CN115550833A - Wi-Fi定位方法和系统 - Google Patents
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Abstract
Wi‑Fi定位方法和系统，该方法包括：接入点设备生成并发送信道状况指示帧；被定位设备接收信道状况指示帧；被定位设备根据信道状况指示帧指示的当前信道状况生成扫频信息帧，扫频信息帧包括时频域资源指示信息，其中时频域资源指示信息指定时频域资源块；被定位设备发送扫频信息帧；定位锚点设备接收扫频信息帧；被定位设备在时频域资源指示信息指定的时频域资源块上发送定位帧；接收到扫频信息帧的定位锚点设备在时频域资源指示信息指定的时频域资源块上接收定位帧，并根据定位帧确定接收到扫频信息帧的每个定位锚点设备与被定位设备之间的CSI信息；以及根据CSI信息，确定被定位设备的位置。本发明能够以降低的成本和复杂度，完成较高精度的Wi‑Fi定位。
Description
技术领域
本申请涉及无线定位技术，尤其涉及一种Wi-Fi定位方法和系统。
背景技术
在过去的几十年中，人们对室内定位技术进行了广泛的研究，智能手机和具有无线通信功能的可穿戴设备的大规模普及使此类设备的定位和跟踪成为相应用户的定位和跟踪的代名词，并实现了广泛的相关应用程序和服务，用户和设备的定位已广泛应用于卫生部门、工业、灾难管理、建筑物管理、监视以及许多其他地方。具体而言，室内定位主要利用Wi-Fi、蓝牙、UWB、LoRA、超声、红外等信号，用于定位的技术手段主要包括RSSI、AoA、ToA/TDoA、Wi-Fi指纹(Fingerprint)等。
然而，在室外物联网应用的场景中，由其例如在牧场、农场、果园、工厂、港口等大规模室外物联网应用中，现有室内/室外定位手段仍然存在明显的不足之处。一方面，现有的室外定位主要通过GPS信号，GPS定位精度低，无法满足室外物联网应用的需求。而且，GPS定位模块通常仅支持定位功能，在GPS与物联网相结合的应用中，在物联网设备中需要配备GPS定位模块以及物联网模块两个模组，不必要地增加了物联网定位系统的复杂度以及部署和维护成本。
另一方面，当前已有的室内定位/测距技术对于室外物联网应用而言仍存在各种各样的缺点。UWB技术定位精度高，但是对硬件要求较高，且支持的终端和锚点少。基于Wi-Fi的定位/测距技术是研究的热门，但已有的方案在精度/复杂度/实时性等方面无法做到很好的折中：已有的一些高精度Wi-Fi定位/测距方案复杂度较高且实时性较差；而一些简单的Wi-Fi定位/测距方案则精度很低。现有Wi-Fi定位技术通过标准Wi-Fi协议进行测距，在信道扫描时发送的冗余信息较多、扫描周期较长，从而效率低下。
此外，本申请的发明人还注意到，这些已有的定位技术往往关注于通过少数几个或者一个锚点设备来定位目标/终端，这对单个锚点设备的测距/方向精度要求很高，且单锚点设备的测量/计算负载也比较大。对于锚点设备众多的室外物联网定位系统而言，由其是一种技术实现和部署和维护成本的阻碍。
综上，现有技术中需要一种物联网定位系统和方法，例如Wi-Fi定位系统和方法，其能够以降低的成本和技术复杂度，完成较高精度的定位(尤其是室外定位)，以解决现有技术中存在的至少上述问题。应理解，上述所列举的技术问题仅作为示例而非对本发明的限制，本发明并不限于同时解决上述所有技术问题的技术方案。本发明的技术方案可以实施为解决上述或其他技术问题中的一个或多个。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种Wi-Fi定位系统和方法，其能够以降低的成本和技术复杂度，完成较高精度的定位。
在本发明的一方面，提供一种在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，该Wi-Fi网络包括多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备，该方法包括：至少一个接入点设备中的一个生成并发送指示当前信道状况的信道状况指示帧；至少一个被定位设备中的一个接收所述信道状况指示帧；接收到所述信道状况指示帧的被定位设备根据所述信道状况指示帧指示的当前信道状况生成扫频信息帧，所述扫频信息帧包括时频域资源指示信息，其中所述时频域资源指示信息指定一个或多个时频域资源块；接收到所述信道状况指示帧的被定位设备发送所述扫频信息帧；所述多个定位锚点设备中的一个或多个定位锚点设备接收所述扫频信息帧；接收到所述信道状况指示帧的被定位设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上发送一个或多个定位帧；接收到所述扫频信息帧的一个或多个定位锚点设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上接收所述一个或多个定位帧，并根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息；以及根据所述CSI信息，确定接收到所述扫频信息帧的被定位设备的位置。
可选地，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频信息帧的PHY和/或MAC包头字段中。
