CN203813965U - 一种用于定位的无线环境数据嗅探器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于定位的无线环境数据嗅探器，包括：Wi-Fi芯片、中央处理器、射频匹配电路、晶振、以太网接口、内存、闪存和天线，所述Wi-Fi芯片为基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片，所述中央处理器分别与所述Wi-Fi芯片、所述晶振、所述以太网接口、所述内存和所述闪存通讯连接，且所述射频匹配电路与所述Wi-Fi芯片和所述天线电性连接。通过上述方式，本实用新型一种用于定位的无线环境数据嗅探器，可获取更多的定位信息，更利于定位，同时，简化芯片的处理与控制，可以大幅的降低成本。

Description

一种用于定位的无线环境数据嗅探器

技术领域

本实用新型涉及电子信息设备领域，特别是涉及一种用于定位的无线环境数据嗅探器。

背景技术

在卫星导航系统难以覆盖的室内环境，位置服务的需求日益迫切。人们80%以上的时间处于室内环境，随着社会现代化建设的不断发展，大型建筑的日益增多，室内位置服务的需求正不断增加。安全监控、商业及个人位置服务、大型场馆管管理、特殊人群监护等领域都需要使用准确的室内定位信息，特别是在应对紧急疏散等应急场景时，室内定位信息更是显得尤为重要。随着室内位置服务的需求日益迫切，位置服务正开始由室外导航向室内外无缝导航进行转变。

我国手机用户已达10亿，与位置服务相关的用户数量已超过5亿，发展迅猛。占领手机用户的室内定位市场成为位置服务中的竞争热点。

目前，移动通信网、Wi-Fi与蓝牙是可用于手机室内定位的三种无线网络，其中移动通信网定位精度差（数十米至上百米），无法满足应用需求；蓝牙系统信号覆盖差、用户使用少，不适于推广应用；Wi-Fi定位精度高（3~10米），Wi-Fi网络普及率搞，手机用户打开Wi-Fi的比例高，是目前手机室内定位的最核心手段，Wi-Fi采用协议为802.11协议。

手机Wi-Fi定位总体上可分为终端侧定位与网络侧定位两类。终端侧定位由手机检测Wi-Fi无线访问接入点（AP，Access Point）的信号强度，进行定位。终端侧定位的特点是信号获取频率高、定位精度与实时性好，但终端侧定位必须用户安装应用程序之后才能定位，难以用于场馆的统计分析。网络侧定位由AP检测手机发送的Wi-Fi信号强度，对手机进行定位，该种定位方式需要商场安装自有的Wi-Fi网络，从Wi-Fi网络读取用户的手机Wi-Fi信号强度，对手机定位。网络侧定位的精度与实时性略低于终端侧定位，但是不需要手机安装应用程序，只需要手机打开Wi-Fi即可在后台获取手机的位置信息，因此该种方式可用于建筑内的客流统计分析。故此，大型建筑（如商业广场、大型展览馆等）内多有建立自己的网络侧定位系统的需求。在该系统中，检测用户手机Wi-Fi信号强度的无线AP的作用至关重要，在该系统中，检测用户手机Wi-Fi信号强度的无线AP的作用至关重要。

目前的无线AP有家用型与商用型两大类，家用型价格在100元左右，可为少量用户提供上网服务，商用无线AP价格在2000-4000元价位不等，处理能力强，接入用户量大，可为多用户提供上网服务。对于网络侧定位而言，要求无线AP探测各个信道的移动终端的Probe Request与数据帧，解析信号强度与该信号对应的介质访问控制（Media Access Control，MAC）地址，并将这些信息组包上报至指定网络地址。

对于家用型无线AP而言，由于Wi-Fi模块处理能力有限，不能同时支持用户数据通信、Probe Request及数据帧扫描两类功能，因此现有家用型无线AP只进行数据通信，无法检测附近手机的信号强度并将该信息上报至指定的网络地址。

