CN107071892A - 一种主动发射wifi信标的定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动发射WIFI信标的定位系统，所述定位系统包括：至少一个发射器，安装于被定位物内，用于连续地主动发射WIFI信标；多个接收器,间隔的设置于定位路径上，与所述发射器形成多对一配置,用于接收所述发射器主动发射的WIFI信标，并将接收到的WIFI信标和对应接收器的位置信息回传到服务器；服务器，接收所述多个接收器回传的WIFI信标和所述位置信息，并对该WIFI信标和位置信息进行分析和处理。本发明的目的是提供一种降低消费者资费、无需重复投入、主动发射WIFI信标的定位系统。

Description

一种主动发射WIFI信标的定位系统

技术领域

本发明涉及无线定位领域，具体地涉及基于WIFI无线电波信标的定位系统，尤其涉及一种主动发射WIFI信标的定位系统。

背景技术

现有技术中比较常用的无线电波信标定位系统局限于结构复杂、费用高昂以及实施困难的庞大系统，具体的应用情况如：1、使用GPS主动获取当前定位；2、主动发射RFID信标，接收器分析定位；3、主动发射蓝牙信标，接收器分析定位。上述定位系统及方法存在如下缺陷：1、必须要用国家卫星或者电信运营商的网络回传到服务器中，产生月租费用，并且产品组成复杂，成本高昂；2、RFID信号干犹大，需要重新布设收接设备；3、蓝牙信号接收距离短，不但需要重新布设收接设备，还需要加大密度。同时，全国大中城市，一般都布设有WIFI无线信标接收装置，其功能比较单一，在非工作状态下存在资源闲置的问题。因此，如何设计一种结构简单、价格低廉且性能稳定的无线电波信标定位系统成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计并开发出一种主动发射WIFI信标的定位系统，该定位系统结构简单，且兼容现有基础设施中已布设的WIFI接收器，无需重复投入，从而降低了消费者定位所需的资费，无需月租；同时，该定位系统可以通过对定位数据的分析，准确地实现设备防盗、边界预警、路径跟踪以及为智慧交通提供有效数据等功能，扩展了定位系统的应用范围。

本发明提供了一种主动发射WIFI信标的定位系统，根据本发明的实施例，

所述定位系统包括：

至少一个发射器，安装于被定位物内，用于连续地主动发射WIFI信标，所述WIFI信标包括探测请求（Probe Request）数据包；

多个接收器，间隔的设置于定位路径上，与所述发射器形成多对一配置，用于接收所述发射器主动发射的WIFI信标，并将接收到的WIFI信标和对应接收器的位置信息回传到服务器；

服务器，接收所述多个接收器回传的WIFI信标和所述位置信息，并对该WIFI信标和位置信息进行分析和处理；其中：

所述发射器包括：WIFI信标发射芯片、第一转换电路、发射天线和电源，其中，WIFI信标发射芯片经第一转换电路与发射天线连接，用于将生成的WIFI信标向外发射；

所述接收器包括：WIFI信标接收芯片、第二转换电路、接收天线、定位装置、回传装置和电源，其中，所述接收天线经第二转换电路与WIFI信标接收芯片连接，用于接收和转化WIFI信标；所述定位装置与WIFI信标接收芯片电连接，用于将定位装置采集的所述位置信息传输到WIFI信标接收芯片中；所述回传装置与WIFI信标接收芯片电连接，用于将所述接收的WIFI信标和位置信息向服务器发送；

所述服务器包括：接收部，与所述回传装置连接，用于接收所述接收的WIFI信标和位置信息；存储部，将接收的WIFI信标和位置信息进行存储；信标处理部，对接收的WIFI信标和位置信息进行处理和分析。

进一步地，所述信标处理部包括：

注册模块，用于处理用户的注册登记；

防盗模块，根据用户请求，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，来判断安装有所述发射器的被定位物是否发生移动，如移动则发出报警；

边界预警模块，预先设定安装有所述发射器的被定位物的安全边界区域，根据用户请求，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，当其超出安全边界区域，则发出报警；

跟踪模块，根据用户请求，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，来跟踪安装有所述发射器的被定位物的运行轨迹；

