CN102857858A - 一种无线定位信息装置 - Google Patents

Abstract

一种无线定位信息装置，包括符合802.11协议信标帧广播方式的只需发射不需接收的半工无线局域网接入点、一个存储器和一个太阳能电池，太阳能电池与无线局域网接入点的电源接入端连接，存储器中设置有标签信息，存储器通过处理器与无线信号发射器连接。利用无线局域网接入点广播已知地理位置的标签信息，使用者利用通用的WiFi手持装置进入半工无线局域网接入点的信号覆范围后，即可得到位置以及其他相关信息，无需架设完整的地面网络，采取最基本的WiFi接入点单向发射界面就可提供位置相关内容信息服务，系统相对便宜，位置信息标签的有效范围能够被规划调整。采用了太阳能电池为接入点提供电源，可不依赖于电力线的供电。

Description

一种无线定位信息装置

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及无线电子通信技术，特别是一种无线定位信息装置。

背景技术

现有技术中，无线定位技术可分成三大类，第一类是利用连接到网路的RFID读头在网路中所连接的接入点（AP Access Point）的位置来对该RFID读头的位置定位，再利用定位好的RFID读头对RFID标签做第二次的定位。第二类是不利用网路接入点位置的位置定位，而是在RFID读头加入GPS或者其他的无线定位装置直接对RFID读头定位，再利用定位好的RFID读头来对RFID标签做第二次定位。上述的两类均是先把读头定位，再利用定好位置的读头对RFID标签的位置进行第二次定位。第三类是先固定标签的位置，再让使用者利用特殊RFID读头读取定位好的RFID标签，从而找出自己在哪一个标签位置的范围内。上述三类无线定位系统广泛应用在位置信息服务中，例如用来提供展览馆中展示区间的位置信息，或者进一步提供展览馆中某一内容或展品的标示，也经常被应用在仓储物件的位置管理等。

在第一类的定位技术中，利用读头在已知网路中的接入位置来定出标签的位置，像是IP based RFID定位系统，使用现成的WiFi网络，以WiFi接入点的位置对WiFi RFID读头定位；不利用WiFi而采用有线网络连接RFID读头也一样能定出读头的位置，只是在有限网路里面RFID读头的活动性比连接到WiFi网路低；当然也可以另外架设特殊的定位网络对RFID读头进行定位的系统。但是利用现有的WiFi网路还是要开发特殊的WiFi RFID读头，还是需要一笔可观的投资，至于特殊的射频定位网络，那就更贵了，并且在运营中，使用人都需要特殊的RFID设备，没有办法在一般通用的手持设备或者笔记本电脑来获取所需要的位置信息服务。

在第二类的定位技术中在读头里面增加了专属的特殊定位技术的装置，产生了相容性和可携性的问题，并且增加了定位装置的硬件成本。

第一类中的IP based RFID定位系统虽然可以利用现有的WiFi网路和现有的WiFi客户端进行定位，但是只有对已经有WiFi无线网路的地方适用，对于原来没有WiFi网路，尤其是野外或者区域广大的定位范围，需要以较高的投资来架设一个完整的WiFi网络。

第三类的定位技术中，让使用者以特殊的RFID读头来读取RFID标签以及相关的内容资料，但是，这类特殊的RFID读头的成本非常高，还必须经常更新特殊的RFID读头上的内容服务软件，因此会造成服务提供者的管理困难，加上使用者必须自己走到RFID标签去读取RFID标签，造成使用者相当的不便，在大范围实施时，不但增加使用者许多不必要的走动时间，甚至可能找不到相关位置信息的RFID标签，让使用者得不到应有的信息。

除了以上的问题以外，现有的无线定位系统都需要电力线供电或者需要经常更换电池，也都会造成困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线定位信息装置，所述的这种无线定位信息装置要解决现有技术中无线定位技术硬件投资大、相容性和可携性差、管理不便、供电困难的技术问题。

本发明的这种无线定位信息装置包括至少一个半工无线局域网接入点，其中，所述的半工无线局域网接入点中均包含有一个无线信号发射器、一个存储器,所述的存储器中设置有标签信息，存储器通过处理器与所述的无线信号发射器连接，在半工无线局域网接入点发送信标帧广播信号时，无线信号发射器将所储存的标签信息放在信标帧广播信号中的SSID发送出去。