可选地，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频信息帧的保留域、用户自定义字段、自定义帧结构和比特映射的一个或多个中。
可选地，所述一个或多个定位锚点设备位于接收到所述信道状况指示帧的被定位设备的Wi-Fi信号传输范围内。
可选地，所述一个或多个定位锚点设备是位于接收到所述信道状况指示帧的被定位设备的Wi-Fi信号传输范围内并能够与该被定位设备进行Wi-Fi通信的所有定位锚点设备。
可选地，根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息的步骤包括：接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备根据所述一个或多个定位帧进行CSI拼接，以获得该定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
可选地，根据所述CSI信息确定接收到所述扫频信息帧的被定位设备的位置的步骤包括：接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备根据所述CSI信息确定该定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的距离，并将所述距离汇总到所述至少一个接入点设备中的一个或位于所述Wi-Fi网络之内或之外的服务器以确定所述被定位设备的位置。
可选地，接收到所述信道状况指示帧的被定位设备在发送所述一个或多个定位帧之前，发送CTS帧。
在本发明的另一方面，提供一种在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，该Wi-Fi网络包括多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备，该方法包括：至少一个接入点设备中的一个发送扫频指示帧，其中所述扫频指示帧包括时频域资源指示信息，其中所述时频域资源指示信息指定一个或多个时频域资源块；至少一个被定位设备中的一个接收所述扫频指示帧；所述多个定位锚点设备中的一个或多个定位锚点设备接收所述扫频指示帧；接收到所述扫频指示帧的被定位设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上发送一个或多个定位帧；接收到所述扫频指示帧的一个或多个定位锚点设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上接收所述一个或多个定位帧，并根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息；以及根据所述CSI信息，确定接收到所述扫频指示帧的被定位设备的位置。
可选地，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频指示帧的PHY和/或MAC包头字段中。
可选地，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频指示帧的保留域、用户自定义字段、自定义帧结构和比特映射的一个或多个中。
可选地，所述扫频指示帧为触发帧。
可选地，所述一个或多个定位锚点设备位于接收到所述扫频指示帧的被定位设备的信号传输范围内。
可选地，所述一个或多个定位锚点设备是位于接收到所述扫频指示帧的被定位设备的Wi-Fi信号传输范围内并能够与该被定位设备进行Wi-Fi通信的所有定位锚点设备。
可选地，所述至少一个接入点设备中的一个向所述至少一个被定位设备中的一个或多个发送扫频指示帧，且所述至少一个站点设备中的一个或多个通过监听接收所述扫频指示帧。
可选地，根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息的步骤包括：接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备根据所述一个或多个定位帧进行CSI拼接，以获得该定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
可选地，根据所述CSI信息确定接收到所述扫频指示帧的被定位设备的位置的步骤包括：接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备根据所述CSI信息确定该定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的距离，并将所述距离汇总到所述至少一个接入点设备中的一个或位于所述Wi-Fi网络之内或之外的服务器以确定所述被定位设备的位置。
可选地，接收到所述扫频指示帧的被定位设备在发送所述一个或多个定位帧之前，发送CTS帧。
在根据本发明上述方面的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法中，进一步可选地，所述多个定位锚点设备还包括已确定位置的一个或多个被定位设备。
进一步可选地，所述时频域资源指示信息包括多个频点和频点间及频点内的时域间隔。
进一步可选地，所述时频域资源指示信息还包括重发次数。
进一步可选地，所述时频域资源指示信息包括所述一个或多个时频域资源块的编码信息。
