基于Wi-Fi實時定位技術

　　展館無線定位

　　應用方案說明

　　蘇州工業園區優頻科技有限公司

　　1 引言

　　1.1 文檔說明

　　• 本文檔為基于Wi-Fi的實時定位解決方案。

　　1.2 術語與縮寫解釋

　　縮寫、術語 解 釋

　　AP Access Point的縮寫，即負責通訊功能的無線網絡接入點。

　　定位AP/AP定位器 擁有定位功能無線網絡接入點

　　Tag/定位標簽/標簽 基于Wi-Fi的RFID電子標簽。

　　RTLS/實時定位系統 Real Time Location Systems的縮寫，即實時定位系統。

　　Wi-Fi Wireless Fidelity的縮寫，又稱Wireless LAN，或WLAN， 即無線局域網，是IEEE 802.11定義的一個無線網絡通信的工業標準。

　　2 項目需求

　　2.1 項目背景

　　該項目為在展館應用，展館內布置了大量的展品。展館建設關注公共性、舒適性、人性化的商業空間的塑造：有意識增加更多的公共空間， 吸引人們有秩序的駐留，建筑人們提供了一個舒適的環境，努力提高人們在場所中體驗生活的品質，而不僅僅是一些展品。展館內有視頻監控系統、信息發布系統、智能環境信息采集系統以及無線WLAN網絡等多個子系統，通過綜合系統平臺將各子系統進行關聯，實現高品質物聯網體驗。

　　2.2 需求描述

　　1 展品導覽

　　用戶通過展館提供的智能手持終端實現實時獲取多媒體的展品信息。專門定制的手持設備可以隨時查詢關心的展品信息和相關背景知識，以及用戶位置信息服務。當使用定位服務的用戶走進館內時，PDA設備的定位功能能夠顯示用戶所在位置，用戶通過PDA查詢功能能夠定位某類展品，某個展品的具體位置，并通過路徑導引提供服務。

　　2 定位用戶，推送信息

　　展廳內劃分若干個子區域，每個子區域經營不同種類的展品。當用戶手持PDA終端路過某個區域時，系統平臺會根據用戶所在區域向智能終端推送廣告信息。用戶自行瀏覽，如對某一廣告產生關注時，可通過手持查詢終端調出商品詳細信息進行瀏覽，并相應提供路徑導引服務。當來訪領導進行參觀訪問時，系統平臺根據領導所在區域將一些歡迎詞在該區域的大屏中顯示。

　　3 資產跟蹤

　　展館內一些物品進行跟蹤管理，如展品、移動查詢終端等等。

　　4 電子巡更

　　館內擁有一批專門的物業管理及安保人員，對館內定期巡更，為對巡更人員進行科學有效管理，系統提供巡更功能。通過無線定位系統對巡更人員的巡更路線和狀況進行記錄，并在后臺管理軟件中顯示。

　　無線定位系統性能要求：

　　1. 要實現移動定位，即對展館內流動人員進行定位，要求將定位時延降至最小，保障系統實時性。

　　2. 一般定位精度要求控制在3-5米范圍以內。

　　3. 能夠與綜合系統平臺互聯，以實現多個系統間配合

　　2.3 需求分析

　　在展館部署WLAN網絡，通過Wi-Fi實時定位系統，能實現智能終端的無線傳輸和實時定位。定位精度可以達到3-5米，在一些特殊環境下可以將定位精度提高到1米。

　　1. 終端定位

　　在帶有Wi-Fi的PDA終端上，實現實時定位，定位響應時間可以達到1秒內。PDA上通過電子地圖顯示位置，能實現類似GPS的導航系統，信息搜索、廣告等位置服務功能。在某些環境下，終端定位到某個展品的位置，可以實現更細化的信息服務。

　　2. 終端監控

　　在后臺定位平臺上可以定位各個PDA終端的位置，在電子地圖上顯示。并且可以實時地進行數據交互。

　　3. 資產定位

　　資產上安裝帶有振動傳感器的標簽，資產一旦移動就可以報警。資產和主人出入大門時，進行配對。

　　4. 電子巡更

　　保安可以佩戴Wi-Fi標簽，或者配備Wi-Fi手機，代替傳統的對講機。后臺可以實時知道保安的位置。并且可以結合視頻系統，根據保安位置調用視頻。記錄保安的巡邏軌跡，可以回放分析。