进一步的，所述的任意一个半工无线局域网接入点的信标帧广播信号均符合IEEE 802.11协议。

进一步的，包括一个太阳能电池，所述的太阳能电池与半工无线局域网接入点的电源接入端连接。

进一步的，所述的半工无线局域网接入点的信标帧广播信号的时间间隔随着所述的太阳能电池内部剩下的电力容量而改变，电力剩余越少，间隔时间越长。

进一步的，通过调整所述的无线信号发射器的发射功率来改变无线局域网客户端的接收范围，以调整定位精度。

进一步的，所述的存储器中进一步储存其他几组附加辅助资料，经由无线信号发射器在在一个以上数目的802.11信标帧广播信号中以非IP地址形式发送出去。

进一步的，在电池电力大于或者等于80％电池容量时，所述的半工无线局域网接入点每隔500毫秒发射一次SSID，在电池电力小于80％并大于或者等于60％电池容量时，半工无线局域网接入点每隔1秒发射一次SSID，在电池电力小于60％并大于或者等于40％电池容量时，半工无线局域网接入点每隔2秒发射一次SSID，在电池电力小于40％电池容量时，半工无线局域网接入点每隔5秒发射一次SSID。

进一步的，半工无线局域网接入点中设置有一个接收模块，在发射信标帧广播信号前，先侦测是否存在其他802.11装置的发射信号，在未侦测到其它802.11装置的发射信号时，再发送SSID广播信号。

进一步的，所述的存储器是标准的安全卡或者微安全卡。

进一步的，所述的处理器有一个USB接口，通过USB接口下载资料到存储器。

本发明的工作原理是：IEEE 802.11的第一个版本发表于1997年，定义了介质访问接入控制层（MAC层）和物理层。其中物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接（ad hoc）的方式进行，也可以在基站（Base Station，）或者访问点（Access Poin）的协调下进行。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。IEEE 802.11协议实现了无线保真通讯（Wireless Fidelity，简称WiFi）。

采用WiFi技术部署局域网（LAN），可让客户端设备无需使用电线，通常可降网络部署和扩充的成本。许多不能架设电缆的空间，如户外区和历史建筑，可采用无线局域网。WiFi已经成为企业普遍的基础设施，任何Wi Fi标准设备在世界上任何地方可无差异的工作。

WiFi网络的基本组成有站点（Station）、基本服务单元（Basic Service Set、分配系统（Distribution System）和接入点（Access Point）。，网络最基本的组成部分。基本服务单元是无线网络最基本的服务单元。最简单的服务单元可以只由两个站点组成。站点可以动态的联结（associate）到基本服务单元中。分配系统用于连接不同的基本服务单元。分配系统使用的媒介（Medium）逻辑上和基本服务单元使用的媒介是截然分开的，尽管它们物理上可能会是同一个媒介，例如同一个无线频段。接入点既有普通站点的身份，又有接入到分配系统的功能。

无线局域网非常容易被发现，为了能够使用户发现无线网络的存在，网络发送有特定参数的信标帧(beacon frame)。接入点每隔一段时间就将服务识别号SSID（Service Set Identifier）经由信标帧分组广播一次，默认的间隔时间是100ms，信标帧分组的传输速率是1 Mbit/s，并且长度相当的短，所以这个广播动作对网络性能的影响不大。标准的WiFi规定的最低传输速率是1 Mbit/s，用以确保所有的Wi-Fi 客户端端都能收到这个SSID广播分组，客户端可以借此决定是否要和这一个SSID的AP连接。用户可以设置要连接到哪一个SSID。WiFi系统总是对客户端开放其连接标准，并支持漫游。发明利用WiFi 的这个特性，将存储器中设置的标签信息由WiFi 标准的信标帧（beacon frame）间隔广播，无线局域网客户端在收到标签信息后即可以确认处于哪一个接入点的信号覆盖区域内，从而实现无线定位。本专利只需要客户端发现标签就能够实现定位的功能，只要标签是采取标准协议发送信标帧，客户端就能发现标签，所以标签并不需要具备接受能力。太阳能电池为接入点提供电源，使其不依赖于电力线的供电。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明利用无线局域网接入点广播已知地理位置的标签信息，在无线局域网客户端进入无线局域网接入点的信号覆范围后，收到标签信息后即可以确认处于哪一个接入点的信号覆盖区域内，从而实现无线定位。使用者利用通用的WiFi手持装置或者笔记本电脑均可得到位置信息，不需要架设完整的地面网络，只采取最基本的WiFi接入点的发射界面，不需要接收客户端信号的能力，就可提供位置相关内容信息服务，系统相对便宜，又能让位置信息标签的有效范围能够被规划调整，弹性规划位置标签的服务范围，本发明又采用了太阳能电池为接入点提供电源，使其不依赖于电力线的供电。