进一步可选地，所述定位帧不包含载荷。
进一步可选地，所述定位帧包含PHY头部中的HE-LTF字段。
进一步可选地，所述多个定位锚点设备和至少一个被定位设备形成树形Wi-FiMesh网络，其中所述至少一个接入点设备形成所述树形Wi-Fi Mesh网络的根节点和中间节点、所述至少一个站点设备和所述至少一个被定位设备形成所述树形Wi-Fi Mesh网络的叶子节点。
进一步可选地，所述至少一个接入点设备中的每个为AP设备或SoftAP设备。
在本发明的又一方面，提供一种Wi-Fi定位系统，包括：
形成Wi-Fi网络的多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备；
其中所述Wi-Fi定位系统配置为执行根据本公开实施方式的一种或多种Wi-Fi定位方法。
可选地，所述至少一个被定位设备中的每个与所述至少一个站点设备中的每个相比具有较低的计算能力和较低的功耗。
可选地，所述至少一个站点设备以及至少一个被定位设备中的每个为单天线设备。
相比于现有Wi-Fi定位方案，本发明的优点包括但不限于：
(1)通过基于私有协议的信道扫描机制提升扫描效率；
(2)节省时频域资源；
(3)降低被定位设备和站点设备功耗
(4)提升CSI估计的精度；以及
(5)以降低的成本和技术复杂度，完成较高精度的Wi-Fi定位。
应理解，本发明并不限于同时提供上述优点的技术方案。本发明的技术方案可以实施为解决提供上述或其他优点中的一个或多个。还应理解，上述对背景技术以及发明内容概要的描述仅仅是示意性的而非限制性的。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的Wi-Fi定位系统的示意性框图。
图2示出根据本发明第一实施例的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法的示意流程图。
图3示出在根据本发明的实施例中，由时频域资源指示信息指定的时频域资源块的示意性框图。
图4示出在根据本发明的实施例中，扫频信息帧和/或扫频指示帧的示意性框图。
图5示出根据本发明第二实施例的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本发明，附图构成本发明公开的一部分并通过图示的方式示出示例性的实施例。应理解，附图所示以及下文所述的实施例仅仅是说明性的，而不作为对本发明的限制。
图1示出根据本发明实施例的Wi-Fi定位系统100的示意性框图。如图所示，Wi-Fi定位系统100包括形成Wi-Fi网络102的多个定位锚点设备和多个被定位设备112a、112b(统称为被定位设备112)。定位锚点设备和被定位设备例如可以通过Mesh自组网或网线实现互联。多个锚点设备包括接入点设备108a、108b和108c(统称为接入点设备108)和站点设备110a、110b、…、110g(统称为站点设备110)。为便于叙述，在本公开中，接入点设备可以简称为AP/SoftAP设备，站点设备可以是Wi-Fi站点设备，简称为STA设备。接入点设备可以是AP设备，也可以是SoftAP设备，其一方面能够作为AP/Soft AP向其他STA设备提供互联网的服务或者入网中继，另一方面也可以作为定位锚点，为其他物联网设备提供定位服务。STA设备可以作为定位锚点，为其他物联网设备提供定位服务。
被定位设备在本公开中可以简称为TAG设备。TAG设备可以作为STA工作或包括至少一个STA，与AP/SoftAP通信连接并通过AP/SoftAP访问外部网络。图1示出的TAG设备包括所示养殖/畜牧区域的动物或其他移动的活物/物体佩戴或配置的被定位设备112a和112b。作为非限制性示例，可以在需定位的活物上佩戴可穿戴设备，其中包含若干传感器和TAG设备或者STA设备，用于定位和活物监测数据传输。虽然图1中示出本发明的Wi-Fi定位系统配置用于养殖/畜牧区域，但本发明的实施例并不限制于此。本领域技术人员应理解，本发明的Wi-Fi定位系统可以用于各种物联网应用，例如牧场、农场、果园、工厂、港口等室外物联网应用。
在图1所示的示意性实施例中，定位锚点设备和被定位设备形成树形Wi-Fi Mesh网络，其中接入点设备108形成树形Wi-Fi Mesh网络的根节点和中间节点、站点设备110和被定位设备112形成所述树形Wi-Fi Mesh网络的叶子节点。
应理解，本发明中，锚点设备和被定位设备的角色是可以相互转换的。例如，已确定位置的一个或多个被定位设备可以作为锚点设备工作，以便协助其他TAG设备的定位。另外，本领域技术人员应理解，SoftAP设备和STA设备的角色也是可以切换的。例如，同时开启SoftAP和STA功能的Wi-Fi设备可以在本发明的方案中作为接入点设备工作，而同一设备关闭SoftAP功能后可以在本发明的方案中作为锚点设备或TAG设备工作。此外，畜牧场人员携带的手机116或其他需要联网的设备，例如温度传感器114a、消防栓114b等，均可以接入本发明的Wi-Fi网络进行Wi-Fi网络通信，并且可以根据需要或配置作为接入点设备、STA设备或TAG设备工作。
