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建设全新智能化养老院，让老人生活更幸福
摘要：护理人员数量有限，所以需要借助智能化管理手段来实现基于无线局域网Wi-Fi的定位监控护理，出现求助时，能第一时间准确达到现场，提高老年公寓的科技水平和管理效率，建设智能型老年公寓。
基于Wi-Fi实时定位技术
老年公寓
人员定位管理系统
苏州工业园区优频科技有限公司
二零一三年一月制
目录
l 本文档为基于Wi-Fi的实时定位解决方案。
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缩写、术语
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解释
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AP
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Access Point的缩写，即负责通讯功能的无线网络接入点。
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定位AP/AP定位器
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拥有定位功能无线网络接入点
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Tag/定位标签/标签
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基于Wi-Fi的RFID电子标签。
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RTLS/实时定位系统
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Real Time Location Systems的缩写，即实时定位系统。
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Wi-Fi
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Wireless Fidelity的缩写，又称Wireless LAN，或WLAN， 即无线局域网，是IEEE 802.11定义的一个无线网络通信的工业标准。
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护理人员数量有限，所以需要借助智能化管理手段来实现基于无线局域网Wi-Fi的定位监控护理，出现求助时，能第一时间准确达到现场，提高老年公寓的科技水平和管理效率，建设智能型老年公寓。
1) 国际标准协议
采用国际标准的IEEE802.11b协议，支持WEP/WPA/WPA2等国际标准加密方式；标签支 持数字加密技术，确保内部网络安全。
2) 定位精度
定位精度高，室内最高可达3-5M，可精确到每个房间。
3) 报警管理
系统提供消失、越界、低电以及主动报警功能，便于对报警现场及时处理。
4) 标签低功耗
标签超低功耗，可以更换电池或充电，且对人体安全，无辐射危害；
5) 系统可扩展性
强大的扩展功能，WiFi网络方便的实现视频、语音、定位等多种功能，网络具有很强 的兼容性，可利用现有的网络布线，避免网络重复建设。
6) 施工简单
可以利用现有网络布线，AP之间也可以通过无线方式，施工简单方便。
通过WiFi定位技术，可以定位携带WiFi标签的老年人，实时监控室内外活动位置，提高护理系统的科技化水平。
2.3.2主动告警
在老人活动过程中，若身体不适或亟需紧急救助时，可以主动触发按钮告警，系统将自动弹出告警人信息以及具体位置，供护理人员快速作出针对性的紧急处理。
2.3.3 实现一卡通
老人入院时发给一个卡，老人凭此卡能够实现定位，报警，门禁和消费功能。
2.3.4 整合现有的信息管理系统
延吉老年公寓管理系统采用的是B/S的架构，定位系统能和这个系统整合到一起。
2.3.5 公寓wifi无线覆盖
养老院准备建设wifi 网络，提供给老人上网和以后wifi设备的接入
2.4.1 人员定位管理
1） 老人位置监护
目前状况：
主要通过视频或电话来获知位置信息，但由于视频分布点不足、电话的延迟性，造成发生突发事件时无法及时得知求助人具体位置。
定位系统解决的问题：
1、实时位置监控：公寓护理人员可以随时查看携带标签的老人所处区域位置。
2、地图显示：在电子地图上显示公寓内部佩戴标签人员的位置，并平滑移动。
2）主动告警
目前状况：
主要通过视频来监控突发事件，但由于视频监控图像过多和监控人员的疲劳，造成发生突发事件时无法及时处置。
定位系统解决的问题：
1、按钮告警：老人佩戴定位卡，一旦发生紧急情况可以触发定位卡按钮，及时查看求助者位置信息，为求助争取宝贵时间。
2、区域告警：划定某些区域属于禁区，未经允许的人员进入或离开将发出报警信息，或某些人员不能离开某个区域，一旦离开将发出报警信息。
3、消失告警：标签消失后发出告警。
3）老人活动轨迹回放
目前状况：
目前管理系统无相关的技术可以对人员行为做分析，如果发生意外，需要调用事发时人员的活动情况，无法实现。
定位系统解决的问题：
可以随时按照时间段调用老人活动的轨迹并进行回放，这个功能特别在发生突发性事件时非常有用，可以查看哪些人员在事发地段出现。
2.4.2 实现一卡通
目前状况：
常规技术，实现定位、消费、门禁，老人需要携带多张卡片，使用起来很不方便。
定位系统解决的问题：
优频的有源wifi标签集成13.56MHz无源RFID标签，除定位、报警功能外，同时具备消费卡功能，可与消费卡系统结合。同时Wifi标签卡具备门禁卡功能，也可与门禁系统结合。
2.4.3 与现有的信息管理系统整合到一起
优频科技的定位系统采用的是B/S架构，我们的定位服务器软件提供WebService接口供开发或对接，延吉老年公寓管理系统采用的也是B/S的架构，两者可以对接。
2.4.4 养老院准备建设wifi 网络，提供给老人上网和以后wifi设备的接入
优频wifi实时定位系统的AP定位器具有无线AP的功能，系统内的AP定位器部分开放无线功能，即可用作局部区域无线覆盖，供老人上网使用。
整个系统方案的设计贯穿以下原则：
在设计整个系统时，本着技术先进，架构合理、产品主流、低成本、低维护量作为出发点。
技术的先进性：整个系统选型，软硬件设备的配置均应符合高新技术的潮流，采用全世界最新的Wi-Fi RTLS技术。