　　2.4 WiFi方案優勢

　　WiFi普及率高：全球Wi-Fi用戶已達7億; Wi-Fi網絡應用覆蓋廣泛，可以利用已鋪設的Wi-Fi網絡，避免網絡的重復建設;

　　數據傳輸速率快：可達1Mbps～54Mbps

　　強大的網絡擴展功能：Wi-Fi網絡可方便的實現語音、視頻、定位、無線傳感等多種功能。

　　定位終端多：中國智能手機超過1億部

　　室內定位： WiFi可以實現室內定位，GPS做不到

　　2.5 優頻科技系統的優勢

　　定位精度高：室內精度高達3M，實時性好

　　定位數量多： 1個AP支持200多個終端同時定位，而其他定位算法同時定位數量不超過30個

　　使用方便： 不需要在手機上安裝軟件就可以定位

　　分布式定位服務器： 支持上萬個定位目標同時定位

　　采用AP掃描方式: 支持iOS的iPhone和iPAD定位,手機不需要連接AP就了可以定位，一個AP可以同時掃描200多個終端。

　　3 方案設計

　　3.1 設計理念

　　整個系統方案的設計貫穿以下原則：

　　在設計整個系統時，本著技術先進，架構合理、產品主流、低成本、低維護量作為出發點。

　　技術的先進性：整個系統選型，軟硬件設備的配置均應符合高新技術的潮流，采用全世界最新的Wi-Fi RTLS技術。

　　架構合理：采用先進、成熟的技術來架構各個子系統，能使其安全平穩的運行，有效的消除各系統可能產生的瓶頸并通過合適的設備保證各子系統具備良好的擴展性。穩定性和安全性是我們最關心的問題，只有穩 定可靠的系統才能確保各設備的正常運行。

　　穩定性：系統基于穩定、安全、保密的大型數據庫，以保證系統運行正常。具有良好的數據共享，實時故障修復，實時備份等完善的管理體系。

　　安全性：系統采用WEP、WPA、WPA2等國際標準無線加密方式，同時標簽支持數字加密技術，具有較高高安全性。

　　產品主流：在設備選型時，主要依據定位環境實際情況結合目前市場上的各類產品選擇具有最優性能價格比和擴充能力的產品。

　　低成本、低維護量：所采用的產品應該是簡單，易操作，易維護。系統的易操作和易維護是保證非計算機專業人員使用好一個系統的條件，我們的方案集中了已有的豐富的網絡設計、施工經驗，以及在數字化圖像、語音和數據綜合傳輸領域強大的產品優勢，實現所需的設計需求。

　　兼容性：各系統均為相對開放的系統，不同產品間具有標準接口，并提供多種通訊標準協議，可以便于第三方設備的接入。

　　模塊化：組建各分系統，直到總系統，均嚴格履行模塊化結構方式，以滿足系統功能擴充、運行設備的替換、維護，確保系統的高效可靠運行。

　　擴充性：采用面向對象和模塊化的開發技術，可隨時根據需要擴充具有其它功能的軟硬件模塊，具有良好的擴充性。

　　集中管理：遠端現場設備，各分系統集中于中心統一控制，實施對所有遠端設備的控制、設置，以保證系統的高效、有序、可靠的發揮其管理職能。

　　升級維護：系統考慮到將來系統在容量和功能增加修改等的實際需要，定位系統對軟件升級可升級，并且操作簡單，操作應能由系統管理員即可完成，不需要繁復的操作和專門的技術。

　　3.2 系統組成

　　Wi-Fi定位導覽系統組成如下圖所示：

　　主要有以下幾個部分組成：

　　1) AP定位器 (AP Locator)

　　定位器搜集WIFI終端的信息，把這些信息發送到后臺定位服務器。

　　2) Wi-Fi終端 (手機、平板電腦)