附图说明

图1是本发明的无线定位信息装置的一个原理示意图。

图2是本发明的无线定位信息装置的另一个原理示意图。

图3是本发明的无线定位信息装置的一个实施例的示意图。

图4. 是本发明的无线定位信息装置的一个带有接收能力的实施例的示意图。

具体实施方式

实施例1:

如图1所示，本发明的无线定位信息装置，包括至少一个半工半工无线局域网接入点1，其中，所述的半工半工无线局域网接入点1中均包含有一个无线信号发射器11、一个存储器12, 一个处理器14，所述的存储器12中设置有标签信息，存储器12通过处理器14与所述的无线信号发射器11连接，在半工半工无线局域网接入点1发送信标帧广播信号时，无线信号发射器11将所储存的标签信息放在信标帧广播信号中的SSID发送出去。

进一步的，所述的数位广播方式是采取IEEE 802.11协议，俗称WiFi的方式，即所述的处理器通过无线信号发射器11将所储存的标签信息放在802.11协议信标帧广播的SSID(service set identifier) 服务识别号中广播出去，因为SSID广播可能冲撞到正常的资料通信，所以优选的把SSID广播间隔调整成默认值的五倍以上，对正常无线网络的资料通信，几乎不造成影响；万一资料通信的品质有被影响是，可以适当的再延长信标帧的广播间隔。

无线广播信标帧是802.11协议的一种正常2层帧（默认100ms发送一次），一般接入者不需要任何凭证即能合法获得，其中包含该WLAN的SSID   服务识别号的名称字段。

SSID是802.11 无线网路的专有名词，每一个客户端WiFi设备都会接收接入点发送出来的SSID，SSID 可以到32 字符长度。SSID是要显示给使用者看得，所以通常SSID是以人类可以阅读的形式存在的。但是802.11的标准并没有规定一定要是人类可阅读的字符形式，只要是2到32个的八位元字符，都可以作为SSID。

存储器12中设置的标签信息，就是按照WiFi的标准，以SSID的形式送出去的。

进一步的，储存器12是一个可以取出来修改内容的装置，例如采用标准的安全卡(SD card)或者微安全卡(micro SD card)，优选的的是微安全卡(micro SD card)，维护人员只要把旧的微安全卡取出，换成新的微安全卡就能更新标签内容。

进一步的，处理器14有USB界面，通过处理器14的USB界面修改储存器12中的内容，当系统设计成采用USB界面修改储存器内容时，储存器可以是在处理器中内含的记忆体，可以是PCB上的闪存，也可以是前述的可以取出来的记忆装置，维护人员或者把旧标签回收，换成新标签，旧标签回收后再一一更新内容，或者可以带着有USB界面的USB主机装置（host device），当场更新标签内容。

进一步的，通过调整所述的无线信号发射器11的发射功率来改变无线局域网客户端的接收范围，以调整定位精度。

进一步的，所述的存储器12中进一步储存其他几组附加资料，经由无线信号发射器11在802.11信标帧广播信号中以多组SSID发送出去。

在本发明的一个实施例中，任意一个进入半工无线局域网接入点1的无线发射信号有效范围内的无线局域网客户端2，均可接收到半工无线局域网接入点1的广播信号，客户端2收到半工无线局域网接入点1的广播信标帧就能得到SSID中的标签辨识号码，从而知道是在哪一些标签的覆盖范围内，客户端2比不需要连接到无线局域网里去，因此，半工无线局域网接入点1不许具备接收能力就能完成发送位置信息到客户端的工作。虽然所述的半工无线局域网接入点1只需发射广播信标帧，不需要接收能力就能达到位置标签的功能，但是如果采用有收发能力的全功能芯片来实现本发明的半工接入点，是会浪费芯片的无线接收能力，但是整体成本并不会贵多少，为了强调本发明只需要发射界面就能实现位置标签功能，所以称位置标签为半工的无线局域网接入点，表示只需要发射界面，不需要接收能力就能达到本发明的目的。

所述的半工无线局域网接入点1符合IEEE 802.11协议，任意一个符合IEEE 802.11协议的无线局域网客户端2均可经由半工无线局域网接入点1发送的信标帧广播信号来发现此位置标签。