在一个实施例中，被定位设备112中的每个与站点设备110中的每个相比具有较低的计算能力和较低的功耗。作为非限制性示例，被定位设备可以是由电池供电的低功耗物联网设备，且小型化以便于跟踪活物/物体。站点设备可以是相对固定的设备，因此可以由容量较大的电池供电，或者通过交流电源或太阳能电池板等方式供电。特别是，站点设备以及被定位设备中的每个可以实现为单天线设备。以此方式，可以按成本高效的方式实施本发明的Wi-Fi定位系统，采用低成本的设备来完成Wi-Fi网络通信以及Wi-Fi定位的功能，而无需在被定位设备上额外配置GPS模块，或者采用大量昂贵的高性能AP设备作为锚点设备。
本发明的Wi-Fi定位系统100中的Wi-Fi网络可以通信连接到服务器104，例如部署在本地或云端的服务器。服务器可以为本发明的Wi-Fi定位系统提供更高计算性能以及后端管理功能。例如用户可以通过不同的远程终端106访问服务器以对本发明的Wi-Fi定位系统100进行访问和管理。应理解，本发明的实施不限于此，本发明的Wi-Fi定位系统可以实施为包括或不包括服务器，且用户可以通过接入Wi-Fi定位系统的本地终端，例如手机116对本发明的Wi-Fi定位系统进行访问和管理。
在本发明的实施例中，可以通过被定位设备使用预置的发射时频域信号模式来发射信号，定位锚点通过接收到的信号获得CSI，并利用CSI进行定位。
图2示出根据本发明第一实施例的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法200的示意流程图。该Wi-Fi网络可以包括多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备。作为示例而非限制，该Wi-Fi网络可以实施为图1所示的Wi-Fi网络102。
在步骤202，至少一个接入点设备中的一个生成并发送指示当前信道状况的信道状况指示帧。在步骤204，至少一个被定位设备中的一个接收所述信道状况指示帧。例如，接入点设备可以通过广播触发帧或信标帧来承载可用频点信息，被定位设备可以通过接收触发帧或信标帧来获取信道信道状况信息。以此方式，电源受限的被定位设备(TAG设备)不需要消耗受限的电池电力来获取信道状况(例如可用的频点)从而获得延长的待机和工作时间。
在步骤206，接收到所述信道状况指示帧的被定位设备根据所述信道状况指示帧指示的当前信道状况生成扫频信息帧，所述扫频信息帧包括时频域资源指示信息，其中所述时频域资源指示信息指定一个或多个时频域资源块。
在步骤208，接收到所述信道状况指示帧的被定位设备发送所述扫频信息帧。
在步骤210，所述多个定位锚点设备中的一个或多个定位锚点设备接收所述扫频信息帧。
在步骤212，接收到所述信道状况指示帧的被定位设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上发送一个或多个定位帧。作为非限制性示例，定位帧可以在MAC层或物理层发送。
在步骤214，接收到所述扫频信息帧的一个或多个定位锚点设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上接收所述一个或多个定位帧，并根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
在步骤216，根据所述CSI信息，确定接收到所述扫频信息帧的被定位设备的位置。
本发明通过基于私有协议的信道扫描机制能够提升扫描效率、节省时频域资源、降低被定位设备和站点设备功耗，并提升CSI估计的精度。
图3示出在根据本发明的实施例中，由时频域资源指示信息指定的时频域资源块的示意性框图。图3所示的框图中，横轴表示时域上的时间间隔，纵轴表示频域上的频点，横纵交叉点上的每个格子表示一个时频域资源。应理解，跳频方式不必如图3所示，且不同的帧在频域上可以有部分重叠。作为示例而非限制，在图3中，一个格子在频域表示20M；空白的各自空闲；“占用”则表明该时频域资源块被占用。
根据时频域资源指示信息指定的时频域资源块，TAG设备在送定位帧时可以进行多次频点切换，从而在与数据通信相比在更大的带宽上发送定位帧。以此方式，定位锚点设备(站点设备和/或接入点设备)在接收到时频域资源指示信息后，可以在指定的时频域资源上接收TAG设备后续发送的定位包。定位锚点设备收到每一个TAG设备的发包，均可以获取对应的CSI信息，包括但不限于频域上每个子载波上的信道估计。然后，定位锚点设备可以根据定位包，进行CSI拼接，以获得CSI信息。进而，定位锚点设备可以采用已知或将来开发的方法根据CSI信息获取定位锚点设备与TAG设备间的距离信息。
在本发明的实施例中，被定位设备可以根据可用频点信息选择时频域资源指示指示信息，其中时频域资源指示信息可以包括多个频点和频点间及频点内的时域间隔。进一步，时频域资源指示信息还可以包括重发次数。
应理解，时频域资源指示信息可以包括直接指示一个或多个时频域资源块的信息，例如频点和频点间及频点内的时域间隔，也可以包括一个或多个时频域资源块的编码信息。以此方式，时频域资源指示信息的发送方和接收方可以按照约定的编码方式生成时频域资源块的编码信息，并按约定的解码方式对时频域资源块的编码信息进行解码，从而提高传输效率。
作为非限制性示例，TAG设备可以通过扫频信息帧中的类型/子类型字段进入定位模式，即将指定的时频域资源指示信息发送给锚点设备以进行Wi-Fi定位。