架构合理：采用先进、成熟的技术来架构各个子系统，能使其安全平稳的运行，有效的消除各系统可能产生的瓶颈并通过合适的设备保证各子系统具备良好的扩展性。稳定性和安全性是我们最关心的问题，只有稳 定可靠的系统才能确保各设备的正常运行。
稳定性：系统基于稳定、安全、保密的大型数据库，以保证系统运行正常。具有良好的数据共享，实时故障修复，实时备份等完善的管理体系。
安全性：系统采用WEP、WPA、WPA2等国际标准无线加密方式，同时标签支持数字加密技术，具有较高高安全性。
产品主流：在设备选型时，主要依据定位环境实际情况结合目前市场上的各类产品选择具有最优性能价格比和扩充能力的产品。
低成本、低维护量：所采用的产品应该是简单，易操作，易维护。系统的易操作和易维护是保证非计算机专业人员使用好一个系统的条件，我们的方案集中了已有的丰富的网络设计、施工经验，以及在数字化图像、语音和数据综合传输领域强大的产品优势，实现所需的设计需求。
兼容性：各系统均为相对开放的系统，不同产品间具有标准接口，并提供多种通讯标准协议，可以便于第三方设备的接入。
模块化：组建各分系统，直到总系统，均严格履行模块化结构方式，以满足系统功能扩充、运行设备的替换、维护，确保系统的高效可靠运行。
扩充性：采用面向对象和模块化的开发技术，可随时根据需要扩充具有其它功能的软硬件模块，具有良好的扩充性。
集中管理：远端现场设备，各分系统集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。
升级维护：系统考虑到将来系统在容量和功能增加修改等的实际需要，定位系统对软件升级可升级，并且操作简单，操作应能由系统管理员即可完成，不需要繁复的操作和专门的技术。
RTLS系统工作原理如下图所示：
图示： 基于无线局域网（Wi-Fi）的优频科技实时定位系统工作原理示意图
在覆盖无线局域网的地方，佩戴在人员身上的定位标签周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出人员的位置，并通过电子地图显示具体位置。
消费、门禁工作原理：
内置无源RFID芯片绑定个人信息，可以被消费读卡器、门禁读卡器识别。
基于定位的无线局域网络有别于一般的通讯网络，要求在任一位置点，均可以收到3个以上的AP信号。
AP主要分为主通讯AP与定位AP，主通讯AP负责服务器与通讯AP之间的数据交换和传输，所有主通讯AP必须通过网线进行连接。定位AP，主要负责收集标签信息，并将结果发送给指定服务器，
无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）网络拓扑结构如图所示：
图 0?2 无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）网络拓扑结构图
Ø 系统采用标准以太网接口技术；
Ø 系统采用标准的TCP/IP协议；
无线局域网实时定位系统（Wi-Fi RTLS）由以下几部分组成：定位标签（Wi-Fi Tag）、无线局域网接入点（Access Point）、定位服务器（Locating Server）。无线局域网接入点可以使用任何支持802.11b的产品。
如上图所示，无线局域网实时定位监控系统主要由定位标签、无线局域网接入点(AP)和后端监控管理中心（定位服务器）几部分组成：
1）定位标签作为无线数据采集模块佩戴在人员身上，系统通过对标签的跟踪实现对人员的跟踪定位。
2）AP采用2.4GHz频段，支持802.11b/g模式，及时采集标签的信息，传输到后端的监控中心，对定位标签进行控制管理。
3）安装了定位服务器软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理。分析管理标签数据，通过控制中心的电子地图监视并及时显示各现场标签的位置，数据可同时存入存储数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员的实时位置信息，报警信息，以及某段时间内的移动轨迹等。
3.5.1 一卡通功能：
优频有源wifi标签内置的无源RFID芯片，支持门禁系统和消费系统，满足定位功能的同时，能与老年公寓的门禁和消费系统结合，实现一卡通功能。
3.5.2 定位监控
通过在小区内室外部署WiFi网络，利用WiFi-RTLS技术，实时定位携带WiFi标签的老年人员，实现实时监控、轨迹回放、视频联动。
3.2.2.1 实时监控
Ø 在地图上显示图标对应于标签绑定的人名；
Ø 对标签进行实时监控，并在地图中显示标签的当前位置；
Ø 标签闪烁表示有报警；
Ø 标签分组，用不同的图标显示；
Ø 定位过程中能实时看到图标平滑移动；
Ø 搜索人员姓名、状态：
Ø 可跟踪指定的标签，地图随着标签的移动自动切换；
Ø 将鼠标移到图标上点击后可以看到图标的信息和状态；
Ø 点击图标后可以显示人员的详细信息；
Ø 可以手动切换地图，查看指定地图上的所有标签的活动情况；
Ø 地图可以放大和缩小，调整到合适的大小；
Ø 跟踪单个标签时地图会自动切换楼层。
3.5.2.2 实时告警
Ø 触发告警，弹出页面，声音报警；
Ø 点击处理后，页面可以关闭，否则会一直提醒；
Ø 实时报警列表。
3.5.2.3 轨迹回放
Ø 可以预先自定义、修改轨迹；
Ø 移动轨迹是平滑显示的；
Ø 可以锁定一个标签，按时间段播放，显示移动（可选择有轨迹或无轨迹），地图切换；
Ø 可以全屏播放；
3.5.2.4 报警管理
Ø 按钮报警：标签有按钮报警功能，当发生紧急情况时可按下按钮发出报警信息；
Ø 越界报警：某些区域属于禁区，未经允许的标签进入将发出报警信息，或某些人员不能离开某个区域，一旦离开将发出报警信息；
Ø 消失报警——标签消失有多种因素（如电池没电、标签越过信号覆盖区域等），可以设置指定标签的消失报警条件和报警级别，如该标签消失了，将会触发相应的报警；
Ø 电池低电报警： 一旦标签电量低于某个值（标签出厂设置的）时会发出报警信息，在服务器上显示。
3.5.2.5 与视频监控系统联动（需支持WEB显示的ActiveX控件，支持海康）
Ø 点击标签可选择查看视频监控，调用信息中心现有视频监控系统查看该标签标注位置图像；
Ø 报警时可自动调用标签所在位置附近的摄像头，查看视频。
3.5.2.6 统计报表
Ø 标签警告记录：查看所有标签或指定标签的所有警告记录；
Ø 查看标签报表：查看标签的重要报警，出入区域次数及停留时间统计；
Ø 操作历史记录：查看用户的操作历史记录；
Ø 可根据时间段进行数据统计；
4.1 URT200C技术参数
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工作频率
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2.4GHz
