CN103987014A - 基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，包括：S1：无线接入端向无线客户端发送数据帧；S2：无线客户端确定无线接入端当前最小数据传输速率，得到无线接入端AP与无线客户端STA在该传输速率下的最大传输距离，其中，当前最小数据传输速率的值为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48或54Mbps；S3：依次将S2中最小数据传输速率的值取完并反复循环S1、S2，得到各个最小数据传输速率对应的最大传输距离；S4：根据S3所得的最大传输距离，确定各个最小数据传输速率下无线接入端与客户端当前的实际距离范围。本发明能大幅提高wifi信号距离的测量精度，其适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种距离度量方法，具体涉及的是一种基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法。
背景技术
近年来，在移动互联网应用中，位置服务已经成为一个基本的服务需求。基于wifi信号的距离度量由于其定位速度快且能进行室内定位而受到广泛的关注。
传统的基于室内wifi信号的距离度量方法大多依据测量的接收信号强度（Recived Single Strength，RSS）进行估计，但是，一般情况下，由于实际物理环境中存在遮挡或障碍物，使得功率测量值与真实值之间存在着较大的误差，因而很多时候都导致距离估计的结果与实际距离结果严重不符，两者误差一般在6～8米之间，有时甚至会超过8米，因此，其测量结果相当不准确，精度相当低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，主要解决现有的基于室内wifi信号的距离测量方式存在测量精度低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，包括以下步骤：
S1：无线接入端AP向无线客户端STA发送数据帧，该数据帧依照802.11x协议标准发送；
S2：无线客户端STA接收该数据帧并对其进行处理，确定无线接入端AP当前最小数据传输速率的值，并得到无线接入端AP与无线客户端STA在该最小数据传输速率条件下的最大传输距离D，其中，所述当前最小数据传输速率的值为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48或54Mbps；
S3：依次将步骤S2中最小数据传输速率的值取完并反复循环步骤S1、S2，分别得到各个最小数据传输速率所对应的最大传输距离，即得到：D1、D2、D5.5、D11、D6、D9、D12、D18、D24、D36、D48、D54；
S4：根据步骤S3所得的最大传输距离值，确定在各个最小数据传输速率下无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离范围，即当最小数据传输速率的值分别为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48、54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离分别在D1～D2、D2～D5.5、D5.5～D11、D11～D6、D6～D9、D9～D12、D12～D18、D18～D24、D24～D36、D36～D48、D48～D54、D54～0之间。
具体地说，所述步骤S2中计算最大传输距离D的具体过程如下：
（a）无线客户端STA根据接收的数据帧分别得到无线接入端AP的发射频率F、发射信号强度X、最低接收灵敏度Y以及当前的传输速率；
（b）结合下列公式（1）、（2）计算出最大传输距离D：
Ls=X-Y （1）
Ls=32.5+20×logF+20×logD （2）
其中，Ls为路径损耗，单位为dB，所述发射频率F的单位为MHz，其值为2400～2480MHz，所述最大传输距离D的单位为km，所述发射信号强度X和最低接收灵敏度Y的单位均为dBm。
进一步地，所述步骤S4中，当最小数据传输率为不同的值时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度也都有所不同，具体如下：
（1）当最小数据传输速率的值为1Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在5米内。
（2）当最小数据传输速率的值为5.5Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在3米内。
（3）当最小数据传输速率的值为2、11、6、9、12、18、24或54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在1米内。
（4）当最小数据传输速率的值为36或48bps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在0.5米内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明原理简单，流程简洁，测量效率高。
（2）本发明基于功率一定的条件下，确定数据传输速率可发送的最大物理距离，从而在最大物理距离可用的各个数据传输速率值上进行划分，最终根据实际数据传输速率确定距离。本发明通过大量的试验，充分验证了其测量的可靠性和稳定性，相比传统的测量方式，本发明大幅提高了室内wifi信号距离的测量精度，特别是在近距离测量时，其测量值与实际值之间可达到10厘米左右的误差精度。
（3）本发明的适用范围相当广泛，传统的基于信号强度的距离度量方法受客户端设备类型的影响，信号强度值存在较大差异，而本发明提出的根据实际数据传输速率确定距离，不敏感于设备类型的差异，可以对应不同制式下的数据传输速率，因此，其可适用于任意客户端设备。
（4）本发明还具有应用复杂度低的特点，其通过发送802.11x协议下每种制式各个数据传输速率的数据帧，建立起了数据传输速率与距离之间的对应关系，因而在实际应用中，数据传输速率的测量更加方便和易于实现，并且不需要引入额外的硬件成本，本发明相比现有技术来说，具有突出的实质性特点和显著的进步。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
