CN107846721A - 一种基于 Wi‑Fi 直连技术的定位系统及其方法 - Google Patents

一种基于 Wi‑Fi 直连技术的定位系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于Wi‑Fi直连技术的定位系统，涉及电子信息和无线通信技术领域。本发明包括小组管理单元、测距单元、误差修正单元和定位单元。小组管理单元用于建立Wi‑Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi‑Fi直连设备接入Wi‑Fi直连小组。测距单元测量所述第一Wi‑Fi直连设备与所述第二Wi‑Fi直连设备间的相对距离信息。误差修正单元修正相对距离信息。定位单元根据误差修正单元修正后的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi‑Fi直连设备的位置。第一Wi‑Fi直连设备为带有物理地址的直连设备且所述Wi‑Fi直连小组中至少包括三个第一Wi‑Fi直连设备，所述第二Wi‑Fi直连设备为未知位置的直连设备。本发明还提供了相应的定位方法，设备连接简单快速，定位精度高。

Description

一种基于Wi-Fi直连技术的定位系统及其方法
技术领域
本发明涉及电子信息和无线通信技术领域，特别是涉及一种基于Wi-Fi直连技术的定位系统及其方法。
背景技术
近年来，无线定位在军事和民用技术中得到了广泛应用，但是多数应用包括GPS和北斗定位系统都集中于户外定位，进入室内环境后，这些定位技术都将大打折扣甚至失去定位效能，所以高精度的实时室内定位技术一直是研究热点问题。随着无线网络的发展，许多城市在人口密集区域无缝覆盖无线Wi-Fi网络，而且无线网络应用在普通的家庭中得到了广泛的应用，Wi-Fi直连技术定位不需要任何特殊设备，所以成本接近于零。Wi-Fi直连技术是一种短距离无线通信技术，支持对等直连的无线设备既支持常规的基础设施网络，也支持P2P连接，符合Wi-Fi联盟标准的Wi-Fi直连设备无需接入点路由器，便可与其他Wi-Fi直连设备实现直接连接，共享相关应用或进行数据传输。
常见的Wi-Fi定位方法是利用多个热点覆盖，根据设备接收到的型号强弱的变化确定测量点距离每个热点的距离半径，然后得到多个圆的交点。然而，在实际应用中，RSSI会受到诸多因素的影响，造成测量信号的变化引起了定位误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于Wi-Fi直连技术的定位系统及其方法。
特别地，本发明提供了一种基于Wi-Fi直连技术的定位系统，包括：
小组管理单元，用于建立Wi-Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi-Fi直连设备接入所述Wi-Fi直连小组，所述Wi-Fi直连小组至少包括第一Wi-Fi直连设备和第二Wi-Fi直连设备；
测距单元，用于测量所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息；
误差修正单元，通过测距误差修正算法修正所述测距单元测量的所述相对距离信息；和
定位单元，根据所述误差修正单元修正后的的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi-Fi直连设备的位置；
其中，所述第一Wi-Fi直连设备为带有物理地址的直连设备且所述Wi-Fi直连小组中至少包括三个第一Wi-Fi直连设备，所述第二Wi-Fi直连设备为未知位置的直连设备。
进一步地，还包括存储单元，用于存储所述Wi-Fi直连小组中的所有直连设备的设备信息。
进一步地，所述Wi-Fi直连小组为临时性小组或永久性小组。
进一步地，所述Wi-Fi直连小组中的所述第一Wi-Fi直连设备自动协调，确定出一个第一Wi-Fi直连设备负责管理所述Wi-Fi直连小组。
进一步地，所述第二Wi-Fi直连设备通过主动扫描或被动扫描方式加入所述Wi-Fi直连小组，
所述第二Wi-Fi直连设备通过发送一个探寻帧进行等待，接收到对应的应答信息后获取相应的标识信息，若所述第二Wi-Fi直连设备的标识信息不在所述存储单元中，则建立新的连接。
进一步地，通过所述第一Wi-Fi直连设备构建参考点小组，根据电波传播数学模型，分别对应测量所述第二Wi-Fi直连设备接收所述参考点小组中所述第一Wi-Fi直连设备的RSSI值，并求出所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息。
进一步地，所述电波传播数学模型为空间无线电传播路径损耗模型、对数-常态分布模型、CHAN传播模型、墙壁衰减因子模型或对数距离路径损耗模型。
进一步地，所述定位单元，通过三维立体空间定位算法，对第二Wi-Fi直连设备进行相对定位，
至少三个第一Wi-Fi直连设备接收同一第二Wi-Fi直连设备的RSSI，根据修正后的相对距离信息为半径，结合空间立体几何学原理，以第一Wi-Fi直连设备自身为球心，构造出至少三个球，不同球心的球面交叉点就是二Wi-Fi直连设备的位置。