　　WIFI終端周期性地發射Wi-Fi信號，信號包含唯一MAC ID。WIFI終端與客戶綁定。后臺系統將WIFI終端的信號ID和客戶姓名等信息綁定。

　　3) 定位服務器 (Locating Server)

　　定位服務器含有定位引擎服務器、IIS服務器、數據庫服務器等3臺，能根據信號計算位置。

　　4) 內容服務器 (Content Server)

　　內容服務器支持和展品有關的信息內容以及用戶信息。這些功能需要二次開發

　　工作流程：

　　1) 用戶持有手持WIFI終端，WIFI終端打開WIFI，定期向外發送自身相關信息

　　2) 同時，AP定位器搜集相關數據之后轉發到定位服務器。

　　3) 定位服務器根據定位終端的ID和信號強度，判斷出離商戶大概的距離。當手持終端距離商戶3-5米左右，手持終端觸發推送程序，瀏覽內容服務器通過WIFI網絡推送給客戶的信息。定位服務器獲得手持終端的信息以及定位標簽的信息，計算出設備或標簽的位置，并將設備ID、位置信息等發送到內容服務器。

　　4) 終端設備通過瀏覽器訪問內容服務器，或者內容服務器根據位置實時將相關內容發送到終端設備上，并且能和終端設備實現實時互動。

　　3.3 定位原理

　　商場覆蓋無線局域網，顧客WiFi智能終端連接上商場WiFi后周期性地發出信號，無線局域網訪問點(AP)接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據信號的強弱或信號到達時差判斷出人員的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。

　　基于定位的無線局域網絡有別于一般的通訊網絡，要求在任一位置點，均可以收到3個以上的AP信號。AP主要分為主通訊AP與定位AP，主通訊AP負責服務器與通訊AP之間的數據交換和傳輸，所有主通訊AP必須通過網線進行連接。定位AP，主要負責收集標簽信息，并將結果發送給指定服務器，

　　Wi-Fi定位的算法介紹：

　　Wi-Fi定位系統是基于標準的IEEE 802.11無線局域網(WLAN)。定位算法是基于接收到Wi-Fi信號的強度(RSSI)。在覆蓋無線局域網的地方，定位標簽周期性地發出信號，無線局域網訪問點(AP)接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據信號的強弱判斷出標簽距離AP的位置，通過標簽到至少3個AP的距離可以算出標簽的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。這是傳統的三角定位原理。

　　Wi-Fi 無線信號經過反射后才到達接收器，而不是一條徑直的路徑，這樣就給定位計算帶來了很大的誤差，這種現象叫多路徑。因為室內空間的障礙物會造成多路徑干擾,導致訊號變化較大,所以傳統的三角定位法不適用於室內環境。

　　采用基于RF指紋識別(FINGERPRINTING)的定位方法。在定位區域內設置多個采樣點，將定位終端放在給個采樣點。場景規劃工具可以把定位終端發射的信號特征記錄下來，根據這些特征和不同位置的信號建立信號紋來指示定位終端的位置。利用信號紋和相對應的位置信息建立起數據庫后，定位系統根據實時收集到的信號特征，就能計算位置了。

　　人體對WiFi終端是有干擾的，定位系統采用歷史移動軌跡、增加AP定位器、修正信號突變等方法盡量在算法上降低干擾帶來的定位誤差。

　　定位精度與定位目標、環境和定位器鋪設密度有關，定物可以達到3米甚至更好，定位人時由于人體干擾，精度在5-10米的半徑范圍。定位精度是和定位器分布密度、環境、定位對象的干擾有關的，所以無線定位的精度不是一個絕對的數字。一般說， 精度能達到3米-5米，有時會10米甚至更差。

　　定位器部署密度越高，定位精度越高。任何無線定位的技術，都會有定位誤差及不確定因素存在。我們建議實際應用中，考慮到無線定位的特性，通過軟件解決精度的不確定因素。定位中會出現跳動，這是由于定位位置處于幾個定位點中間。