本发明用于测量无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离，其包括以下步骤：
S1：无线接入端AP向无线客户端STA发送数据帧，该数据帧依照802.11x协议标准发送；
S2：无线客户端STA接收该数据帧并对其进行处理，确定无线接入端AP当前最小数据传输速率的值，并得到无线接入端AP与无线客户端STA在该最小数据传输速率条件下的最大传输距离D，所述当前最小数据传输速率的值为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48或54Mbps，其中，1、2Mbps为802.11制式下的数据传输速率，5.5、11Mbps为802.11b制式下的数据传输速率，6、9、12、18、24、36、48和54Mbps为802.11g制式下的数据传输速率；
在这其中，计算最大传输距离D的方法如下：
（a）无线客户端STA根据接收的数据帧分别得到无线接入端AP的发射频率F、发射信号强度X、最低接收灵敏度Y以及最小数据传输速率的值；
（b）结合下列公式（1）、（2）计算出最大传输距离D：
Ls=X-Y （1）
Ls=32.5+20×logF+20×logD （2）
其中，Ls为路径损耗，单位为dB，所述发射频率F的单位为MHz，其值为2400～2480MHz，所述最大传输距离D的单位为km，所述发射信号强度X和最低接收灵敏度Y的单位均为dBm；
S3：依次将步骤S2中最小数据传输速率的值取完并反复循环步骤S1、S2，分别得到各个最小数据传输速率所对应的最大传输距离，即得到：D1、D2、D5.5、D11、D6、D9、D12、D18、D24、D36、D48、D54；
S4：根据步骤S3所得的最大传输距离值，确定在各个最小数据传输速率下无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离范围，即当最小数据传输速率的值分别为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48、54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离分别在D1～D2、D2～D5.5、D5.5～D11、D11～D6、D6～D9、D9～D12、D12～D18、D18～D24、D24～D36、D36～D48、D48～D54、D54～0之间；进一步地说，该步骤中，当最小数据传输速率的值为1Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在5米内；当最小数据传输速率的值为5.5Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在3米内；当最小数据传输速率的值为2、11、6、9、12、18、24或54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在1米内；而当最小数据传输速率的值为36或48Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在0.5米内。
为方便理解本发明的技术方案，并验证本发明的测量效果，下面以几个试验案例来对本发明进行阐述。
案例1
一个家庭中安置有一台无线接入端AP和一台无线客户端STA，无线接入端AP发射频率为2480MHz，利用测量工具测得无线接入端AP与无线客户端STA两台设备之间的实际距离约为14米，并且无线客户端STA得到无线接入端AP当前最小数据传输速率为1Mbps（即802.11制式）。利用本发明所提供的方法分别计算最小数据传输速率为1、2Mbps时的最大传输距离，得到最小数据传输速率为1Mbps时无线客户端STA和无线接入端AP的实际距离范围，并确定实际测量的物理距离是否位于该范围内。
首先，根据无线客户端STA得到的最小数据传输速率，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-15dBm，最低接收灵敏度Y为-80dBm。
接着，根据上述数据，利用公式计算出最小数据传输速率为1Mbps时，其对应的最大传输距离D1：
Ls=-15-（-80） （1）
Ls=32.5+20×log（2480）+20×logD （2）
结合（1）、（2）得到D1=17.0m。
而当无线客户端STA得到的最小数据传输速率为2Mbps时，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-15dBm，最低接收灵敏度Y为-77dBm。
则同样的，利用上述公式，计算得到的D2=12.0m。
因此，当最小数据传输速率的值为1Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离在D1～D2之间，即12.0～17.0m之间。而实际测量的无线接入端AP与无线客户端STA当前的距离约为14米，其误差精度在5米之内，因此，利用本发明提供的距离度量方法很好地测出了无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离。
案例2
实际测得的无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离约为8米，无线客户端STA得到无线接入端AP当前最小数据传输速率为5.5Mbps（即802.11b制式）。利用本发明所提供的方法分别计算最小数据传输速率为5.5、11Mbps时的最大传输距离。
根据无线客户端STA得到的最小数据传输速率，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-15dBm，最低接收灵敏度Y为-76dBm。
根据上述数据，利用公式计算出最小数据传输速率为1Mbps时，其对应的最大传输距离D5.5：
Ls=-15-（-76） （1）
Ls=32.5+20×log（2480）+20×logD （2）
结合（1）、（2）得到D5.5=11.0m。
而当无线客户端STA得到的最小数据传输速率为11Mbps时，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-15dBm，最低接收灵敏度Y为-73dBm。
则同样的，利用上述公式，计算得到的D11=8.0m。
