CN102271397A

CN102271397A - 基于wifi网络的定位系统与方法

Info

Publication number: CN102271397A
Application number: CN2011102679225A
Authority: CN
Inventors: 金寿江; 姚楠
Original assignee: SHANGHAI JOYMAKE INTERNET OF THINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI JOYMAKE INTERNET OF THINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明涉及物联网技术领域，提供一种基于WIFI网络的定位系统，包含：标签，设置于需要定位的物品上；接收器，发出场强信号，该标签搜寻该场强信号，并发送出去；定位服务器，接收该标签发送的场强信号，并进行处理与计算，得到该标签的定位信息。本发明可以进行全范围、全覆盖、全路径定位，不但能够将移动标签定位到特定接收器位置点上，还可以根据特点的定位算法将标签定位在整个系统覆盖范围内的任意位置。相比目前应用较广泛的RFID技术，定位精度明显提高，在室内的定位精度可达到5米以内，并且不用大量增加AP的数量，显著降低了系统总成本。具有广阔的市场前景。

Description

基于WIFI网络的定位系统与方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别是涉及一种WIFI定位系统与方法。

背景技术

目前，在无线定位技术领域，多采用射频RFID技术，应用该定位技术时，仅能将移动标签定位到无线访问节点(Access Point，简称AP)或RFID触发器所在的固定位置点上，即实现点到点的定位，但不能精确定位到两个AP或AP与RFID触发器之间的任意位置，实现全范围、全覆盖、全路径定位。

目前，通用的定位方式是：由标签给接收器发送特定帧，由接收器(AP或者触发器)根据标签发射的信号场强判断标签在哪个接收器附近，不同的接收器接收到信号的时间不能同步。这种时间上的误差在参与定位运算的时候，将极大的影响定位效果，造成较大的定位误差。

目前，由于标签给接收器发送的是特定帧，定位标签(Tag)需要特定的触发器和特定的无线AP，不能使用通用的无线路由器定位，限制了宽带无线数据通信等技术在定位系统领域的扩展应用。

另外，采用RFID技术定位，对定位精度的提高依赖于AP或RFID触发器数量的增加，大幅提高了定位系统部署成本。同时，AP或RFID触发器距离过近也会带来信号干扰等技术难题，制约了定位精度的提高。

WIFI俗称无线宽带网，是目前无线IP传输的成熟技术，由于其具有传输距离远、带宽高、组网容易的特点，在各行各业中已被广泛使用。

随着WIFI网络在整个社会的普遍部署，很多单位都已经部署了WIFI网络，而在这样的单位，如果要实现无线定位，还需要另外部署RFID设备，这造成极大浪费，增加了投资成本和管理负担。

发明内容

为了克服现有技术缺陷，本发明提供一种基于WIFI网络的定位系统与方法，本发明的技术方案如下：

基于WIFI网络的定位系统，其特征在于，包含：

标签，设置于需要定位的物品上；

接收器，发出场强信号，该标签搜寻该场强信号，并发送出去；

定位服务器，接收该标签发送的场强信号，并进行处理与计算，得到该标签的定位信息。

如上的基于WIFI网络的定位系统，其特征在于，该标签为使用802.11b协议通信的标签。

基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤一：标签与接收器进行握手，并获得网内网络地址；

步骤二：标签扫描接收器所发出的场强；

步骤三：标签将扫描到的场强值发送到定位服务器；

步骤四：定位服务器获得标签的场强值并计算标签的位置。

如上的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤四定位服务器计算标签的位置的方法包含如下步骤：

步骤41：设定场强的初始阈值；

步骤42：获得定位的链接起点；

步骤43：获得场强指纹记录链表；

步骤44：处理场强指纹记录链表，获得场强指纹的加权坐标；

步骤45：建立第二场强指纹链表；

步骤46：获得标签定位信息。

如上的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤42获得定位的链接起点的方法为：当定位服务器接收到标签在线采集的场强信号后，信号中所包含的场强指纹数据和离线保存的场强指纹数据库中的某个记录的信号空间距离小于该初始阈值时，就将该在线采集到的场强指纹数据作为整个定位方法的链接起点。