交通状况模块，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，得到道路的交通信息，或者计算安装有所述发射器的被定位物的停留时间，分析其在多个位置的移动速度。

进一步地，所述WIFI信标为探测请求数据包，所述探测请求数据包包括：探测请求帧控制字段、持续时间字段、目的地址字段、发送芯片的MAC地址字段、BSSID字段、顺序控制字段、SSID服务集标识长度字段、SSID字段。

进一步地，所述被定位物为汽车、摩托车或自行车。

进一步地，所述定位路径为城市的街道。

进一步地，相邻两个接收器之间的距离根据实际需要或WIFI信标的信号传输范围来设定，优选的，所述距离为100m-1000m。

进一步地，所述WIFI信标发射芯片通过以下步骤进行数据的发送：1)设置芯片输出串口的速率，

2）设置芯片模式为工作站，

3）设置芯片工作频道，

4）模拟客户端构造探测请求数据包，

5）向空中发送已构造好的探测请求数据包，

6）设置芯片的工作频道到下一个频道。

进一步地，所述发射器中的电源为充电电池，所述发射器还包括与所述充电电池连接的充电放电模块、备用电池所述发射器和所述接收器都整体采用主板一体化设计。

进一步地，所述回传装置的回传方式采用电信运营商、卫星或有线。

进一步地，所述回传装置为带GPS功能的GPRS无线通信模块。

本发明的有益效果在于：

1、该定位系统结构简单，降低了消费者实时定位所需要的资费，无需月租。

2、该定位系统的扩展能力强，兼容现有基础设施中已布设的WIFI接收器，无需重复投入。

3、该定位系统可以通过对定位数据的分析，准确地实现设备防盗、边界预警、路径跟踪以及为智慧交通提供有效数据等功能，扩展了定位系统的应用范围。

附图说明

图1是本发明主动发射WIFI信标的定位系统的结构图。

图2是本发明WIFI信标的生成流程图。

图3是本发明WIFI信标发射芯片的主动发射流程图。

其中， 1、发射器 ；2、接收器 ；3、服务器。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种主动发射WIFI信标的定位系统，根据本发明的实施例，图1是本发明主动发射WIFI信标的定位系统的结构图，如图1所示，所述定位系统包括发射器、接收器和服务器，具体而言，可以包括：至少一个发射器，安装于被定位物内，用于连续地主动发射WIFI信标，所述WIFI信标包括探测请求（Probe Request）数据包。本发明中被定位物的类型不受特别的限制，可以为移动设备或者移动交通工具等，在本发明的一些优选实施例中，所述被定位物为汽车、摩托车或自行车。所述发射器安装于交通工具的内部，且不易拆卸的位置处。同时，发射器的数量不受特别的限制，其根据被定位物的需求而定，可以在一个定位物上设置一个或者多个，也可以在多个相邻的定位物上设置一个。多个接收器，间隔的设置于定位路径上，与所述发射器形成多对一配置，用于接收所述发射器主动发射的WIFI信标，并将接收到的WIFI信标和对应接收器的位置信息回传到服务器。服务器，接收所述多个接收器回传的WIFI信标和所述位置信息，并对该WIFI信标和位置信息进行分析和处理。

根据本发明的实施例，该定位系统具有较强的兼容性，可以采用新构建的系统，也可以应用于现有基础设施中已布设WIFI接收器的道路和街道中，这也是本发明的一个主要创新之处。因此，所述定位路径优选为城市的街道，并且，相邻两个接收器之间的距离不受特别限制，在本发明的一些优选实施例中，根据实际需要或WIFI信标的信号传输范围来设定，如所述距离为100m-1000m或者其它合适的距离，只要能满足定位的要求即可。

根据本发明的实施例，当发射器的芯片中生成包括芯片MAC地址的WIFI信标数据包时，发射器天线将该数据包发射于空中，位于街道附近的接收器通过接收芯片接收空中发射的数据包信息，并将获取组合数据包进行数模转换后，将信息传到服务器中。