特别地，本发明还提供了一种应用于所述定位系统的方法，包括步骤：
S1，建立Wi-Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi-Fi直连设备接入所述Wi-Fi直连小组；
S2，测量所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息；
S3，修正所述测距单元测量的所述相对距离信息；和
S4，根据所述误差修正单元修正后的的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi-Fi直连设备的位置。
本发明包括小组管理单元、测距单元、误差修正单元和定位单元。本发明不需Wi-Fi路由器或接入点，成本低廉，设备之间连接过程简单，因此可随时随地实现连接，并且便于携带，安全有效。且本发明通过测距误差修正算法，对测算距离进行修正，增加了定位的精度，且随着近年Wi-Fi热点分布越来越密集，增加了定位的范围和精确度。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明一实施例的基于Wi-Fi直连技术的定位系统的示意性结构图；
图2是本发明一实施例的基于Wi-Fi直连技术的定位方法的流程图。
具体实施方式
图1是本发明一实施例的基于Wi-Fi直连技术的定位系统的示意性结构图。如图1所示，本发明的基于Wi-Fi直连技术的定位系统，包括小组管理单元、测距单元、误差修正单元和定位单元。小组管理单元用于建立Wi-Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi-Fi直连设备接入所述Wi-Fi直连小组，所述Wi-Fi直连小组至少包括第一Wi-Fi直连设备和第二Wi-Fi直连设备。测距单元用于测量所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息。误差修正单元通过测距误差修正算法修正所述测距单元测量的所述相对距离信息。定位单元根据所述误差修正单元修正后的的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi-Fi直连设备的位置。其中，所述第一Wi-Fi直连设备为带有物理地址的直连设备且所述Wi-Fi直连小组中至少包括三个第一Wi-Fi直连设备，所述第二Wi-Fi直连设备为未知位置的直连设备。
本发明包括小组管理单元、测距单元、误差修正单元和定位单元。本发明包括小组管理单元、测距单元、误差修正单元和定位单元。本发明不需Wi-Fi路由器或接入点，成本低廉，设备之间连接过程简单，因此可随时随地实现连接，并且便于携带，安全有效。且本发明通过测距误差修正算法，对测算距离进行修正，增加了定位的精度，且随着近年Wi-Fi热点分布越来越密集，增加了定位的范围和精确度。
在一实施例中，本发明还包括存储单元，用于存储所述Wi-Fi直连小组中的所有直连设备的设备信息。进一步地，所述Wi-Fi直连小组为临时性小组或永久性小组。进一步地，所述Wi-Fi直连小组中的所述第一Wi-Fi直连设备自动协调，确定出一个第一Wi-Fi直连设备负责管理所述Wi-Fi直连小组。所述第二Wi-Fi直连设备通过主动扫描或被动扫描方式加入所述Wi-Fi直连小组，
所述第二Wi-Fi直连设备通过发送一个探寻帧进行等待，接收到对应的应答信息后获取相应的标识信息，若所述第二Wi-Fi直连设备的标识信息不在所述存储单元中，则建立新的连接。
进一步地，通过所述第一Wi-Fi直连设备构建参考点小组，根据电波传播数学模型，分别对应测量所述第二Wi-Fi直连设备接收所述参考点小组中所述第一Wi-Fi直连设备的RSSI值，并求出所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息。所述电波传播数学模型为空间无线电传播路径损耗模型、对数-常态分布模型、CHAN传播模型、墙壁衰减因子模型或对数距离路径损耗模型。
在无线传感器网络中，任取第一Wi-Fi直连设备(信标节点)，之间的距离d与误差会存在如公式(1)关系：
α表示误差修正系数，β表示误差修正系数；
设：
di表示参考的测量距离值，Δdi表示估计的距离值与实际值之间的差，公式(2)中的k指得是小组中参考节点的数量；
根据数学运算中的多元函数极值计算方法，对(2)式中的误差修正系数分别进行偏导求解得到公式(3)：
通过(3)方程得：
然后根据式(4)计算出测距误差的修正系数α和β，对节点间的测量距离进行修正：
进一步地，所述定位单元，通过三维立体空间定位算法，对第二Wi-Fi直连设备进行相对定位，具体通过至少三个第一Wi-Fi直连设备接收同一第二Wi-Fi直连设备的RSSI，根据修正后的相对距离信息为半径，结合空间立体几何学原理，以第一Wi-Fi直连设备自身为球心，构造出至少三个球，不同球心的球面交叉点就是二Wi-Fi直连设备的位置。
特别地，本发明还提供了一种应用于所述定位系统的方法，包括步骤：