如上的的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤43获得场强指纹记录链表的方法为：重复执行该步骤42，获得其它匹配的场强指纹数据，将所获得的链接起点及其它匹配的场强指纹数据保存下来，形成场强指纹记录链表。

如上的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤44处理场强指纹记录链表，获得场强指纹的加权坐标的方法为：

先根据信号空间距离大小对链表中的场强指纹进行排序；

然后采用加权算法，对各个指纹坐标求出加权坐标P1(x，y)。

如上的的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤45建立第二场强指纹链表的方法为：使用步骤43中的场强指纹记录链表中各个记录的坐标与步骤44计算得到的加权坐标进行空间直线距离计算，设定最大允许误差值D，直线距离和D进行比较，过滤掉偏大的场强指纹记录，得到符合要求的记录，这些记录形成第二场强指纹链表。

如上的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤46获得标签定位信息的方法包含：将第二场强指纹链表执行步骤44，得到第二加权坐标P2(x，y)。

如上的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤46获得标签定位信息的方法还包含：以一定的比例减小最大允许误差值D，重复执行步骤44和步骤45，直到加权坐标P(x，y)已经无法再过滤为止。

本发明的有益效果是：

1.定位精度高，实测室内定位精度达到5米以内。

2.可使用通用WIFI无线路由器进行定位，不需要特定的接收器，根据不同的定位要求范围，最少只需3个路由器就能实现精确定位，降低了系统部署成本。

3、标签寿命长，采用低功耗设计，设计寿命超过1年。

4、定位容量大：采用数据库对标签进行后台管理，最多可同时监控65536个标签。

附图说明

图1是本发明基于WIFI网络的定位系统的结构框图。

图2是本发明基于WIFI网络的定位方法的流程示意图。

图3为本发明定位服务器处理与计算定位信息的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1为本发明基于WIFI网络的定位系统的结构框图，本发明系统由如下部分组成：

标签101，设置于需要定位的任何物品上；

AP(接收器)102，发出场强信号，该标签101搜寻该场强信号，并发送出去；

定位服务器103，接收该标签101发送的场强信号，并进行处理与计算，得到标签的定位信息。

本发明使用标签监测AP信号，并使用场强差算法进行定位，由于使用标签搜寻附近场强信号，所以信号的时间同步问题获得了很好的解决。此外由于使用标签搜索接收器场强，接收器的发射功率远大于标签发射功率，所以可以获得更大信噪比信息，进一步提高定位精度。

本发明的标签使用802.11b协议通信，在标签中集成完整协议栈，因而不需要特定接收器，仅使用普通WIFI路由器就可进行定位。

图2为本发明基于WIFI网络的定位方法的具体流程图，本发明方法包含如下步骤：

步骤一：标签101与AP102进行握手，并获得网内ip(网络地址)；

步骤二：标签101扫描AP102发出的场强；

步骤三：标签101将扫描到的场强值发送到定位服务器103；

步骤四：定位服务器103获得标签101的场强值并计算标签103的位置。

本发明定位算法使用基于场强差和场强指纹识别相融合的算法，进一步提高定位精度。传统的RFID技术中，有用到的定位算法是基于概率的算法，基于概率的算法是一种基于不确定性的算法，它非常复杂。算法越复杂，涉及的参数越多，在产品中实施起来就越困难，其定位结果的不确定因素也就越多。本发明则创造性的采用基于确定性的匹配算法，用递归的动态过滤匹配，以最小的复杂度换取了较好的定位精度和准确度的性能提升。

图3为本发明定位服务器处理与计算定位信息的流程示意图。定位信息的计算方法包含如下步骤：

步骤41：设定场强的初始阈值。在匹配开始时，设定场强的初始阈值，在后面的各步骤中，根据这个阈值，比较出一定数量的参考场强指纹数据集。阈值的大小可以根据当前需要进行设定。

步骤42：获得定位的链接起点。当定位服务器103接收到标签101在线采集的场强信号后，信号中所包含的场强指纹数据和离线保存的场强指纹数据库中的某个记录的信号空间距离小于该初始阈值时，即为初步匹配成功，本发明就将该在线采集到的场强指纹数据作为整个定位方法的链接起点。然后重复执行步骤42，获得其它匹配的场强指纹数据。