下面结合图1对系统中的各个部件进行详细介绍。

根据本发明的具体实施例，图1中所示的发射器包括：WIFI信标发射芯片、第一转换电路、发射天线和电源，其中，WIFI信标发射芯片经第一转换电路与发射天线连接，用于将生成的WIFI信标向外发射。其中，所述发射器中的电源可以为供电电源或充电电池，当采用充电电池时，所述发射器还包括与所述充电电池连接的充电放电模块，所述充放电模块可以采用太阳能充电方式，此外为了防止突发情况，还配备有备用电池。当储存的太阳能不足以支持发射器的功能运行时，备用电池将启动供电功能。该发射器的结构简单，规格较小，适合安装于摩托车、自行车等被定位物内部。根据本发明的具体实施例，图1中所示的接收器包括：WIFI信标接收芯片、第二转换电路、接收天线、定位装置、回传装置和电源，其中，所述接收天线经第二转换电路与WIFI信标接收芯片连接，用于接收和转化WIFI信标；所述定位装置与WIFI信标接收芯片电连接，用于将定位装置采集的所述位置信息传输到WIFI信标接收芯片中；所述回传装置与WIFI信标接收芯片电连接，用于将所述接收的WIFI信标和位置信息向服务器发送。所述回传装置的回传方式不受特别地限制，可以采用电信运营商、卫星或有线。所述回传装置和定位装置可以采用分立的组件，也可以采用集成的模块，在本发明的一些优选实施例中，所述回传装置为带GPS功能的GPRS无线通信模块，从而在回传的过程中，方便得将接收器的位置信息一并传输到服务器中。此外，为了实现集成化，所述发射器和所述接收器都整体采用主板一体化设计。

根据本发明的具体实施例，图1中所示的服务器包括：接收部，与所述回传装置连接，用于接收所述接收的WIFI信标和位置信息；存储部，将接收的WIFI信标和位置信息进行存储；信标处理部，对接收的WIFI信标和位置信息进行处理和分析。在本发明的一些优选实施例中，服务器将接收器回传的信息保存在存储部的数据库中，并且，可以按时间、MAC地址或接收器的地理位置生成索引，供用户查询，并且，还可以提供ＵＩ为用户设置报警ＭＡＣ地址，当数据库中产生新的匹配MAC地址信息时，为用户提供提醒服务，如立即给用户的手机、邮箱等发送报警信号。

本发明的另一个主要创新点在于对WIFI发射芯片的改进，实现主动向外发射WIFI信标，下面参照图2-3对WIFI信标主动发射过程进行详细描述。

根据本发明的具体实施例，图2是本发明WIFI信标的生成流程图。其中，所述WIFI发射芯片的类型不受特别地限制，只要能根据设计要求，主动发送包括探测请求（ProbeRequest）数据包在内的数据即可。在本发明的一些优选实施例中，所述WIFI发射芯片采用ESP8266。同时，为了减轻发射器的载荷压力，发射芯片也可以仅主动发送包含定位所需数据的探测请求（Probe Request）数据包，而不附加其它数据信息。在发射芯片内生成的探测请求（Probe Request）数据包的生成流程如图2所示，所述探测请求数据包包括：探测请求帧控制字段、持续时间字段、目的地址字段、发送芯片的MAC地址字段、BSSID字段、顺序控制字段、SSID服务集标识长度字段、SSID字段。具体生成过程为：首先构造探测请求（ProbeRequest）的包头，即探测请求帧控制字段，进而构造持续时间(duration)字段，其次，构造目的地址(DA)字段，接着，获取发送芯片的MAC地址，同时将其构造为发送端MAC地址字段，然后，构造BSSID字段和顺序控制（seq）字段，最后，构造SSID服务集标识字段，其包括SSID服务集标识长度（SSID_LEN）字段和SSID内容字段。由此，通过对芯片的独特设计和控制，生成了用于定位的和身份识别的探测请求数据，简化了定位所需的数据量。

根据本发明的具体实施例，图3是本发明WIFI信标发射芯片的主动发射流程图。如图3所示，所述WIFI信标发射芯片通过以下步骤进行数据的发送：s1设置芯片输出串口的速率，s2设置芯片模式为工作站，s3设置芯片工作频道，s4模拟客户端构造探测请求数据包，s5向空中发送已构造好的探测请求数据包，s6设置芯片的工作频道到下一个频道。从而连续、不间断的发送探测请求数据包。

