WIFI定位技术解决方案

WIFI定位技术解决方案

(2014-07-28 23:31:41)

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    随着无线通信技术的发展及数据处理能力的提高，基于位置的服务成为最具潜力的互联网业务之一。特别是复杂的室内环境下，如大型商场、机场大厅、图书馆、超市、地下停车场、仓库、矿井等环境中，快速准确地获得移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息，并提供位置服务的需求变得日益迫切。

　　通信与定位正在相互融合、相互促进。通过无线通信及相关参数测量确定移动终端位置，而定位信息又可以用来支持位置业务和优化网络管理，提高位置服务质量和网络性能。所以，在各种不同的无线网络中快速、准确地获取移动位置信息的定位技术及其定位系统已经成为当前的研究热题。

　　一、常见无线定位技术

　　从技术领域来讲，无线定位可以分为广域定位和短距离无线定位两种。广域定位技术又可以分为卫星定位和移动定位，包含GPS、GSM/CSMA/3G、基于移动通信网络辅助的GPS(A-GPS)等，其有基础设施支撑，主要应用在室外，技术相对比较成熟。短距离定位技术主要包括WLAN、RFID、蓝牙、UWB、超声波、红外线等，主要适用于室内环境，无需建立昂贵的基础设施，精度较高，部署灵活，成本也相对较低。当前应用的主要无线定位技术及对比如图1和表1所示。

　　常见无线定位技术

无线定位技术	说明	优势	劣势	精度	适用范围
卫星（GPS）导航定位	可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速。	1. 最成熟，应用最广。 2. 广域定位，有效覆盖范围大。 3. 使用方便，且定位导航信号免费。 4. 室外车辆定位导航。	1. 卫星信号易被建筑物、金属遮盖物、浓密树林阻挡而无法精确定位。 2. 不适用于室内。	室外开阔地10米左右。	室外空旷区域且定位精度要求不高的场合。
移动定位	指通过特定的定位技术来获取移动手机或终端用户的位置信息，在电子地图上标出被定位对象的位置的技术或服务。	1. 比较成熟 2. 可广域定位 3. 利用已有移动网络	1. 精度相对比较低 2. 需要使用移动网络基础设施	不同定位方法精度差异较大，由几十米到几百米	移动用户定位
蓝牙定位	采用基于蓝牙的RSSI定位技术，除了使用集成在移动终端上的蓝牙模块外，还需要部署蓝牙基站。	1. 低功耗 2. 定位精度高	1. 除了使用集成在移动终端上的蓝牙模块，还需要蓝牙基站，但是蓝牙基站不普及，且蓝牙器材和设备价格比较昂贵，目前尚未大规模推广；	最高可达亚米级定位精度。	移动用户定位。
WLAN	Wi-Fi定位基于现有WLAN网络，采用RSS定位方式。	1. 网络已广泛部署，产品成熟，价格低廉。 2. 无需额外设备，成本低。 3. 使用方便。	1. 射频信号易受环境干扰。 2. 定位精度和准确度较差，且具有较强的时变特性。 3. 训练数据采集工作量大。 4. 不适于高精度实时跟踪场景。	在多个AP同时覆盖的室内环境，定位精度3米-15米	已部署WLAN的室内[1]或市区。
RFID	可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。	1.无源RFID标签定位成本低 2.有源RFID标签定位范围相对较大 3.可根据不同的应用需求选择不同的定位方法	1. 无源RFID读写器成本较高 2. 需要部署多个读写器构建定位基础设施 3. 难以大规模部署	基于接收信号场强（RSS)的定位方法，标签和部署方式不同，定位精度变化较大，增加参考标签可以提高定位精度。	工业生产、商品物流、人员定位。
超声波	采用基于到达时间差的定位（TDOA）方法。	1.定位精度高。 2.成本低。	1. 需要大量的专门的底层硬件设施投资，成本高。 2. 超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时环境温湿度变化等也影响定位精度。 3. 在室内应用受限。	厘米级定位精度。	机器人定位、 人员定位、倒车雷达。

　　表1 几种常见定位技术对比

　　二、Wi-Fi无线定位解决方案

　　在室内定位技术中，Wi-Fi定位的精度为米级，相比RFID、蓝牙等达到亚米级定位精度的技术，要逊色很多。很多人认为定位精度越高，定位所带来的价值越高。事实上，定位精度的提高势必带动成本的提高。此外，就目前的室内定位需求，如商场客流分析统计、基于位置区域的广告推送、定位拓扑监控等，米级的定位精度意味着抬头就能看见，已可以满足大部分需求。并且除了Wi-Fi，其他技术都必须单独铺设信号发生器，有些还要求重新在前端部署信号接收装备，给大面积商用带来了很大的阻力。而Wi-Fi芯片在各类智能终端(智能手机、平板电脑)中已广泛普及，通过现有的Wi-Fi设备，可快速完成定位目标。因此，从技术的成熟度及规模应用的现实角度考虑，Wi-Fi定位技术是当前最主流、也是最具发展潜力的定位技术手段之一。

