CN104469940A - 一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统，所述无线路由器包括三个天线，将三个所述天线作为接收设备，接收模块通过每个所述天线接收所述无线终端设备的N个RSSI值；通过滤波模块对每个所述天线接收的N个RSSI值进行高斯滤波，并通过最优RSSI值计算模块计算得到每个所述天线对应的最优RSSI值；定位模块根据三个所述天线的位置和每个所述天线对应的最优RSSI值，通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置。本发明将传统的无线定位技术加以改进，整合到无线路由器中，便于无线路由器定位无线终端设备的位置；并且本发明还可以用来支持业务和优化网络管理，提高位置服务质量和网络优化。

Description

一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统

技术领域

本发明涉及一种无线定位方法，特别是涉及一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统。

背景技术

无线路由器(Wireless Router)好比将单纯性无线AP(Wireless Access Point，无线访问接入点)和宽带路由器合二为一的扩展型产品，它不仅具备单纯性无线AP所有功能，如支持DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议))客户端、支持VPN(VirtualPrivate Network，虚拟专用网络)、防火墙、支持WEP(Wired Equivalent Privacy，有线等效保密协议)加密等等，而且还包括了网络地址转换NAT(Network Address Translation，网络地址转换)功能，可支持局域网用户的网络连接共享。可实现家庭无线网络中的网络(Internet)连接共享，实现ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线)、Cable modem(电缆调制解调器)和小区宽带的无线共享接入。无线路由器可以与所有以太网接的ADSLmodem(非对称数字用户线调制解调器)或Cable modem直接相连，也可以在使用时通过交换机/集线器、宽带路由器等局域网方式再接入。其内置有简单的虚拟拨号软件，可以存储用户名和密码拨号上网，可以实现为拨号接入Internet的ADSL、Cable modem等提供自动拨号功能，而无需手动拨号或占用一台电脑做服务器使用。此外，无线路由器一般还具备相对更完善的安全防护功能。

随着无线技术的广泛推广，越来越多的用户可以随时随地访问网络资源，人们对基于位置信息服务的需求增多，无线定位技术得到越来越多的研究者的关注。

目前，无线网络中的定位技术可以分为基于终端的定位技术和基于网络的定位技术。基于终端的定位技术主要指移动终端根据基站和定位服务器提供的信息计算出自己所处的位置，如全球卫星定位技术。基于网络的定位技术是指定网络根据测量数据计算出移动终端所处的位置，如基于方向的定位技术和基于信号强度的定位技术。

基于终端的定位精确度低且需要定位服务器等外部设备。基于网络的定位技术是一项低成本和低负载度的距离测量技术，被广泛的应用于无线网基于网络的定位中。但是由于信号强度易受环境的影响，难以准确描述信号强度和距离的变化规律，影响定位的精确性。

随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，基于位置的服务成为最具发展潜力的移动互联网业务之一。无论在室内还是室外环境下，快速准确的获取无线终端设备的位置信息和提供位置服务的需求变得日益迫切。然而，传统的无线路由器仅仅提供一个可供连接的无线AP，并不能定位无线终端设备的位置。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统，用于解决现有技术中的无法通过无线路由器进行无线终端设备的精确定位的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，所述无线路由器包括三个天线，所述无线终端设备的定位方法包括：将三个所述天线作为接收设备，每个所述天线接收所述无线终端设备的N个RSSI值；对每个所述天线接收的N个RSSI值进行高斯滤波，并计算每个所述天线对应的最优RSSI值；根据三个所述天线的位置和每个所述天线对应的所述最优RSSI值，通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置。

可选地，每个所述天线在测量时间内接收所述无线终端设备的所述N个RSSI值。

可选地，所述测量时间是预先设置的。

可选地，所述N个RSSI值服从高斯分布。

可选地，所述对每个所述天线接收的N个RSSI值进行高斯滤波，计算得到每个所述天线对应的最优RSSI值包括：针对每一个所述天线，通过高斯滤波选取在[0.15δ+μ,3.09δ+μ]范围内的RSSI值，其中，μ表示所述N个RSSI值的算术平均值，δ表示所述N个RSSI值的标准差，对经过高斯滤波后获得的多个RSSI值，计算经过高斯滤波后获得多个RSSI值的几何平均值，所述几何平均值为所述天线对应的最优RSSI值；三个所述天线对应的最优RSSI值分别为R1、R2和R3。

可选地，所述根据三个所述天线的位置，通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置是按照如下方程式进行计算的：