　　定位頻率可以設置為1秒或以上。網頁刷新時間為1秒。網絡傳輸也會耗費一定的時間，定位算法最快可以在2秒內計算結果。為了避免人體對定位精度的干擾，在算法上做了特別調整，提高定位的穩定性所以可能出現3-6秒的延時。

　　AP定位器 可以集中管理，可以通過POE方式供電。AP定位器無線發射功能可以禁止，所以大量AP定位器并沒有產生任何無線信號，這和普通AP是不同的，不會造成無線干擾。

　　3.4 實現功能

　　1) 自動導覽

　　• 通過Wi-Fi手持智能終端上面的APP,參觀者可以看到展覽館所有展位，可以很容易地找到最想看的展位。

　　• 參觀者點擊想看的展位，APP根據我們的WI-FI實時定位系統所獲取的參觀者的實時位置和目標展臺位置，給參觀者進行位置導航，讓參觀者順利的到達自己的展位。這樣就可以讓參觀者不必按固定的展臺路線進行參觀，而是根據自己的喜歡的展臺來觀看。

　　2) 信息推送

　　• 當參觀者到達自己感興趣的展位的時候，內容服務器根據定位服務器獲得的參觀者定位數據選擇對應展臺的有關介紹信息，通過WI-FI網絡發送到客戶Wi-Fi手持智能終端上面，做到定點推送信息的作用，把展位相關信息發給參觀者。

　　3) 軌跡回放

　　• 通過軌跡回放功能可以知道某一參觀者在展覽館的足跡，在展覽館中參觀過哪些展位。

　　• 通過軌跡回放可以計算出某一參觀者在一展覽臺駐留的時間，判斷出參觀者對哪些展臺特別感興趣。

　　4) 實時定位后臺監控

　　序號 功能名稱 功能描述 備注

　　電子地圖 在地圖上顯示圖標對應于標簽綁定的人或物;

　　定位過程中能實時看到圖標平滑移動;

　　標簽圖標 標簽分組，用不同的圖標顯示;

　　標簽閃爍表示有報警;

　　設備圖標 可以在地圖上顯示或隱藏AP、攝像頭、定點報警器等設備;

　　AP圖標閃爍表示有報警

　　地圖操作 地圖可以放大和縮小，調整到合適的大小;

　　可以手動切換地圖，查看指定地圖上的所有標簽的活動情況;

　　圖標操作 將鼠標移到圖標上可以看到圖標的信息和狀態;

　　點擊圖標后可以顯示人員的詳細信息;

　　搜索功能 在地圖上搜索人員姓名、狀態

　　鎖定跟蹤 可跟蹤指定的標簽，地圖隨著標簽的移動自動切換

　　多層地圖

　　視頻聯動 右鍵點擊標簽，可選擇查看視頻監控 需要二次開發

　　•

　　位置記錄

　　序號 功能名稱 功能描述 備注

　　位置記錄 記錄訪客在每個位置的停留時間，便于做客流分析 客流分析需要二次開發

　　已處理的報警記錄

　　按鈕報警記錄 標簽有按鈕報警功能，當發生緊急情況時可按下按鈕發出報警信息;

　　區域報警記錄 進入或離開某區域報警

　　消失報警記錄 離開覆蓋區域或電池沒電

　　偏離路線記錄 指定某個標簽在某段時間的行走軌跡，一旦發現該標簽偏離指定的行走軌跡達一定的時間，發出報警信息

　　資產或工作人員定位

　　可以采用WiFi標簽，綁定到人或者物，對人員和物體進行實時監控。物體標簽上帶有振動傳感器，移動就可以報警。

　　3.5 展館內容服務器功能描述

　　模塊 功能點描述 備注

　　后臺 頁面內容管理 欄目管理

　　廣告位管理

　　頁面編輯管理 頁面編輯

　　頁面發布

　　展品管理 展品管理

　　信息管理

　　多媒體管理

　　紀念品管理

　　會員管理 會員管理

　　簽到管理

　　消息管理

　　會員積分管理

　　推薦管理 熱門展品

　　參觀攻略

　　內容管理 新聞管理

　　點評管理

　　分享管理

　　星級評價管理

　　系統管理 系統緩存管理

　　角色管理

　　權限管理

　　系統參數設置管理

　　系統菜單管理

　　系統配置信息

　　修改密碼

　　數據庫備份/還原

　　系統日志管理

　　客戶端版本更新

　　搜索服務

　　上述內容服務需要定制開發。

　　3.6 手持終端功能描述

　　手機上的APP需要定制開發，而且需要對不同的操作系統開發(iOS， Android)。

　　序號 模塊 功能點 功能點描述 備注

　　1 注冊 輸入手機號 新注冊的用戶名為手機號 會員管理系統

　　2 輸入密碼(2次)