商用型无线AP处理能力强，可在用户数据通信的同时进行Probe Request及数据帧扫描的扫描，从而用于网络侧定位。但由于无线AP需同时进行用户数据通信，因此其数据通信功能、Probe Request及数据帧扫描功能需分时复用。对于无线AP工作在数据通信模式时移动终端发送的Probe Request及数据帧信息，将被漏检测。此外，无线AP可提供通信与定位两种服务，其中用于通信覆盖时的密度要求较低，仅为用于精确定位时的部署密度的一半。现有场馆为了实现精确定位，只有大量增加商用AP的部署数量，极大增加了AP成本。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种用于定位的无线环境数据嗅探器，具有可靠性高、效率高、成本低等优点，同时在电子信息设备的应用及普及上有着广泛的市场前景。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：

提供一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其包括：Wi-Fi芯片、中央处理器、射频匹配电路、晶振、以太网接口、内存、闪存和天线，所述Wi-Fi芯片为基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片，所述中央处理器分别与所述Wi-Fi芯片、所述晶振、所述以太网接口、所述内存和所述闪存通讯连接，且所述射频匹配电路与所述Wi-Fi芯片和所述天线电性连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，还包括若干基于Wi-Fi的通信芯片，所述基于Wi-Fi的通信芯片与所述中央处理器通讯连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，还包括以太网供电装置，所述以太网供电装置与所述以太网接口连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，各个所述基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片之间为并联结构。

在本实用新型一个较佳实施例中，各个所述基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片及基于Wi-Fi的通信芯片之间为并联结构。

本实用新型的有益效果是：可获取更多的定位信息，更利于定位，同时，简化芯片的处理与控制，可以大幅的降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型的一种用于定位的基于802.11协议的无线环境数据嗅探

器一较佳实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的报文结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例包括：

一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其包括：主要包括Wi-Fi芯片，所述Wi-Fi芯片采用了基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片、基于Wi-Fi的通信芯片、中央处理器（CPU, Central Processing Unit）、以太网接口、内存、闪存、晶振、射频匹配电路、以太网供电（POE，Power Over Ethernet）装置以及天线，所述中央处理器分别与所述Wi-Fi芯片、所述晶振、所述以太网接口、所述内存和所述闪存相连接，且所述射频匹配电路与所述Wi-Fi芯片和所述天线相连接，所述以太网供电装置与所述以太网接口相连接。

基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片：用于解析802.11的无线信号，主要是Probe Request及数据帧中的信号强度及其对应的MAC与信道信息；

基于Wi-Fi的通信芯片主要用于用户的数据通信；

CPU：对Wi-Fi芯片解析的信号类型、信道进行控制，并对Wi-Fi芯片解析后的信息进行组包（将定位所需的如MAC地址、信号强度等信息按指定格式组包）与上报；

以太网接口：传输CPU组包后的定位相关信息；

内存、闪存：用于信息解析过程中的中间信息存储；

晶振：提供嗅探器的工作时钟；

射频匹配电路：保障射频接收信号的质量；

天线：收发Wi-Fi无线信号，工作在2.4GHz或5GHz。

与现有无线AP相比，本专利中的无线环境数据嗅探器在接收端采用基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片用于信号抓包解析（即获取其他无线设备的Probe Request与数据帧的MAC地址、信号强度及信道）。在发送端，与现有无线AP相同，本无线环境数据嗅探器亦定期发送Beacon帧，供终端侧定位时解析嗅探器发出的信号强度。为提升网络侧定位精度，本专利中，由CPU控制基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片按如下策略进行802.11协议抓包、组包，过程如下：

步骤1、扫描所在信道的Probe包与数据包，得到扫描到的信号的MAC地址与

信号强度；

步骤2、每预定时间，切换到下一信道，继续进行ProbeRequest与数据帧的

扫描，轮训完全包12个Wi-Fi信道；（实施例中该预定时间可为70ms）；

步骤3、每12个信道轮训完毕后，CPU读取扫描基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片对Probe Request