因此，当最小数据传输速率的值为1Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离在D5.5～D11之间，即8.0～11.0m之间。而实际测量的无线接入端AP与无线客户端STA当前的距离约为8米，其误差精度在3米之内，因此，利用本发明提供的距离度量方法很好地测出了无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离。
案例3
实际测得的无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离约为6.5米，无线客户端STA得到无线接入端AP当前最小数据传输速率为6Mbps（即802.11g制式）。利用本发明所提供的方法分别计算最小数据传输速率为6、9Mbps时的最大传输距离。
根据无线客户端STA得到的最小数据传输速率，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-82dBm。
根据上述数据，利用公式计算出最小数据传输速率为6Mbps时，其对应的最大传输距离D6：
Ls=-25-（-82） （1）
Ls=32.5+20×log（2480）+20×logD （2）
结合（1）、（2）得到D6=7.0m。
而当无线客户端STA得到的最小数据传输速率为9Mbps时，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-81dBm。
则同样的，利用上述公式，计算得到的D9=6.0m。
因此，当最小数据传输速率的值为6Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离在D6～D9之间，即6.0～7.0m之间。而实际测量的无线接入端AP与无线客户端STA当前的距离约为6.5米，其误差精度在1米之内，因此，利用本发明提供的距离度量方法很好地测出了无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离。
案例4
实际测得的无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离约为3米，无线客户端STA得到无线接入端AP当前最小数据传输速率为18Mbps（即802.11g制式）。利用本发明所提供的方法分别计算最小数据传输速率为18、24Mbps时的最大传输距离。
根据无线客户端STA得到的最小数据传输速率，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-77dBm。
根据上述数据，利用公式计算出最小数据传输速率为18Mbps时，其对应的最大传输距离D18：
Ls=-25-（-77） （1）
Ls=32.5+20×log（2480）+20×logD （2）
结合（1）、（2）得到D18=4.0m。
而当无线客户端STA得到的最小数据传输速率为24Mbps时，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-74dBm。
则同样的，利用上述公式，计算得到的D24=3.0m。
因此，当最小数据传输速率的值为18Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离在D18～D24之间，即3.0～4.0m之间。而实际测量的无线接入端AP与无线客户端STA当前的距离约为3米，其误差精度在1米之内，因此，利用本发明提供的距离度量方法很好地测出了无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离。
案例5
实际测得的无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离约为1.7米，无线客户端STA得到无线接入端AP当前最小数据传输速率为36Mbps（即802.11g制式）。利用本发明所提供的方法分别计算最小数据传输速率为36、48Mbps时的最大传输距离。
根据无线客户端STA得到的最小数据传输速率，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-70dBm。
根据上述数据，利用公式计算出最小数据传输速率为36Mbps时，其对应的最大传输距离D36：
Ls=-25-（-70） （1）
Ls=32.5+20×log（2480）+20×logD （2）
结合（1）、（2）得到D36=2.0m。
而当无线客户端STA得到的最小数据传输速率为48Mbps时，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-66dBm。
则同样的，利用上述公式，计算得到的D48=1.5m。
因此，当最小数据传输速率的值为36Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离在D36～D48之间，即1.5～2.0m之间。而实际测量的无线接入端AP与无线客户端STA当前的距离约为1.7米，其误差精度在0.5米之内，因此，利用本发明提供的距离度量方法很好地测出了无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离。
案例6
实际测得的无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离约为0.6米，无线客户端STA得到无线接入端AP当前最小数据传输速率为54Mbps（即802.11g制式）。利用本发明所提供的方法分别计算最小数据传输速率为54Mbps时的最大传输距离。
根据无线客户端STA得到的最小数据传输速率，得到无线接入端AP的发射信号强度X为-25dBm，最低接收灵敏度Y为-65dBm。
根据上述数据，利用公式计算出最小数据传输速率为54Mbps时，其对应的最大传输距离D54：
Ls=-25-（-65） （1）
Ls=32.5+20×log（2480）+20×logD （2）
结合（1）、（2）得到D54=1.0m。
当最小数据传输速率的值为54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离在D54～0之间，即0～1.0m之间。而实际测量的无线接入端AP与无线客户端STA当前的距离约为0.6米，其误差精度在1米之内，因此，利用本发明提供的距离度量方法很好地测出了无线接入端AP与无线客户端STA之间的距离。