　　3 輸入驗證碼(手機驗證碼)

　　4 注冊成功 注冊成功分配與系統對應的會員號

　　5 注冊失敗

　　6 登錄 輸入手機號或者會員號

　　7 輸入密碼

　　8 登錄成功 當輸入正確的用戶名密碼可登錄

　　9 登錄失敗 1、輸入用戶名錯誤。2、輸入密碼錯誤。3、沒有網絡

　　10 功能列表 　 搜索、點評、分享、導航、播放等等

　　11 搜索 按展品名稱搜索

　　12 按展商搜索

　　13 類型搜索

　　14 區域選擇

　　15 搜索結果

　　16 無對應展品信息

　　17 分享 短信分享

　　18 郵件分享

　　19 分享到微博) 微博SDK集成

　　20 分享到微博

　　21 分享到微信 微信SDK集成

　　22 分享到微信

　　23 分享到朋友圈

　　24 點評 點評列表

　　25 點評參展上

　　26 點評展品

　　27 星級評價

　　28 寫文字評論

　　29 導航 室內定位導航 1、導航到展品位置。2、導航到衛生間、服務臺。3、車位查找。4、語音解說。5、室內地圖 利用WIFI定位。

　　30 室外導航 1、谷歌市區地圖。2、導航到商業體。3、周圍ATM、公交站臺等。4、語音解說 　利用GPS定位

　　31 展品介紹 展品清單(表格或地圖)

　　32 展品文字介紹

　　33 展品照片介紹

　　34 展品語音或視頻介紹

　　35 相關廣告推送

　　36 展品評論

　　37 展品網上搜索結果

　　38 內容清除 需要離開展館后，相關內容清除。內容加密

　　40 會員中心 修改會員密碼

　　41 修改會員基本信息

　　42 我的參觀記錄

　　43 我的瀏覽記錄

　　44 我的點評 編輯

　　45 刪除

　　46 無點評

　　47 我的收藏 編輯

　　48 刪除

　　49 無收藏

　　50 我的消息 刪除

　　51 無消息

　　52 我的積分 積分查詢 會員積分系統

　　53 積分兌換

　　54 我的積分兌換歷史

　　55 我的優惠卷 優惠卷查詢

　　56 優惠卷使用歷史

　　57 最新優惠卷推薦

　　58 簽到 點擊簽到

　　59 簽到成功 (+1)

　　60 簽到失敗提示 沒有網絡等

　　61 簽到天數統計

　　62 簽到兌換積分

　　63 熱門應用推薦 　 常用APP下載

　　64 熱門分享推薦 　 點擊率最高的分享

　　65 二維碼認證 生成二維碼名片

　　66 掃描二維碼 會員身份、消費記錄、消費積分等

　　67 設置 聲音提示

　　68 字體大小設置

　　69 消息推送設置

　　70 多語言切換 英語、簡繁體

　　71 使用幫助

　　72 通知管理

　　73 邀請好友一起使用

　　74 清除緩存

　　75 關于我們 登錄官網 　 官網鏈接

　　76 用戶反饋 意見反饋

　　77 意見提交成功

　　78 XX展館介紹 點擊確定

　　79 關注微博/網站

　　80 更新提示

　　4 方案實施

　　4.1 網絡部署設計

　　AP定位器部署是根據現場環境和定位精度要求而定。首先要從定位的需求考慮，確定需要定位區域和具體房間信息，需要考慮每個位置點的終端數量峰值，以及每個AP的吞吐能力。根據AP的功率和環境，判斷AP的有效信號所能覆蓋范圍，保證覆蓋范圍內的任何一個定位點所收到的AP信號中，至少有3個AP的RSSI值要大于-70，并且至少有一個AP的RSSI值要大于-50。