　　H3C无线定位解决方案基于良好的无线网络运维管理基础之上，采用Wi-Fi定位技术，利用现有的WLAN网络，实现移动终端的快速、准确定位，并提供客流分析统计功能，并且可以提供标准的API接口，与用户的第三方系统对接或用于上层LBS应用开发。该系统主要包含以下几个层次。

　　无线AP设备的物理位置和接入关系定位

　　基于有线无线统一管理框架，H3C无线业务管理组件(WSM)可以通过整网拓扑关系，直观定位AP设备直连的有线设备及业务传输路径(如图2所示)，达到虚拟现实效果;在AP列表中定位相连的有线设备和有线接入端口，并可以直接进入有线端口界面进行分析，便于运维人员迅速定位设备问题，同时提供对端口的快捷操作，若有AP设备挂死则可以通过对PoE交换机接口进行关断处理，实现AP的启动，具有实用价值。WSM同时提供对AP设备的GIS定位功能(如图3所示)，直观展示部署了AP的热点所处的地理位置，实时反映热点的告警状态。

　　图2 无线AP物理位置拓扑与接入关系定位

　　图3 在google地图中定位无线AP设备

　　无线终端的定位、实时跟踪

　　H3C无线定位解决方案提供基于指纹算法的定位手段，可以在拓扑中定位用户所在的物理位置、实时跟踪。由于基于WLAN RSS定位手段，WSM定位同样存在精度不高、有时出现跳变的情况，因此不适于作为高精度专业定位场景，而是作为IT无线运维管理的基础手段。

　　图4 无线定位效果图

　　基于位置的(客流)数据分析

　　基于位置的数据分析包括区域监控和停留时间统计。前者可针对某一区域对用户密度进行监控移动轨迹记录(如图5所示)，可通过地图显示和记录用户的移动轨迹流量统计，可按照时间段统计某区域的用户密度变化历史查询，可输入历史时间查询某处区域的用户密度(如图6所示)。停留时间统计记录用户的运动轨迹和停留时间，可按照日、周、月、年等不同时间粒度进行分析统计偏好分析，根据用户的行走路线和停留时间挖掘用户的偏好行为和消费习惯。

　　图5 单用户轨迹图

　　图六 区域热图分析

　　基于位置的安全控制及开放增值服务

　　WSM可以实现基于位置的安全控制，通过设置控制区域，判断移动终端进入进出，对进入该区域的客户推送短信告警，并知会后台管理人员及保安系统实时监控该名人员，追踪用户的运动轨迹、深入分析其网络行为，及时发现安全隐患。与H3C终端智能接入组件(EIA)联动，可实现基于不同类型终端、不同用户角色、不同时间点、基于不同位置的安全策略控制。

　　另外，H3C WSM支持基于REST的API，通过REST API，允许Web应用程序开发人员能够轻松快速的开发位置感知的应用程序。与SOAP API相比，REST API有更好的性能、可扩展性、简易性、可修改性、可见性、便携性和可靠性。可以根据MAC或IP查询某个移动终端的当前位置信息、或所有终端的当前位置信息。并且REST API还可以提供终端MAC、终端类型、用户信息等内容，便于第三方系统基于位置信息或终端信息进行增值业务开发，例如：

　　医疗行业RTLS实时定位系统监控人员和患者的实时位置，提供导医服务，查询科室、病房所在位置，快速导航至目的地，提高医院的工作流程从而降低成本;

　　零售商RTLS系统让商家更有效地把有效资讯传递到精准的目标人群，更有效地把握“经营格局”，消费者能够快速准确地获得有效资讯，享受“不用等、不用找”服务;

　　学校RTLS系统辅助学校完成课程热图分析，帮助学生找寻丢失的移动终端等;

　　寻找特定的无线客户端的当前位置。

　　三、结束语

　　随着11ac技术的日益普及，支持Wi-Fi技术的WLAN终端设备的快速增长，WLAN应用将会越来越普及，而对无线设备的维护、故障定位、安全危险防御的需求也会越来越深入，基于无线定位的管理系统可以方便的帮助IT人员快速定位故障位置和范围，有效解决无线运维中的各种问题，大大提高运维效率。同时通过开放平台集成第三方应用系统，为各行业用户带来各自的价值。