所述的无线局域网客户端2可以是手持无线装置，也可以是笔记本电脑。

实施例2:

图2所示，在图1的半工无线局域网接入点1中加入了太阳能电池13，太阳能电池13的输出和原来图1的半工无线局域网接入点1的电源输入相连接，这样在广大的实施范围内，不需要拉电力线，也不需要特殊维护，就能靠太阳能供电来长期提供位置信息服务。

中国大部分的地方，不追日的太阳能系统在最佳仰角状况都还可以有全年每天四小时的平均日照，连同江市的这样靠北边的地方，在每年12月份还有3.6小时的平均日照。所以配合适当的太阳能电池13后不需要电力线，就能维持半工无线局域网接入点1的持续工作。

半工无线局域网接入点1放在适当的地方，当用户走到附近时，无线局域网客户端2就会收到射频信号，接受的范围是可以经由调整设定发射功率来改变的，功率越高，范围越大，所以当电池电力不足时，可以将WiFi发射功率变小，可以使服务时间延长，等待下一次光能充电的机会。

由于改变发射功率会影响标签服务覆盖范围，所以电量不足时降低发射功率并不是最好的方法，优选的，所述的半工无线局域网接入点1的信标帧广播信号的时间间隔随着所述的太阳能电池13内部剩下的电力容量而改变，电力剩余越少，间隔时间越长，但是发射功率不会随电池所剩下的电量而改变。

进一步的，在电池电力大于或者等于80％电池充满容量时，所述的半工无线局域网接入点1每隔500毫秒发射一次SSID，在电池电力小于80％并大于或者等于60％电池容量时，半工无线局域网接入点1每隔1秒发射一次SSID，在电池电力小于60％并大于或者等于40％电池容量时，半工无线局域网接入点1每隔2秒发射一次SSID，在电池电力小于40％电池容量时，半工无线局域网接入点1每隔5秒发射一次SSID。SSID由一次广播到下一次广播之间，WiFi AP进入睡眠模式以节省电力。802.11默认的SSID广播间隔是100毫秒，在此采500毫秒作为起始的也是最短的时间间隔，比标准的默认间隔长五倍，这样标签广告信号对正式的802.11资料通信就干扰非常小了。

太阳能电池的电力规划成为大约以充电一天能储能应付正常满载三天电力，如此可以用来支持三天阴雨不出太阳状况下，还能保持一定的电力正常工作，电池放电放光会缩短电池寿命，但是照着上面的做法，电力剩下一半时，发射间隔时间就开始延长，所以后面的耗电量要比正常满载的耗电低，三天不充电，还能留下相当的电量，这样可以使电池寿命更长。

图3所示的实施例中包括有三个半工无线局域网接入点1和两个无线局域网客户端2，三个半工无线局域网接入点1的物理位置已知，并安装服务软件到两个无线局域网客户端2中，任意一个半工无线局域网接入点1中的无线信号发射器11均各自有一个信号覆盖范围15,如前所述可以经由调整发射器11的发射功率来改变信号覆盖范围15的大小，功率越高，范围越大。

具体的，半工无线局域网接入点1放在适当的地方，当用户走到附近时，用户手持的无线局域网客户端2就会收到射频信号，接受的范围可以通过调整无线信号发射器11的发射功率来改变，功率越高，范围越大，市售的WiFi芯片，在符合国家发射功率的状况下，在空旷的地方大约能有，最大的范围的半径能达到200米，但是为了考虑生产时每个单件的变异性，最好选择不要超过100米的半径作为系统规划的规格。

半工无线局域网接入点1可以安置到物品上面或者内部，当物品被搬移时，半工无线局域网接入点1跟着移动，无线局域网客户端2走到该物品的标签信息射频发射覆盖范围15内时，无线局域网客户端2就能发现半工无线局域网接入点1的SSID广播，客户端软件就能由SSID识别信息执行反应相关的服务信息。

无线信号发射器11并不需要包含接收WiFi信号的能力，如果买不到只有发射能力的WiFi 射频元件，只好采用现成的双向元件来实现本专利的标签能力。如图4所示，当采用收发能力的全功能芯片来实现本发明的接入点时，系统中增加了一个WiFi接收模块16，无线信号发射器11发送802.11信标帧播前，WiFi接收模块16先侦测有无其他802.11设备的通信信号，等到没有其他通信设备的通信信号时再发射，这样可以减低信号冲撞的机率。