S1，建立Wi-Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi-Fi直连设备接入所述Wi-Fi直连小组；
S2，测量所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息；
S3，修正所述测距单元测量的所述相对距离信息；
S4，根据所述误差修正单元修正后的的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi-Fi直连设备的位置。
基于Wi-Fi直连技术的定位系统和GPS定位技术相比，虽然定位精度一般，但是基于Wi-Fi直连技术的定位不需Wi-Fi路由器或接入点，可随时随地实现连接，并且便于携带且用户可用一部Wi-Fi直连设备建立小组，允许其他Wi-Fi直连设备直接接入连接，属于即插即用的范畴。此外，Wi-Fi直连设备成本低廉，设备之间连接过程简单，安全有效。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种基于Wi-Fi直连技术的定位系统，包括：
小组管理单元，用于建立Wi-Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi-Fi直连设备接入所述Wi-Fi直连小组，所述Wi-Fi直连小组至少包括第一Wi-Fi直连设备和第二Wi-Fi直连设备；
测距单元，用于测量所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息；
误差修正单元，通过测距误差修正算法修正所述测距单元测量的所述相对距离信息；和
定位单元，根据所述误差修正单元修正后的的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi-Fi直连设备的位置；
其中，所述第一Wi-Fi直连设备为带有物理地址的直连设备且所述Wi-Fi直连小组中至少包括三个第一Wi-Fi直连设备，所述第二Wi-Fi直连设备为未知位置的直连设备。
2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，还包括存储单元，用于存储所述Wi-Fi直连小组中的所有直连设备的设备信息。
3.根据权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，所述Wi-Fi直连小组为临时性小组或永久性小组。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的定位系统，其特征在于，所述Wi-Fi直连小组中的所述第一Wi-Fi直连设备自动协调，确定出一个第一Wi-Fi直连设备负责管理所述Wi-Fi直连小组。
5.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述第二Wi-Fi直连设备通过主动扫描或被动扫描方式加入所述Wi-Fi直连小组，所述第二Wi-Fi直连设备通过发送一个探寻帧进行等待，接收到对应的应答信息后获取相应的标识信息，若所述第二Wi-Fi直连设备的标识信息不在所述存储单元中，则建立新的连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的定位系统，其特征在于，通过所述第一Wi-Fi直连设备构建参考点小组，根据电波传播数学模型，分别对应测量所述第二Wi-Fi直连设备接收所述参考点小组中所述第一Wi-Fi直连设备的RSSI值，并求出所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息。
7.根据权利要求6所述的定位系统，其特征在于，所述电波传播数学模型为空间无线电传播路径损耗模型、对数-常态分布模型、CHAN传播模型、墙壁衰减因子模型或对数距离路径损耗模型。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的定位系统，其特征在于，所述定位单元，通过三维立体空间定位算法，对第二Wi-Fi直连设备进行相对定位，
至少三个第一Wi-Fi直连设备接收同一第二Wi-Fi直连设备的RSSI，根据修正后的相对距离信息为半径，结合空间立体几何学原理，以第一Wi-Fi直连设备自身为球心，构造出至少三个球，不同球心的球面交叉点就是二Wi-Fi直连设备的位置。
9.一种应用于权利要求8中任一项所述的定位系统的方法，包括步骤：
S1，建立Wi-Fi直连小组，通过邀请机制邀请其他Wi-Fi直连设备接入所述Wi-Fi直连小组；
S2，测量所述第一Wi-Fi直连设备与所述第二Wi-Fi直连设备间的相对距离信息；
S3，修正所述测距单元测量的所述相对距离信息；和
S4，根据所述误差修正单元修正后的的相对距离信息，建立相对位置关系坐标，确定所述第二Wi-Fi直连设备的位置。
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