${(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2=R_1^2$

${(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2=R_2^2;$

${(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2=R_3^2$

其中，(x₁，y₁)、(x₂，y₂)和(x₃，y₃)表示三个所述天线的坐标，(x，y)表示所述无线终端设备的位置。

一种基于无线路由器的无线终端设备的定位系统，所述无线路由器包括三个天线，所述定位系统包括接收模块、滤波模块、最优RSSI值计算模块和定位模块；所述接收模块用于通过三个所述天线接收所述无线终端设备的RSSI值；其中，每个所述天线接收所述无线终端设备的N个RSSI值；所述滤波模块用于将每个所述天线接收到的RSSI值进行高斯滤波；所述最优RSSI值计算模块用于计算经过所述滤波模块滤波得到的每个所述天线对应的RSSI值的几何平均值，每一个所述天线对应的几何平均值就是其最优RSSI值；所述定位模块用于根据三个所述天线的位置和三个所述天线的所述最优RSSI值计算所述无线终端设备的位置。

可选地，所述接收模块在测量时间内通过每个所述天线接收所述无线终端设备的所述N个RSSI值。

可选地，所述N个RSSI值服从高斯分布。

可选地，所述定位模块通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置。

如上所述，本发明的一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统，针对传统的无线路由器，把无线路由器的三个天线作为三个接收器，通过接收无线终端设备的RSSI，并通过RSSI(Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示)将信号强度转化成距离，最后依据三个天线通过三边测量法计算出距离，计算出无线终端设备的具体位置。本发明将传统的无线定位技术加以改进，整合到无线路由器中，便于无线路由器定位无线终端设备的位置；并且本发明还可以用来支持业务和优化网络管理，提高位置服务质量和网络优化。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法的流程示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法的三边测量法的模型。

图3显示为本发明实施例公开的一种基于无线路由器的无线终端设备的定位系统的结构示意图。

元件标号说明

S11～S13  步骤

300       无线终端设备的定位系统

310       接收模块

320       滤波模块

330       最优RSSI值计算模块

340       定位模块

400       无线路由器

410       天线

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例公开了一种无线终端设备的定位方法，本实施例的无线终端设备的定位方法是依据于传统的无线路由器，无线路由器包括三个天线，如图1所示，本实施例的无线终端设备的定位方法包括：

步骤S11，将无线路由器的三个天线作为接收设备，每个天线接收无线终端设备的N个RSSI值，分别为RSSI1、RSSI2、RSSI3：

将每一个天线作为一个接收设备，在测量时间内，接收无线终端设备的N个RSSI值。其中，测量时间是预先设置好的。并且，每一个天线所对应的N个RSSI值是随机离散的变量，并且服从或近似服从高斯分布，即正态分布；其概率密度函数为：其中，μ表示N个RSSI值的算术平均值，δ表示N个RSSI值的标准差，即：

$\mathrm{\μ}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RSSI}}_i;\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{RSSI}}_i-\mathrm{\μ})}^2\right)}.$

步骤S12，对每个天线接收的N个RSSI值进行高斯滤波，计算得到每个天线对应的最优RSSI值：

对于一个天线而言，N个RSSI值：

通过高斯滤波选取在[0.15δ+μ,3.09δ+μ]范围内的RSSI的值；

将范围在[0.15δ+μ,3.09δ+μ]范围内的RSSI的值，计算其几何平均值：

$R=\sqrt[N]{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{\mathrm{RSSI}}_i}.$

计算获得的每一个天线的RSSI的值的几何平均值就是天线对应的最优RSSI值，分别为R1、R2和R3。

步骤S13，根据三个天线的位置和最优RSSI值，通过三边测量法计算无线终端设备的位置：

无线路由器的三个天线的位置已知，其坐标分别为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)和(x₃，y₃)，再根据步骤S12计算得到的三个天线对应的最优RSSI值，采用三边测量法就可估算出无线终端设备的位置：

1)将无线路由器的三个天线的坐标分别作为圆心A、B和C，R1、R2和R3分别作为半

径，可以获得三个相交于未知节点的圆，如图2所示；

2)根据几何特性，通过

$\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2=R_1^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2=R_2^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2=R_3^2\end{array},$ 就可以求出无线终端设备的位置坐标(x，y)。

上面方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

实施例2

本实施例提供了一个无线终端设备的定位系统300，其基于传统的无线路由器，无线路由器400包括三个天线410。如图3所示，本实施例的无线终端设备的定位系统300包括接收模块310、滤波模块320、最优RSSI值计算模块330和定位模块340。

其中，接收模块310用于通过三个天线410接收无线终端设备的RSSI值；其中，每个天线在测量时间内接收无线终端设备的N个RSSI值，每一个天线所对应的N个RSSI值是随机离散的变量，并且服从或近似服从高斯分布，即正态分布；其概率密度函数为：其中，μ表示N个RSSI值的算术平均值，δ表示N个RSSI值的标准差，即：

$\mathrm{\μ}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RSSI}}_i;\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{RSSI}}_i-\mathrm{\μ})}^2\right)}.$