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通讯协议
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IEEE 802.11b，单向通讯
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速率
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1Mb/s
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发射功率
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最大20dBm
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AP支持
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必须使用优频提供的AP 定位器或指定的AP
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发射间隔
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1秒以上，可调
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低电池
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电池容量低于一定数级后报警
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报警
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主动按钮报警
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ID
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唯一48位ID
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体积
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URT200C大卡：95毫米x 65毫米x 8毫米
URT200K小卡：83毫米x 38毫米x 9毫米
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重量
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45-60克
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温度
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-20 到 +60 度
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电池
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可充电锂电池，根据发射频率可用1年以上
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防护等级
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IP53
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重复使用
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正常使用下5年以上
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外观
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工作频率
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2.4GHz
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通讯协议
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IEEE 802.11b/g
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安全协议
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WEP、WPA、WPA2，64/128位加密
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速率
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最高54Mb/s
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发射功率
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最大20dBm
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天线增益
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2dBi
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接收灵敏度
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-90dB@1Mb/s
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覆盖范围
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覆盖半径室外300米、室内100米
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处理速度
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同时扫描标签128个/秒，200标签识别时间3秒以内
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网络管理
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配置工具：Telnet、TFTP、FTP、HTTP。支持AP Locator管理软件。
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网络接口
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1个WAN口，4个LAN口
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状态指示灯
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Power、Wireless、WAN、LAN(1、2、3、4)
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供电方式
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DC 9-12V，500-700mA，POE可选
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工作环境
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工作温度：-20℃ ~ +60℃；存储温度：-40℃ ~ +750℃；工作湿度:10%-85%，非冷凝；存储湿度：5%-90%非冷凝。
适用于室内和室外。
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使用寿命
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正常使用，5年以上
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外观
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定位服务器软件实现与定位器（AP Locator）和标签（Tag）之间的指令，以及数据交互。根据AP Locator 或Tag回传的无线信号数据，计算标签当前所在的位置，并保存，从而实现定位功能。根据系统需要，接收并保存标签的报警以及温度等信息。
1）主要功能：
实时定位：国内首家自主研发，独创定位算法，精确定位实时位置可达3-5米。
区域报警：服务器可设置报警区域，当标签进出报警设置区域时，即会触发报警。
即时报警：触动定位卡按钮向服务器主动发出报警信号，服务器界面即时显示报警信息。
消失报警：标签断电或离开无线网络覆盖区域，会触发服务器报警。
标签管理：将标签的ID与个性化信息绑定，对标签带进行分组管理。
区域管理：设定区域范围和区域报警条件。
AP定位器管理：设定AP位置，监控AP状态。
报警管理：记录各类报警。
用户管理：用户分为管理员和操作员。
2）定位系统配置：
优频定位服务器可以管理1万个定位卡或腕带，可以每秒同时对500个定位卡进行定位监控。
１）定位服务器的最低配置如下表所示（标签数少于２００个，ＡＰ少于５０个）：
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服务器
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CPU
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内存
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硬盘
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定位服务器
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CPU 2.4GHz,双核，4M缓存，1个千兆网口
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4G以上
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120G以上
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数据库服务器
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CPU 2.4GHz,双核，4M缓存，1个千兆网口
|
4G以上
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256G以上
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２）定位服务器的最低配置如下表所示（标签数２００－１０００个，ＡＰ数５０－４００个）
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服务器
|
CPU
|
内存
|
硬盘
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定位服务器
|
CPU 2.66GHz,4核，12M缓存，2个千兆网口（HP E5640或同等）
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8G以上
|
160G以上
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|
数据库服务器
|
CPU 2.66GHz,4核，12M缓存，2个千兆网口（HP E5640或同等）
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8G以上
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350G以上
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监控终端机
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品牌的双核台式机，