在本发明的实施例中，时频域资源指示信息可以承载于扫频信息帧的PHY和/或MAC包头字段中。例如扫频信息帧的一种示例结构如图4所示。图4示出在根据本发明的实施例中，扫频信息帧和/或扫频指示帧(统称为“扫频帧”)的示意性框图。
在图4所示的例子中，扫频帧的头部包括两个字节B0至B1的“协议版本”字段402，两个字节B2至B3的“类型”字段，四个字节B4至B7的“子类型”字段，这些字段为下图是Wi-Fi协议中MAC帧控制和序列控制字段。“载荷”字段410可以承载根据本发明的时频域资源指示信息。
协议中，“类型”字段的比特映射及其含义见下表：
| 类型 | 类型描述 |
| 00 | 管理 |
| 01 | 控制 |
| 10 | 数据 |
| 11 | - |
当“类型”字段取值为10(数据帧)时，“子类型”字段的比特映射及其含义见下表：
因为Wi-Fi协议中当“类型”字段取值为10时，“子类型“字段取值为1101是保留的。基于此，在本发明的实施例中，可以定义TAG、STA和AP/SoftAP所遵循的私有协议，其中令“子类型”字段为1101时表示扫频帧，该扫频帧的其他字段含义与数据帧(“子类型”字段取值为0000)的字段相同。TAG、STA和AP/SoftAP之间可以应该按照该约定的方式生成、收发以及处理扫频帧。应注意，扫频帧的MAC PDU中的载荷含义特殊，可以承载时频域资源指示信息，即通过载荷中的内容来指示TAG发送定位帧时扫描信道所使用的时频域资源。TAG收到扫频帧后，回复ACK，而后开始信道扫描。在本发明的非限制性实施例中，当“类型”字段取值为10且“子类型”字段取值为1101时，如果载荷中的比特序列与和预定的序列(如8位的0xFF)相同，则可以表示关闭TAG的扫描模式，TAG收到该包后关闭扫频模式，STA在收到该包后根据已获取的CSI对TAG进行测距。
作为示例而非限制，当指示时频域资源时，该比特序列中的数据比特的信号表示模式可以是以8个比特指示一个频点，则N个频点共N×8比特(N为频点个数)，8比特可以表示信道编号。信道编号和频率的对应关系可以根据标准Wi-Fi协议，也可以根据私有协议进行自定义。下表是一种信道编号和频率的对应关系的例子，其中信道扫描的跳频顺序和N个8bits的顺序相同。TAG收到该控制帧并反馈ACK后，根据指示的发包指示信息进行信道扫描。
本领域技术人员应理解，以上仅为时频域资源指示信息的的表示和承载方式的非限制性示例，本发明的实施不限于此。相反，时频域资源指示信息可以承载于所述扫频信息帧的保留域、用户自定义字段、自定义帧结构和比特映射的一个或多个中。
根据本发明的实施例，可以通过PHY和MAC包头中的保留比特位或未使用的比特映射来传递时频域资源指示信息，控制TAG发包所使用的时频域资源。接入点设备或者TAG设备可以根据信道状态指示告知TAG设备跳频次数和所使用频率。接入点设备或者TAG设备的时频域资源指示信息也能被STA设备所解析，从而在对应频点接收TAG发包，用于定位。以上方式均不需要控制帧等额外的开销，进一步提高了信道扫描的效率。接收端在对应的时频域资源做接收处理以获取CSI，接收侧可以进行CSI拼接以获得距离信息进行定位。
图5示出根据本发明第二实施例的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法500。该Wi-Fi网络包括多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备。作为示例而非限制，该Wi-Fi网络可以实施为图1所示的Wi-Fi网络102。
在步骤502，至少一个接入点设备中的一个发送扫频指示帧，其中所述扫频指示帧包括时频域资源指示信息，其中所述时频域资源指示信息指定一个或多个时频域资源块。
在步骤504，至少一个被定位设备中的一个接收所述扫频指示帧。
在步骤506，所述多个定位锚点设备中的一个或多个定位锚点设备接收所述扫频指示帧。
在步骤508，接收到所述扫频指示帧的被定位设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上发送一个或多个定位帧。
在步骤510，接收到所述扫频指示帧的一个或多个定位锚点设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上接收所述一个或多个定位帧，并根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
在步骤512，根据所述CSI信息，确定接收到所述扫频指示帧的被定位设备的位置。
应理解，根据第二实施例的方案与根据第一实施例的方案之间的区别主要在于，在第一实施例中，由TAG设备通过扫频信息帧来指定TAG发送定位帧的时频域资源，而在第二实施例中，由接入点设备(AP或SoftAP)通过扫频指示帧来指定TAG发送定位帧的时频域资源。因此，两个实施例中相同或类似的方面将不在此赘述。
在本实施例中，TAG向STA发送的扫频信息帧的格式可以等同于SoftAP控制TAG发包的扫频指示帧的格式，如上文关于第一实施例所述。
例如，所述时频域资源指示信息可以包括多个频点和频点间及频点内的时域间隔。所述时频域资源指示信息还可以包括重发次数。所述时频域资源指示信息可以包括所述一个或多个时频域资源块的编码信息。