滤波模块320用于将每个天线接收到的N个RSSI值进行高斯滤波；选取在[0.15δ+μ,3.09δ+μ]范围内的RSSI的值。

最优RSSI值计算模块330用于计算经过滤波模块320滤波得到的每个所述天线对应的RSSI值的几何平均值：计算获得的每一个天线的RSSI的值的几何平均值就是天线对应的最优RSSI值。

定位模块340用于根据三个天线的位置和三个天线对应的最优RSSI值，通过三边测量法计算无线终端设备的位置：

无线路由器400的三个天线410的位置已知，其坐标分别为(x₁，y₁)、(x₂，y₂)和(x₃，y₃)，再根据三个天线410对应的最优RSSI值，按照如下公式：

$\begin{array}{c}{(x-x_1)}^2+{(y-y_1)}^2=R_1^2\\ {(x-x_2)}^2+{(y-y_2)}^2=R_2^2\\ {(x-x_3)}^2+{(y-y_3)}^2=R_3^2\end{array},$ 即可计算出无线终端设备的位置(x，y)。

不难发现，本实施例为与第一实施例相对应的系统实施例，本实施例可与第一实施例互相配合实施。第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一实施例中。

综上所述，本发明的一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法和系统，针对传统的无线路由器，把无线路由器的三个天线作为三个接收器，通过接收无线终端设备的RSSI，并通过RSSI(Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示)将信号强度转化成距离，最后依据三个天线通过三边测量法计算出距离，计算出无线终端设备的具体位置。本发明将传统的无线定位技术加以改进，整合到无线路由器中，便于无线路由器定位无线终端设备的位置；并且本发明还可以用来支持业务和优化网络管理，提高位置服务质量和网络优化。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，所述无线路由器包括三个天线，其特征在于，所述无线终端设备的定位方法包括：

将三个所述天线作为接收设备，每个所述天线接收所述无线终端设备的N个RSSI值；

对每个所述天线接收的N个RSSI值进行高斯滤波，并计算每个所述天线对应的最优RSSI值；

根据三个所述天线的位置和每个所述天线对应的所述最优RSSI值，通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置。

2.根据权利要求1所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，其特征在于：每个所述天线在测量时间内接收所述无线终端设备的所述N个RSSI值。

3.根据权利要求2所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，其特征在于：所述测量时间是预先设置的。

4.根据权利要求3所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，其特征在于：所述N个RSSI值服从高斯分布。

5.根据权利要求4所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，其特征在于：所述对每个所述天线接收的N个RSSI值进行高斯滤波，计算得到每个所述天线对应的最优RSSI值包括：针对每一个所述天线，

通过高斯滤波选取在[0.15δ+μ,3.09δ+μ]范围内的RSSI值，其中，μ表示所述N个RSSI值的算术平均值，δ表示所述N个RSSI值的标准差， $\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{1}{N-1}\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{RSSI}}_i-\mathrm{\μ})}^2\right)};$

对经过高斯滤波后获得的多个RSSI值，计算经过高斯滤波后获得多个RSSI值的几何平均值，所述几何平均值为所述天线对应的最优RSSI值；三个所述天线对应的最优RSSI值分别为R1、R2和R3。

6.根据权利要求5所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位方法，其特征在于：所述根据三个所述天线的位置，通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置是按照如下方程式

进行计算的：

$\begin{array}{c}{\left({x-x}_1\right)}^2+{\left({y-y}_1\right)}^2=R_1^2\\ {\left({x-x}_2\right)}^2+{\left({y-y}_2\right)}^2=R_2^2\\ {\left({x-x}_3\right)}^2+{\left({y-y}_3\right)}^2=R_3^2\end{array};$

其中，(x₁，y₁)、(x₂，y₂)和(x₃，y₃)表示三个所述天线的坐标，(x，y)表示所述无线终端设备的位置。

7.一种基于无线路由器的无线终端设备的定位系统，所述无线路由器包括三个天线，其特征在于：所述定位系统包括接收模块、滤波模块、最优RSSI值计算模块和定位模块；

所述接收模块用于通过三个所述天线接收所述无线终端设备的RSSI值；其中，每个所述天线接收所述无线终端设备的N个RSSI值；

所述滤波模块用于将每个所述天线接收到的RSSI值进行高斯滤波；

所述最优RSSI值计算模块用于计算经过所述滤波模块滤波得到的每个所述天线对应的RSSI值的几何平均值，每一个所述天线对应的几何平均值就是其最优RSSI值；

所述定位模块用于根据三个所述天线的位置和三个所述天线的所述最优RSSI值计算所述无线终端设备的位置。

8.根据权利要求7所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位系统，其特征在于：所述接收模块在测量时间内通过每个所述天线接收所述无线终端设备的所述N个RSSI值。

9.根据权利要求8所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位系统，其特征在于：所述N个RSSI值服从高斯分布。

10.根据权利要求9所述的基于无线路由器的无线终端设备的定位系统，其特征在于：所述定位模块通过三边测量法计算所述无线终端设备的位置。