本发明的又一个主要创新点在于服务器利用接收到的主动WIFI信标，进行防盗、边界预警、跟踪以及交通状况分析等应用，下面参照图1中服务器的功能模块对WIFI信标的应用进行详细描述。如图1所示，所述信标处理部包括：用于处理用户的注册登记的注册模块、防盗模块、边界预警模块、跟踪模块以及交通状况模块。下面分别详细解释如何利用探测请求（Probe Request）数据包根据本发明的具体实施例，和接收器的位置信息实现上述应用。

根据本发明的具体实施例，防盗模块的功能实现为：

用户将安装有发射器S1的被定位物如摩托车、自行车等停靠在某地，发射器S1不间断的发送包括探测请求（Probe Request）数据包的WIFI信标或者只发送探测请求数据包，该区域内的接收器R1接收到该WIFI信标或探测请求数据包后，将该WIFI信标或探测请求数据包的数据与该接收器R1的位置信息一起，经回传装置发送到服务器内，服务器将上述数据进行存储。

用户发送请求到服务器，要求对被定位物进行防盗监控，服务器接收到请求后，提取出该探测请求数据包中的发送芯片的MAC地址数据，将其作为该被定位物的唯一标示ID1，同时对连续回传的WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息进行分析和判断，如果获取的芯片MAC地址字段数据与发射器S1的唯一标示ID1不同，则放弃数据，继续监控；如果获取的芯片MAC地址字段数据与发射器S1的唯一标示ID1相同，则判断接收到该WIFI信标的接收器的位置信息是否与接收器R1的位置信息相同，如果相同则表示被检测物没有发生移动；如果不同，则表示另外位置的接收器接收到了该发射器的信息，表明该被定位物的位置发生了移动，并进行报警等后续处理。

根据本发明的具体实施例，边界预警模块的功能实现为：

用户发送请求到服务器，要求对被定位物进行边界预警监控，并提供被定位物内发射器的发送芯片MAC地址字段数据以及安全边界区域。服务器接收到请求后，提取该发送芯片的MAC地址数据，将其作为该被定位物的唯一标示ID2，同时，根据用户设定的边界位置，选定边界处以及边界内的所有接收器作为监控点，并上述接收器的位置信息提取出来，作为比较的样本集。

服务器对连续回传的WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息进行分析和判断，如果获取的芯片MAC地址字段数据与发射器的唯一标示ID2不同，则放弃数据，继续监控；如果获取的芯片MAC地址字段数据与发射器的唯一标示ID2相同，则判断接收到该WIFI信标的接收器的位置信息是否与样本集中的某个接收器的位置信息相同，如果相同则表示被检测物没有超出安全边界区域；如果不同，则表示安全边界外部的接收器接收到了该发射器的信息，表明该被定位物的位置超出安全边界区域，并进行报警等后续处理。

根据本发明的具体实施例，跟踪模块的功能实现为：

用户发送请求到服务器，要求对被定位物进行跟踪监控，并提供被定位物内发射器的发送芯片MAC地址字段数据。服务器接收到请求后，提取该发送芯片的MAC地址数据，将其作为该被定位物的唯一标示ID3。

服务器对连续回传的WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息进行分析和判断，如果获取的芯片MAC地址字段数据与发射器的唯一标示ID3不同，则放弃数据，继续监控；如果获取的芯片MAC地址字段数据与发射器的唯一标示ID3相同，则提取出接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息进行存储，经过一段时间（如1小时、一天、一月等）的积累，将存储的上述接收器的位置信息进行汇总与分析，得出被定为物在某一时间段的运行轨迹。

根据本发明的具体实施例，交通状况模块的功能实现为：

服务器对连续回传的WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息进行分析和判断，可以提取某关键地段的一个或多个接收器的位置信息，并汇总经该位置的接收器接收到的发射器的发送芯片MAC地址字段数据，由于该MAC地址字段数据是发射器的唯一标示，因此，可以通过计算不同MAC地址字段数据的数量，来衡量经过该位置处的被定位物如摩托车、汽车等的流量和拥堵情况。此外还可以通过计算安装有所述发射器的被定位物的停留时间，分析其在多个位置的移动速度。从而，为智慧交通提供有效数据。