综上所述，本发明根据上述方法制定出了适用于802.11、802.11b和802.11g制式下各个数据传输速率所对应的最大传输距离及实际距离范围表，如下所示：
利用该表格，用户只需要在客户端知晓无线接入端AP的数据传输速率，通过查询该表格，即可快速得知无线接入端AP与无线客户端STA当前实际距离的范围，无需任何测量工具去量取。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，在基于上述设计的前提下，为解决同样的技术问题或是依靠本发明主体设计思想进行小范围的改动或润色，其大体形式上仍然采用本发明的设计理念，并且所采用的技术方案的实质仍然与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：无线接入端AP向无线客户端STA发送数据帧，该数据帧依照802.11x协议标准发送；
S2：无线客户端STA接收该数据帧并对其进行处理，确定无线接入端AP当前最小数据传输速率的值，并得到无线接入端AP与无线客户端STA在该最小数据传输速率条件下的最大传输距离D，其中，所述当前最小数据传输速率的值为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48或54Mbps；
S3：依次将步骤S2中最小数据传输速率的值取完并反复循环步骤S1、S2，分别得到各个最小数据传输速率所对应的最大传输距离，即得到：D1、D2、D5.5、D11、D6、D9、D12、D18、D24、D36、D48、D54；
S4：根据步骤S3所得的最大传输距离值，确定在各个最小数据传输速率下无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离范围，即当最小数据传输速率的值分别为1、2、5.5、11、6、9、12、18、24、36、48、54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离分别在D1～D2、D2～D5.5、D5.5～D11、D11～D6、D6～D9、D9～D12、D12～D18、D18～D24、D24～D36、D36～D48、D48～D54、D54～0之间。
2.根据权利要求1所述的所述基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，其特征在于，步骤S2中计算最大传输距离D的具体过程如下：
（a）无线客户端STA根据接收的数据帧分别得到无线接入端AP的发射频率F、发射信号强度X、最低接收灵敏度Y以及最小数据传输速率的值；
（b）结合下列公式（1）、（2）计算出最大传输距离D：
Ls=X-Y （1）
Ls =32.5+20×logF+20×logD （2）
其中，Ls为路径损耗，单位为dB，所述发射频率F的单位为MHz，其值为2400～2480MHz，所述最大传输距离D的单位为km，所述发射信号强度X和最低接收灵敏度Y的单位均为dBm。
3.根据权利要求2所述的基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，其特征在于，所述步骤S4中，当最小数据传输速率的值为1Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在5米内。
4.根据权利要求2所述的基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，其特征在于，所述步骤S4中，当最小数据传输速率的值为5.5Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在3米内。
5.根据权利要求2所述的基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，其特征在于，所述步骤S4中，当最小数据传输速率的值为2、11、6、9、12、18、24或54Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在1米内。
6.根据权利要求2所述的基于速率域的室内无线接入端与无线客户端的距离度量方法，其特征在于，所述步骤S4中，当最小数据传输速率的值为36或48Mbps时，无线接入端AP与无线客户端STA当前的实际距离误差精度在0.5米内。
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| CN103987014B (zh) | 2017-08-29 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation area before Bay Street No. 1 Qianhai road at the Shenzhen Hong Kong Cooperation Area Management Bureau office building A201 room (Qianhai settled in Shenzhen City, Secretary of Commerce Co. Ltd.) Applicant after: SHENZHEN FENGLIAN TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation area before Bay Street No. 1 Qianhai road at the Shenzhen Hong Kong Cooperation Area Management Bureau office building A201 room (Qianhai settled in Shenzhen City, Secretary of Commerce Co. Ltd.) Applicant before: Shenzhen Jiu Eryiyun network technology Co., Ltd |
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Granted publication date: 20170829 Termination date: 20200421 |