步骤43：获得场强指纹记录链表。重复执行步骤42，将所获得的链接起点及其它匹配的场强指纹数据保存下来，形成场强指纹记录链表。这个过程持续到比较完所有记录，如果按照步骤41中设定的初始场强阈值无法匹配出足够多(至少3个以上比较合适)的记录，则需要动态加大阈值，然后重复步骤42。直到获得多个匹配成功的场强指纹记录链表为止。

步骤44：处理场强指纹记录链表，获得场强指纹的加权坐标。先根据信号空间距离大小对链表中的场强指纹进行排序。然后采用加权算法，对各个指纹坐标求出加权坐标P1(x，y)。

步骤45：建立第二场强指纹链表。使用步骤43中的场强指纹记录链表中的各个记录的坐标与步骤44计算得到的加权坐标进行空间直线距离计算。设定最大允许误差值D。直线距离和D进行比较，过滤掉偏大的场强指纹记录，得到符合要求的记录，这些记录形成第二场强指纹链表。

步骤46：获得标签定位信息。将第二场强指纹链表执行步骤44，得到第二加权坐标P2(x，y)。以一定的比例减小最大允许误差值D，重复执行步骤44和步骤45，直到加权坐标P(x，y)已经无法再过滤为止。加权坐标P(x，y)即为最终的定位结果。也就是定位服务器103处理与计算得到标签的定位信息。

本发明基于WIFI网络的定位系统，可以进行全范围、全覆盖、全路径定位，不但能够将移动标签定位到特定接收器位置点上，还可以根据特点的定位算法将标签定位在整个系统覆盖范围内的任意位置。相比目前应用较广泛的RFID技术，定位精度明显提高，在室内的定位精度可达到5米以内，并且不用大量增加AP的数量，显著降低了系统总成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.基于WIFI网络的定位系统，其特征在于，包含：

标签，设置于需要定位的物品上；

2.如权利要求1所述的基于WIFI网络的定位系统，其特征在于，该标签为使用802.11b协议通信的标签。

3.基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤一：标签与接收器进行握手，并获得网内网络地址；

步骤二：标签扫描接收器所发出的场强；

步骤三：标签将扫描到的场强值发送到定位服务器；

步骤四：定位服务器获得标签的场强值并计算标签的位置。

4.如权利要求3的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤四定位服务器计算标签的位置的方法包含如下步骤：

步骤41：设定场强的初始阈值；

步骤42：获得定位的链接起点；

步骤43：获得场强指纹记录链表；

步骤45：建立第二场强指纹链表；

步骤46：获得标签定位信息。

5.如权利要求4的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤42获得定位的链接起点的方法为：当定位服务器接收到标签在线采集的场强信号后，信号中所包含的场强指纹数据和离线保存的场强指纹数据库中的某个记录的信号空间距离小于该初始阈值时，就将该在线采集到的场强指纹数据作为整个定位方法的链接起点。

6.如权利要求5的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤43获得场强指纹记录链表的方法为：重复执行该步骤42，获得其它匹配的场强指纹数据，将所获得的链接起点及其它匹配的场强指纹数据保存下来，形成场强指纹记录链表。

7.如权利要求6的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤44处理场强指纹记录链表，获得场强指纹的加权坐标的方法为：

先根据信号空间距离大小对链表中的场强指纹进行排序；

然后采用加权算法，对各个指纹坐标求出加权坐标P1(x，y)。

8.如权利要求7的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤45建立第二场强指纹链表的方法为：使用步骤43中的场强指纹记录链表中各个记录的坐标与步骤44计算得到的加权坐标进行空间直线距离计算，设定最大允许误差值D，直线距离和D进行比较，过滤掉偏大的场强指纹记录，得到符合要求的记录，这些记录形成第二场强指纹链表。

9.如权利要求8的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤46获得标签定位信息的方法包含：将第二场强指纹链表执行步骤44，得到第二加权坐标P2(x，y)。

10.如权利要求9的基于WIFI网络的定位方法，其特征在于，该步骤46获得标签定位信息的方法还包含：以一定的比例减小最大允许误差值D，重复执行步骤44和步骤45，直到加权坐标P(x，y)已经无法再过滤为止。