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2G以上
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500G以上
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建议定位服务器和数据库服务器各用一个服务器。
定位服务器运行环境的如下表所示：
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操作系统
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Windows 2003/2008 Server, 32位
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组件
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IIS 6.0、.NET Framework 3.5
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数据库
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Microsoft SQL Server 2005/2008
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浏览器
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IE7.0
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FLASH播放器
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Flash 10.0
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备注：优频RTLS系统不包括Windows Server 2003、Microsoft SQL Server等第三方软件。
3）定位服务器指标
最快定位反应时间：2秒
最大同时处理标签数：500个/秒
最大标签管理数：10000个
监控管理软件是一个WEB模式的定位管理软件应用系统。无需安装任何客户端软件，部署简单易用。结合实际的地图，在地图中实时显示标签所在地图的位置，以及是否触发相应的警告，目标是否已经消失等信息。结合人员管理功能。显示人员所处的位置，以及移动轨迹。
客户端基本配置：IE7.0以上，显示器最低分辨率：1024x768；电子地图是JPG格式。
AP管理软件是一个专门管理和监控定位系统中AP定位器的管理软件，可以监控远端AP运作状态，批量对AP进行远程参数修改、配置。并可以执行远程设置和重启等维护功能。
主要功能：
· AP Locator列表：可以对列表中的AP进行新增、修改、删除等操作，并可以按MAC地址等条件来过滤列表中的AP, 对AP实现批量操作。
· 配置AP：批量配置AP参数，可配置参数包括：SSID、Channel、IP、DHCP、MAC过滤等。
· 监控AP：监控AP运行状态。
· 重启AP：远程重启AP。
· 设置AP的基础信息：为了方便对AP进行管理，为AP设置一些管理信息（如MAC、登录名、密码等，这些信息只保存到数据库中，并非写到AP中）。
· 查看AP扫描：查看该AP返回的扫描信息。
· 查看AP详细信息：可查看基本参数、无线参数、时间同步、定位参数、WEB远程管理、WAN、LAN 参数等。
针对系统场景部署以及优频定位卡设计的采样定位工具软件。通过本软件对定位系统进行场地，AP，定位点等功能的部署，加载地图，设定轨迹路线；对系统定位卡在采样点进行采样管理，上传到服务器，达到定位目的。
主要功能:
· 场地管理：设置多个场地、每个场地的各个场景、定位点信息、地图分布AP、地图区域、地图轨迹地图信息。
· AP 管理：添加或者删除地图上的AP。
· 标签管理:增加采样标签。
· 采样管理：设置现实采样组、场景、定位点、采样点、与标签绑定信息。
AP定位器部署是根据现场环境和定位精度要求而定。首先要从定位的需求考虑，确定需要定位区域和具体房间信息，需要考虑每个位置点的终端数量峰值，以及每个AP的吞吐能力。根据AP的功率和环境，判断AP的有效信号所能覆盖范围，保证覆盖范围内的任何一个定位点所收到的AP信号中，至少有3个AP的RSSI值要大于-70，并且至少有一个AP的RSSI值要大于-50。
AP定位器是用9-12V直流电。采用集中供电器，每个AP定位器通过电源线连接到集中供电器。可以通过ＰＯＥ方式供电，需要另外采购ＰＯＥ模块。
AP定位器是支持以太网和无线传输两种方式。采用以太网方式，AP定位器通过线缆直接和交换机相连，或者连接到另外一个AP定位器，但是AP定位器之间级联不能超过3级。采用无线连接方式，AP定位器通过无线连接到通讯AP。通讯AP可以是优频的AP定位器，但推荐采用企业及AP。定位系统中，需要将所有的定位数据汇总传输至定位服务器，因此，为了确保数据的稳定性和安全性，需要将所有的通讯AP通过线缆的方式连接。并且尽量不要采取级联方式连接，以避免因其中某一AP故障导致，导致同一电缆所有数据全部无法回传的故障。
AP定位器安装和选点是需要专业的勘测。一般情况下，定位器安装在2-3米的位置，比人高。AP的位置最好在区域当中。由于人体会对Wi-Fi信号产生很强的阻挡。所以对人定位时，AP的密度会要求高一些。在室外一般情况下AP是每20-30米部署一个，这样才能达到5-10米的定位精度。定位精度要求3米：每10-15米部署一个AP；定位精度要求5米：每20-30米部署一个AP；定位精度要求10米：每30－40米部署一个AP。
5.2.1 AP部署简图
无。
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序号
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区域
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AP数量
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备注
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1
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预估
