测数据中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值。

6、一种无线网络中终端的定位装置，其特征在于，包括：

信号接收强度获取单元，用于获取无线网络环境中的至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度；

距离获取单元，用于根据预设的所述无线网络环境中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据，以及所述信号接收强度获取单元获取的所述至少三个AP对于终端发射的信号的信号接收强度，获取所述终端与所述至少三个AP的距离；

位置获取单元，用于根据所述距离获取单元获取的终端与所述至少三个AP的距离、以及各所述AP的位置，对所述终端的位置进行定位。

7、如权利要求6所述的定位装置，其特征在于，还包括：

实测数据存储单元，用于在无线网络环境中的每一AP，对与其不同距离下终端发射的信号的信号接收强度进行测量，得到每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据并进行存储。

8、如权利要求6所述的定位装置，其特征在于，所述距离获取单元具体用于：

对于每一所述AP，将所述AP对于所述终端发射的信号的信号接收强度、与所述AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度的实测数据进行比较，将实测数据中与所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度最接近的信号接收强度所对应的距离，作为所述终端与所述AP的距离。

9、如权利要求6所述的定位装置，其特征在于，所述位置获取单元具体用于：

对于每一所述AP，以所述AP的位置为圆心、所述终端与所述AP的距离为半径构建圆方程；获取所述至少三个圆方程的交点位置，即为所述终端的位置。

10、如权利要求6至9中任一项所述的定位装置，其特征在于，所述AP对于终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值；和/或所述实测数据中每一AP对于各距离下终端发射的信号的信号接收强度为多次测量平均值。

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