在本发明的实施例中，所述时频域资源指示信息可以承载于所述扫频指示帧的PHY和/或MAC包头字段中。所述时频域资源指示信息承可以载于所述扫频指示帧的保留域、用户自定义字段、自定义帧结构和比特映射的一个或多个中。
此外，所述扫频指示帧可以为触发帧(Trigger)。以此方式，可以在接入点设备根据Wi-Fi协议发送的标准帧中附加根据私有协议定位的信息，从而在保持标准协议兼容性的同时，扩展本发明方案中Wi-Fi设备的定位功能。
然而，本发明的实施不限于此，本领域技术人员可以对于扫频信息帧和扫频指示帧可以采用相同或不同的格式，而不脱离本发明的原理。
在本发明的第一实施例中，对于TAG设备所发用于信道扫描的帧(即扫频信息帧)，无需反馈ACK。在本发明的第二实施例中，SoftAP下发的用于控制TAG进行信道扫描的帧(即扫频指示帧帧)，则需要TAG反馈ACK，以保证控制信息下发正确。对于数据传输的业务包，则正常反馈ACK。
对于本发明的第一实施例和第二实施例而言，所述定位帧可以不包含载荷。进一步，所述定位帧可以包含PHY头部中的HE-LTF字段。以此方式，可以基于物理层定位帧的包头字段进行Wi-Fi定位，而不需消耗计算资源和时间对定位帧的载荷进行解析。
此外，TAG设备信道扫描(跳频)的发包(即扫频指示帧)也可以只需要利用PHY中前导码的HT/VHT/HE-LTF字段进行信道估计，从而可以使用类似NDP(Non-data packet)那样没有载荷包，以节省时间资源。
常规物理层包中的前导码会包含HE-LTF字段，接收方可以根据该字段进行信道估计。
应理解，在树形Wi-Fi Mesh网络中，站点设备相互之间不能直接进行通信的，而需要经由接入点设备AP/SoftAP转发，但本发明的定位方法和系统并不因此受到限制。在本发明的实施例中，TAG设备的Wi-Fi信号传输范围内的定位锚点设备都可以参与该TAG设备的定位。进一步，位于TAG设备的Wi-Fi信号传输范围内并能够与该被定位设备进行Wi-Fi通信的定位锚点设备都可以参与该TAG设备的定位。
在本发明的实施例中，根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息的步骤可以包括：接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备根据所述一个或多个定位帧进行CSI拼接，以获得该定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
在本发明的实施例中，根据所述CSI信息确定接收到所述扫频信息帧的被定位设备的位置的步骤可以包括：接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备根据所述CSI信息确定该定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的距离，并将所述距离汇总到所述至少一个接入点设备中的一个或位于所述Wi-Fi网络之内或之外的服务器以确定所述被定位设备的位置。
在本发明的实施例中，接收到所述信道状况指示帧的被定位设备在发送所述一个或多个定位帧之前，可以发送CTS帧。以此方式，在发送定位帧前，TAG设备可以发送CTS信息(含时间信息)，听到CTS信息的设备不会在规定的时间内进行发送操作，避免TAG发送定位帧时与MESH网络中的其他设备发生发包碰撞，从而有助于提高根据本发明方案进行Wi-Fi定位的精度。
虽然出于本公开的目的已经描述了本发明各方面的各种实施例，但是不应理解为将本公开的教导限制于这些实施例。在一个具体实施例中公开的特征并不限于该实施例，而是可以和不同实施例中公开的特征进行组合。例如，在一个实施例中描述的根据本发明的系统或方法的一个或多个特征和/或操作，亦可单独地、组合地或整体地应用在另一实施例中。此外，应理解，上文所述方法步骤可以顺序执行、并行执行、合并为更少步骤、拆分为更多步骤，以不同于所述方式组合和/或省略。本领域技术人员应理解，还存在可能的更多可选实施方式和变型，可以对上述方法步骤进行各种改变和修改，而不脱离由本发明权利要求所限定的范围。
Claims (37)
1.一种在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，该Wi-Fi网络包括多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备，该方法包括：
至少一个接入点设备中的一个生成并发送指示当前信道状况的信道状况指示帧；
至少一个被定位设备中的一个接收所述信道状况指示帧；
接收到所述信道状况指示帧的被定位设备根据所述信道状况指示帧指示的当前信道状况生成扫频信息帧，所述扫频信息帧包括时频域资源指示信息，其中所述时频域资源指示信息指定一个或多个时频域资源块；
接收到所述信道状况指示帧的被定位设备发送所述扫频信息帧；
所述多个定位锚点设备中的一个或多个定位锚点设备接收所述扫频信息帧；
接收到所述信道状况指示帧的被定位设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上发送一个或多个定位帧；
接收到所述扫频信息帧的一个或多个定位锚点设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上接收所述一个或多个定位帧，并根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息；以及