在WiFi标准中，只要是同一个网路中的一个扩展服务集ESS的一部分，即使多个AP共用相同的SSID也是一种合法的使用方式。

WiFi标准中并没有规定一个半工无线局域网接入点1只能使用一个SSID，所以对某些的应用需求，可以设计发送多个SSID，系统可以经由半工无线局域网接入点1提供除了位置以外的其他信息资料，举例说明：第一个SSID作为标签的识别字串标示出某一餐饮连锁服务识别名称，其他的SSID作为地址或者时间相关的产品或者折扣信息，也就是同一个识别字串，对应不同的地点有不同的折扣，对应不同时间的也有不同的折扣，还可以发出赠品信息等等，客户端WiFi手机根据基地台或者GPS的地理信息，配合上述由半工地理标签接收到的地理折扣信息和时间折扣信息显示最终的折扣广告吸引客户上门，例如某餐饮连锁用本发明的标签发送识别信息，只要有配置这客户端软件的WiFi手机进入到覆盖范围15之内时，餐饮连锁的折扣广告就自动会跳出来招揽客源，该餐厅连锁上海市虹桥店的早餐八折，该餐饮连锁的浦东某分店晚上10点以后咖啡五折优待，这些地点时间相关的折扣信息就放在多组SSID中发送，其他举例像是根据时间和地点发出不同的展览资讯或者环境介绍等等，这么一来经过已经下载好的客户端软件，不经过时时连线，就能根据这些标签资料来显示不同的服务内容。

现有技术中，作为无线局域网客户端2的手持装置很多，像是iPhone、WiFi电子书和笔记本电脑都能作为半工无线局域网客户端2。

相关的服务信息可以在事前经由因特网或者手机网络下载，不管是展览信息或者是物品信息都在下载的应用软件、文档、图档、视频当中，应用软件能按照接收到的WiFi SSID信息来提供相关的资料。

如果是在架设有标准WiFi网络的区域，也可以利用WiFi网络时时连线加上参考标签的位置信息来时时提供位置相关的服务信息。

如果是WiFi手机，当然也可以利用手机网络时时连线加上参考标签的位置信息来时时提供位置相关的服务信息。

以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本发明精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种无线定位信息装置，包括至少一个半工无线局域网接入点，其特征在于：所述的半工无线局域网接入点中均包含有一个无线信号发射器、一个存储器,所述的存储器中设置有标签识别信息，存储器通过处理器与所述的无线信号发射器连接，在半工无线局域网接入点发送信标帧广播信号时，无线信号发射器将所储存的标签识别信息放在信标帧广播信号中的SSID发送出去。

2.如权利要求1所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：所述的任意一个半工无线局域网接入点的信标帧广播信号均符合IEEE 802.11协议。

3.如权利要求2所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：包括一个太阳能电池，所述的太阳能电池与半工无线局域网接入点的电源接入端连接。

4.如权利要求3所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：所述的半工无线局域网接入点的信标帧广播信号的时间间隔随着所述的太阳能电池内部剩下的电力容量而改变，当电力剩余越少时，间隔时间就变得越长。

5.如权利要求1所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：通过调整所述的无线信号发射器的发射功率来改变无线局域网客户端的接收范围，以调整定位精度。

6.如权利要求1或者5一种所述的无线定位信息装置，其特征在于：所述的存储器中进一步储存辅助资料，经由无线信号发射器在802.11信标帧广播信号中在一个以上数目的SSID中发送出去。

7.如权利要求4所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：在电池电力大于或者等于80％电池充满容量时，所述的半工无线局域网接入点1每隔500毫秒发射一次SSID，在电池电力小于80％并大于或者等于60％电池容量时，半工无线局域网接入点1每隔1秒发射一次SSID，在电池电力小于60％并大于或者等于40％电池容量时，半工无线局域网接入点每隔2秒发射一次SSID，在电池电力小于40％电池容量时，半工无线局域网接入点1每隔5秒发射一次SSID。

8.如权利要求7所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：半工无线局域网接入点中设置有一个接收模块，在发射信标帧广播信号前，先侦测是否存在其他802.11装置的发射信号，在未侦测到其它802.11装置的发射信号时，再发送SSID广播信号。

9.如权利要求1所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：所述的存储器是标准的安全卡或者微安全卡。

10.如权利要求1所述的一种无线定位信息装置，其特征在于：所述的处理器有一个USB接口，通过USB接口下载资料到存储器。

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