　　4.1.1 AP數量計算

　　根據具體項目定AP定位器數量。

　　4.1.2 系統搭建

　　• AP安裝、供電、連線

　　• 服務器安裝

　　• 制作商場地圖

　　• 制作商場網站內容

　　• 需要開發平臺允許即時更新促銷信息

　　• 需要開發手機APP-購物地圖(可選)

　　4.1.3 設備清單

　　名稱 描述 單價 個數 總價

　　定位產品

　　AP定位器 支持802.11b/g終端，質保1年，

　　延長天線 3米

　　POE供電模塊(可選) 48V

　　軟件平臺(含2000個并發定位LICENSE) 2秒定位2000個

　　現場實施 定位調試人天數

　　定位產品合計

　　網絡設備及服務器

　　定位服務器 HP ProLiant DL320 G6 E5603 1 處理器 4GB-R B110i SATA RAID 400 瓦電源服務器， 4G內存， 300G硬盤

　　應用服務器 (IIS服務器， 備用定位引擎) HP ProLiant DL320 G6 E5603 1 處理器 4GB-R B110i SATA RAID 400 瓦電源服務器，4G內存， 300G硬盤

　　數據庫服務器 HP ProLiant DL320 G6 E5603 1 處理器 4GB-R B110i SATA RAID 400 瓦電源服務器，4G內存， 1T+硬盤

　　24口交換機

　　工程材料和人工

　　網線、橋架及人工

　　工程費

　　合計

　　4.2 產品指標

　　AP定位器技術指標

　　工作頻率 2.4GHz

　　通訊協議 IEEE 802.11b/g

　　安全協議 WEP、WPA、WPA2，64/128位加密

　　速率 最高54Mb/s

　　發射功率 最大20dBm

　　天線增益 2dBi

　　接收靈敏度 -90dB@1Mb/s

　　覆蓋范圍 覆蓋半徑室外300米、室內100米

　　處理速度 同時掃描標簽128個/秒，200標簽識別時間3秒以內

　　網絡管理 配置工具：Telnet、TFTP、FTP、HTTP。支持AP Locator管理軟件。

　　網絡接口 1個WAN口，4個LAN口

　　狀態指示燈 Power、Wireless、WAN、LAN(1、2、3、4)

　　供電方式 DC 9-12V，500-700mA，POE可選

　　工作環境 工作溫度：-20℃ ~ +60℃;存儲溫度：-40℃ ~ +750℃;工作濕度:10%-85%，非冷凝;存儲濕度：5%-90%非冷凝。

　　適用于室內和室外。

　　使用壽命 正常使用，5年以上

　　服務器配置(支持1000個終端同時定位)：

　　服務器 CPU 內存 硬盤

　　定位服務器 CPU 2.66GHz,4核，12M緩存，2個千兆網口(HP ProLiant DL320 G6 E5603) 4G以上 200G以上

　　數據庫服務器 CPU 2.66GHz,4核，12M緩存，2個千兆網口(HP ProLiant DL320 G6 E5603) 4G以上 1T+以上

　　應用服務器 (IIS服務器， 備用定位引擎)

　　CPU 2.66GHz,4核，12M緩存，2個千兆網口(HP ProLiant DL320 G6 E5603) 4G以上 200G以上

　　定位服務器運行環境的如下表所示：

　　操作系統

　　Windows 2003/2008 Server, 32位

　　組件 IIS 6.0、.NET Framework 3.5

　　數據庫 Microsoft SQL Server 2005/2008

　　瀏覽器 IE7.0

　　FLASH播放器 Flash 10.0

　　RTLS系統不包括Windows Server 2003、Microsoft SQL Server等第三方軟件。

　　定位服務器指標

　　最快定位反應時間：2秒(根據發射頻率)

　　最大同時處理定位終端數：2000個/秒

　　最大標簽管理數：10000個