根据所述CSI信息，确定接收到所述扫频信息帧的被定位设备的位置。
2.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述多个定位锚点设备还包括已确定位置的一个或多个被定位设备。
3.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息包括多个频点和频点间及频点内的时域间隔。
4.根据权利要求3所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息还包括重发次数。
5.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息包括所述一个或多个时频域资源块的编码信息。
6.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频信息帧的PHY和/或MAC包头字段中。
7.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频信息帧的保留域、用户自定义字段、自定义帧结构和比特映射的一个或多个中。
8.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述定位帧不包含载荷。
9.根据权利要求8所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述定位帧包含PHY头部中的HE-LTF字段。
10.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述多个定位锚点设备和至少一个被定位设备形成树形Wi-Fi Mesh网络，其中所述至少一个接入点设备形成所述树形Wi-FiMesh网络的根节点和中间节点、所述至少一个站点设备和所述至少一个被定位设备形成所述树形Wi-FiMesh网络的叶子节点。
11.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述至少一个接入点设备中的每个为AP设备或SoftAP设备。
12.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述一个或多个定位锚点设备位于接收到所述信道状况指示帧的被定位设备的Wi-Fi信号传输范围内。
13.根据权利要求12所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述一个或多个定位锚点设备是位于接收到所述信道状况指示帧的被定位设备的Wi-Fi信号传输范围内并能够与该被定位设备进行Wi-Fi通信的所有定位锚点设备。
14.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息的步骤包括：接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备根据所述一个或多个定位帧进行CSI拼接，以获得该定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
15.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，根据所述CSI信息确定接收到所述扫频信息帧的被定位设备的位置的步骤包括：接收到所述扫频信息帧的每个定位锚点设备根据所述CSI信息确定该定位锚点设备与接收到所述信道状况指示帧的被定位设备之间的距离，并将所述距离汇总到所述至少一个接入点设备中的一个或位于所述Wi-Fi网络之内或之外的服务器以确定所述被定位设备的位置。
16.根据权利要求1所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，接收到所述信道状况指示帧的被定位设备在发送所述一个或多个定位帧之前，发送CTS帧。
17.一种在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，该Wi-Fi网络包括多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备，该方法包括：
至少一个接入点设备中的一个发送扫频指示帧，其中所述扫频指示帧包括时频域资源指示信息，其中所述时频域资源指示信息指定一个或多个时频域资源块；
至少一个被定位设备中的一个接收所述扫频指示帧；
所述多个定位锚点设备中的一个或多个定位锚点设备接收所述扫频指示帧；
接收到所述扫频指示帧的被定位设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上发送一个或多个定位帧；
接收到所述扫频指示帧的一个或多个定位锚点设备在所述时频域资源指示信息指定的一个或多个时频域资源块上接收所述一个或多个定位帧，并根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息；以及
根据所述CSI信息，确定接收到所述扫频指示帧的被定位设备的位置。