与数据帧的扫描信息，将检测结果进行组包，报文的内容包括：报文头、信号数量、MAC、强度、信号类型、信道和报文校验码等，报文头为预设格式；信号数量问本次报文所检测到的信号数量，每个信号的基本单位由信号的MAC地址、强度、信号类型（Probe Request 或数据帧）、信号工作信道组成；

步骤4、将上述报文发送至指定的网络地址。 

进一步的，在前述步骤3中，CPU读取基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片的扫描信息时，只读取含MAC地址与信号强度的字段，降低CPU与基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片的读写数据量，提高工作效率，这样在信号数量较多时，可降低由于读写接口堵塞引起的漏读现象。

该步骤的实施例中：基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片扫描到Probe Request与数据帧后，获取数据格式为：RadioTap（标识头） + MAC Header（MAC头） + MAC Payload（该MAC地址对应终端的有效载荷）……。CPU在读取扫描信息时，只读取RadioTap与MAC Header部分的字段。RadioTap由RadioTap Header + RadioTap Data组成，其中RadioTap Header用于起始位识别，长度32bit；RadioTap Data包含TSFT（64bit）、Flag(8bit)、Rate(8bit)、Channel(32bit)、RSSI（8bit），则本专利中，直接读取Channel（信道信息）与RSSI（场强信息）部分的信息，MAC Header部分则可读取MAC地址信息。

进一步的，为提升抓包能力，可并行配置N块基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片，分别扫描不同信道，（例如，当实施例中的N=3时，分别扫描1-4信道、5-8信道、9-12信道），通过不同芯片对信道的复用，可在同等时间内，抓取更多的Probe包与数据包信息，使定位更加精确可靠，并降低用户信号漏检测的概率。

进一步的，为在抓包的同时提供上网通信功能，可再并行配置1块WiFi通信芯片，用于用户上网通信。

所述一种用于定位的无线环境数据嗅探器，为满足Wi-Fi网络侧定位需求，将Wi-Fi芯片设置为抓包模式，成为基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片，持续扫描由其他设备（如手机等）依据802.11协议发出的不同信道的Probe包与数据包，并针对性的获取Probe包与数据包的MAC地址与信号强度，组包传输到指定网络地址，与现有网络侧定位AP相比，由于本案例中的Wi-Fi芯片不进行大量的通信工作，全力用于Probe包与数据包的MAC地址与信号强度探测，因此可获取的用于定位的信息更多，更利于定位，同时，由于不需要进行复杂的数据通信与组网，芯片处理与控制大幅简化，成本可大幅降低，极为适于室内建筑的精确定位导航与位置监控，使室内定位系统的建设成本大幅降低，对于室内位置服务应用推广具有重要意义。

本实用新型一种用于定位的无线环境数据嗅探器的有益效果是：可获取更多的定位信息，更利于定位，同时，简化芯片的处理与控制，可以大幅的降低成本。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其特征在于，包括：Wi-Fi芯片、中央处理器、射频匹配电路、晶振、以太网接口、内存、闪存和天线，所述Wi-Fi芯片为基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片，所述中央处理器分别与所述Wi-Fi芯片、所述晶振、所述以太网接口、所述内存和所述闪存通讯连接，且所述射频匹配电路与所述Wi-Fi芯片和所述天线电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其特征在于，还包括若干基于Wi-Fi的通信芯片，所述基于Wi-Fi的通信芯片与所述中央处理器通讯连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其特征在于，还包括以太网供电装置，所述以太网供电装置与所述以太网接口连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其特征在于，各个所述基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片之间为并联结构。

5.根据权利要求2所述的一种用于定位的无线环境数据嗅探器，其特征在于，各个所述基于Wi-Fi的探测请求及数据帧嗅探芯片及基于Wi-Fi的通信芯片之间为并联结构。