对于本发明所提出的服务器包括的注册模块、防盗模块、边界预警模块、跟踪模块以及交通状况模块之外，还可以任意添加其他的设计模块来完善服务器系统。

发明人发现，根据本发明实施例的定位系统，结构简单、便于安装，且兼容现有基础设施中已布设的WIFI接收器，降低了消费者定位所需的资费，同时，该定位系统可以通过对定位数据的分析，准确地实现设备防盗、边界预警、路径跟踪以及为智慧交通提供有效数据等功能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种主动发射WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：

至少一个发射器，安装于被定位物内，用于连续地主动发射WIFI信标，所述WIFI信标包括探测请求数据包；

多个接收器，间隔的设置于定位路径上，与所述发射器形成多对一配置，用于接收所述发射器主动发射的WIFI信标，并将接收到的WIFI信标和对应接收器的位置信息回传到服务器；

服务器，接收所述多个接收器回传的WIFI信标和所述位置信息，并对该WIFI信标和位置信息进行分析和处理；其中：

所述发射器包括：WIFI信标发射芯片、第一转换电路、发射天线和电源，其中，WIFI信标发射芯片经第一转换电路与发射天线连接，用于将生成的WIFI信标向外发射；

所述接收器包括：WIFI信标接收芯片、第二转换电路、接收天线、定位装置、回传装置和电源，其中，所述接收天线经第二转换电路与WIFI信标接收芯片连接，用于接收和转化WIFI信标；所述定位装置与WIFI信标接收芯片电连接，用于将定位装置采集的所述位置信息传输到WIFI信标接收芯片中；所述回传装置与WIFI信标接收芯片电连接，用于将所述接收的WIFI信标和位置信息向服务器发送；

所述服务器包括：接收部，与所述回传装置连接，用于接收所述接收的WIFI信标和位置信息；存储部，将接收的WIFI信标和位置信息进行存储；信标处理部，对接收的WIFI信标和位置信息进行处理和分析。

2.根据权利要求1所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述信标处理部包括：

注册模块，用于处理用户的注册登记；

防盗模块，根据用户请求，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，来判断安装有所述发射器的被定位物是否发生移动，如移动则发出报警；

边界预警模块，预先设定安装有所述发射器的被定位物的安全边界区域，根据用户请求，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，当其超出安全边界区域，则发出报警；

跟踪模块，根据用户请求，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，来跟踪安装有所述发射器的被定位物的运行轨迹；

交通状况模块，分析WIFI信标中的芯片MAC地址字段数据和所述接收到所述WIFI信标的接收器的位置信息，得到道路的交通信息或者计算安装有所述发射器的被定位物的停留时间，分析其在多个位置的移动速度。

3.根据权利要求1所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述WIFI信标为探测请求数据包，所述探测请求数据包包括：探测请求帧控制字段、持续时间字段、目的地址字段、发送芯片的MAC地址字段、BSSID字段、顺序控制字段、SSID服务集标识长度字段、SSID字段。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述被定位物为汽车、摩托车或自行车。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述定位路径为城市的街道。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，相邻两个接收器之间的距离根据实际需要或WIFI信标的信号传输范围来设定，优选的，所述距离为100m-1000m。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述WIFI信标发射芯片通过以下步骤进行数据的发送：

1)设置芯片输出串口的速率，

2）设置芯片模式为工作站，

3）设置芯片工作频道，

4）模拟客户端构造探测请求数据包，

5）向空中发送已构造好的探测请求数据包，

6）设置芯片的工作频道到下一个频道。

8.根据权利要求1所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述发射器中的电源为充电电池，所述发射器还包括与所述充电电池连接的充电放电模块、备用电池所述发射器和所述接收器都整体采用主板一体化设计。

9.根据权利要求1所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述回传装置的回传方式采用电信运营商、卫星或有线。

10.根据权利要求9所述的WIFI信标的定位系统，其特征在于，所述回传装置为带GPS功能的GPRS无线通信模块。