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2
|
|
|
预估
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3
|
|
|
预估
|
|
4
|
|
|
预估
|
|
5
|
|
|
预估
|
|
6
|
|
|
预估
|
|
22
|
预估总数
|
|
预估
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Wi-Fi定位系统布线涉及计算机通讯网络和定位网络。除少数主通讯AP采用网络直接连接外，定位AP之间彼此使用无线网络连接，减少施工难度，节省网线使用量，并且提供一个开放、灵活、先进的可扩展的线路基础。同时通讯主AP连接现有办公网络环境，以达到高度集成及节省投资的目的。根据定位需求，结合物理环境和不同区域位置定位的差异性，在作AP部署时考虑时要有所侧重和针对性。
项目参与方包括：施工方（由集成商指定）、系统集成方、优频科技。
项目实施计划：
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序号
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项目
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描述
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参与人
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备注
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1
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确定ＡＰ定位器位置
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根据定位要求和现场地图，标出ＡＰ定位器安装的位置
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集成方和优频
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|
|
2
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ＡＰ定位器供货
|
设备供货
|
优频
|
|
|
3
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网络布线
|
根据以太网设备要求，布置网线和电源线
|
集成方指定的施工方
|
|
|
4
|
安装ＡＰ定位器
|
安装要求安装，并测试网络是否畅通
|
集成方指定的施工方
|
|
|
5
|
标签供货
|
设备供货
|
优频
|
|
|
6
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系统调试
|
软件安装和调试定位效果
|
集成方和优频
|
|
|
7
|
系统试运行
|
和用户一起试用系统
|
集成方和用户
|
|
|
8
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用户培训
|
培训用户操作
|
集成方和优频
|
|
|
9
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系统验收
|
检验功能并交付
|
集成方和优频
|
|
5.3.3 AP定位器安装
1) 供电方式
a) 集中供电：ＡＰ定位器要求９－１２Ｖ，可以采用输出９－１４Ｖ的集中供电器
b) ２２０Ｖ供电：可以采用支持２２０Ｖ的ＡＰ定位器
2) 连接方式
a) 有线连接
b) 无线连接
3) 安装附件清单
ＡＰ安装附件：AP定位器延长天线、AP固定支架。
施工方准备的以太网部署材料：
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序号
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名 称
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数量
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备注
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1
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网线
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由施工方定
|
无
|
|
2
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直流电源线
|
由施工方定
|
无
|
|
3
|
插座
|
由施工方定
|
无
|
|
4
|
PVC管
|
由施工方定
|
无
|
|
5
|
PVC走线槽
|
由施工方定
|
无
|
|
6
|
24口交换机
|
由施工方定
|
无
|
|
7
|
挂墙机柜
|
由施工方定
|
无
|
|
8
|
配电箱
|
由施工方定
|
无
|
|
9
|
水晶头
|
由施工方定
|
无
|
|
10
|
其它辅材
|
由施工方定
|
无
|
|
11
|
AP集中供电器
|
由施工方定
|
无
|
|
12
|
开关电源
|
由施工方定
|
无
|
如果AP之间距离比较远（超过100米），需要采用光纤：
5.3.4 施工进度安排
|
序号
|
分项工程
|
投入人力情况
|
工期（天）
|
备注
|
|
1
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带领施工人员现场指定安装点
|
专业技术人员1人，施工工人2
|
无
|
预估
|
|
2
|
根据现场环境，拉电源线、网线
|
专业技术人员1人，施工工人3
|
无
|
预估
|
|
3
|
AP安装
|
专业技术人员1人，施工工人3
|
无
|
预估
|
|
4
|
AP确认监测
|
专业技术人员1人
|
无
|
预估
|
|
5
|
系统调试
|
专业技术人员2人
|
无
|
预估
|
|
6
|
工程验收
|
专业技术人员1人
|
无
|
预估
|
|
7
|
总工期
|
|
无
|
预估
|