18.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述多个定位锚点设备还包括已确定位置的一个或多个被定位设备。
19.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息包括多个频点和频点间及频点内的时域间隔。
20.根据权利要求19所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息还包括重发次数。
21.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息包括所述一个或多个时频域资源块的编码信息。
22.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频指示帧的PHY和/或MAC包头字段中。
23.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述时频域资源指示信息承载于所述扫频指示帧的保留域、用户自定义字段、自定义帧结构和比特映射的一个或多个中。
24.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述扫频指示帧为触发帧。
25.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述定位帧不包含载荷。
26.根据权利要求25所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述定位帧包含PHY头部中的HE-LTF字段。
27.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述多个定位锚点设备和至少一个被定位设备形成树形Wi-Fi Mesh网络，其中所述至少一个接入点设备形成所述树形Wi-FiMesh网络的根节点和中间节点、所述至少一个站点设备和所述至少一个被定位设备形成所述树形Wi-FiMesh网络的叶子节点。
28.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述至少一个接入点设备中的每个为AP设备或SoftAP设备。
29.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述一个或多个定位锚点设备位于接收到所述扫频指示帧的被定位设备的信号传输范围内。
30.根据权利要求29所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述一个或多个定位锚点设备是位于接收到所述扫频指示帧的被定位设备的Wi-Fi信号传输范围内并能够与该被定位设备进行Wi-Fi通信的所有定位锚点设备。
31.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，所述至少一个接入点设备中的一个向所述至少一个被定位设备中的一个或多个发送扫频指示帧，且所述至少一个站点设备中的一个或多个通过监听接收所述扫频指示帧。
32.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，根据所述一个或多个定位帧确定接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息的步骤包括：接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备根据所述一个或多个定位帧进行CSI拼接，以获得该定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的CSI信息。
33.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，根据所述CSI信息确定接收到所述扫频指示帧的被定位设备的位置的步骤包括：接收到所述扫频指示帧的每个定位锚点设备根据所述CSI信息确定该定位锚点设备与接收到所述扫频指示帧的被定位设备之间的距离，并将所述距离汇总到所述至少一个接入点设备中的一个或位于所述Wi-Fi网络之内或之外的服务器以确定所述被定位设备的位置。
34.根据权利要求17所述的在Wi-Fi网络中进行Wi-Fi定位的方法，其特征在于，接收到所述扫频指示帧的被定位设备在发送所述一个或多个定位帧之前，发送CTS帧。
35.一种Wi-Fi定位系统，包括：
形成Wi-Fi网络的多个定位锚点设备和至少一个被定位设备，其中所述多个锚点设备包括至少一个接入点设备和至少一个站点设备；
其中所述Wi-Fi定位系统配置为执行根据权利要求1至16中的任一项所述的Wi-Fi定位方法，和/或根据权利要求权利要求17至34中的任一项所述所述的Wi-Fi定位方法。
36.根据权利要求35所述的Wi-Fi定位系统，其特征在于，所述至少一个被定位设备中的每个与所述至少一个站点设备中的每个相比具有较低的计算能力和较低的功耗。
37.根据权利要求35所述的Wi-Fi定位系统，其特征在于，所述至少一个站点设备以及至少一个被定位设备中的每个为单天线设备。
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