基于Wi-Fi实时定位技术展馆无线定位 应用方案说明

　　基于Wi-Fi实时定位技术

　　展馆无线定位

　　应用方案说明

　　苏州工业园区优频科技有限公司

　　1 引言

　　1.1 文档说明

　　• 本文档为基于Wi-Fi的实时定位解决方案。

　　1.2 术语与缩写解释

　　缩写、术语 解 释

　　AP Access Point的缩写，即负责通讯功能的无线网络接入点。

　　定位AP/AP定位器 拥有定位功能无线网络接入点

　　Tag/定位标签/标签 基于Wi-Fi的RFID电子标签。

　　RTLS/实时定位系统 Real Time Location Systems的缩写，即实时定位系统。

　　Wi-Fi 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。

　　2 项目需求

　　2.1 项目背景

　　该项目为在展馆应用，展馆内布置了大量的展品。展馆建设关注公共性、舒适性、人性化的商业空间的塑造：有意识增加更多的公共空间， 吸引人们有秩序的驻留，建筑人们提供了一个舒适的环境，努力提高人们在场所中体验生活的品质，而不仅仅是一些展品。展馆内有视频监控系统、信息发布系统、智能环境信息采集系统以及无线WLAN网络等多个子系统，通过综合系统平台将各子系统进行关联，实现高品质物联网体验。

　　2.2 需求描述

　　1 展品导览

　　用户通过展馆提供的智能手持终端实现实时获取多媒体的展品信息。专门定制的手持设备可以随时查询关心的展品信息和相关背景知识，以及用户位置信息服务。当使用定位服务的用户走进馆内时，PDA设备的定位功能能够显示用户所在位置，用户通过PDA查询功能能够定位某类展品，某个展品的具体位置，并通过路径导引提供服务。

　　2 定位用户，推送信息

　　展厅内划分若干个子区域，每个子区域经营不同种类的展品。当用户手持PDA终端路过某个区域时，系统平台会根据用户所在区域向智能终端推送广告信息。用户自行浏览，如对某一广告产生关注时，可通过手持查询终端调出商品详细信息进行浏览，并相应提供路径导引服务。当来访领导进行参观访问时，系统平台根据领导所在区域将一些欢迎词在该区域的大屏中显示。

　　3 资产跟踪

　　展馆内一些物品进行跟踪管理，如展品、移动查询终端等等。

　　4 电子巡更

　　馆内拥有一批专门的物业管理及安保人员，对馆内定期巡更，为对巡更人员进行科学有效管理，系统提供巡更功能。通过无线定位系统对巡更人员的巡更路线和状况进行记录，并在后台管理软件中显示。

　　无线定位系统性能要求：

　　1. 要实现移动定位，即对展馆内流动人员进行定位，要求将定位时延降至最小，保障系统实时性。

　　2. 一般定位精度要求控制在3-5米范围以内。

　　3. 能够与综合系统平台互联，以实现多个系统间配合

　　2.3 需求分析

　　在展馆部署WLAN网络，通过Wi-Fi实时定位系统，能实现智能终端的无线传输和实时定位。定位精度可以达到3-5米，在一些特殊环境下可以将定位精度提高到1米。

　　1. 终端定位

　　在带有Wi-Fi的PDA终端上，实现实时定位，定位响应时间可以达到1秒内。PDA上通过电子地图显示位置，能实现类似GPS的导航系统，信息搜索、广告等位置服务功能。在某些环境下，终端定位到某个展品的位置，可以实现更细化的信息服务。

　　2. 终端监控

　　在后台定位平台上可以定位各个PDA终端的位置，在电子地图上显示。并且可以实时地进行数据交互。

　　3. 资产定位

　　资产上安装带有振动传感器的标签，资产一旦移动就可以报警。资产和主人出入大门时，进行配对。

　　4. 电子巡更

　　保安可以佩戴Wi-Fi标签，或者配备Wi-Fi手机，代替传统的对讲机。后台可以实时知道保安的位置。并且可以结合视频系统，根据保安位置调用视频。记录保安的巡逻轨迹，可以回放分析。

　　2.4 WiFi方案优势

　　WiFi普及率高：全球Wi-Fi用户已达7亿; Wi-Fi网络应用覆盖广泛，可以利用已铺设的Wi-Fi网络，避免网络的重复建设;

　　数据传输速率快：可达1Mbps～54Mbps

　　强大的网络扩展功能：Wi-Fi网络可方便的实现语音、视频、定位、无线传感等多种功能。

　　定位终端多：中国智能手机超过1亿部

　　室内定位： WiFi可以实现室内定位，GPS做不到

　　2.5 优频科技系统的优势

　　定位精度高：室内精度高达3M，实时性好

　　定位数量多： 1个AP支持200多个终端同时定位，而其他定位算法同时定位数量不超过30个

　　使用方便： 不需要在手机上安装软件就可以定位

　　分布式定位服务器： 支持上万个定位目标同时定位

　　采用AP扫描方式: 支持iOS的iPhone和iPAD定位,手机不需要连接AP就了可以定位，一个AP可以同时扫描200多个终端。

　　3 方案设计

　　3.1 设计理念

　　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。

　　3.2 系统组成

　　Wi-Fi定位导览系统组成如下图所示：

　　主要有以下几个部分组成：

　　1) AP定位器 (AP Locator)

　　定位器搜集WIFI终端的信息，把这些信息发送到后台定位服务器。

　　2) Wi-Fi终端 (手机、平板电脑)

　　WIFI终端周期性地发射Wi-Fi信号，信号包含唯一MAC ID。WIFI终端与客户绑定。后台系统将WIFI终端的信号ID和客户姓名等信息绑定。

　　3) 定位服务器 (Locating Server)

　　定位服务器含有定位引擎服务器、IIS服务器、数据库服务器等3台，能根据信号计算位置。

　　4) 内容服务器 (Content Server)

　　内容服务器支持和展品有关的信息内容以及用户信息。这些功能需要二次开发

　　工作流程：

　　1) 用户持有手持WIFI终端，WIFI终端打开WIFI，定期向外发送自身相关信息

　　2) 同时，AP定位器搜集相关数据之后转发到定位服务器。

　　3) 定位服务器根据定位终端的ID和信号强度，判断出离商户大概的距离。当手持终端距离商户3-5米左右，手持终端触发推送程序，浏览内容服务器通过WIFI网络推送给客户的信息。定位服务器获得手持终端的信息以及定位标签的信息，计算出设备或标签的位置，并将设备ID、位置信息等发送到内容服务器。

　　4) 终端设备通过浏览器访问内容服务器，或者内容服务器根据位置实时将相关内容发送到终端设备上，并且能和终端设备实现实时互动。

　　3.3 定位原理

　　商场覆盖无线局域网，顾客WiFi智能终端连接上商场WiFi后周期性地发出信号，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。

　　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，

　　Wi-Fi定位的算法介绍：

　　Wi-Fi定位系统是基于标准的IEEE 802.11无线局域网(WLAN)。定位算法是基于接收到Wi-Fi信号的强度(RSSI)。在覆盖无线局域网的地方，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判断出标签距离AP的位置，通过标签到至少3个AP的距离可以算出标签的位置，并通过电子地图显示具体位置。这是传统的三角定位原理。

　　Wi-Fi 无线信号经过反射后才到达接收器，而不是一条径直的路径，这样就给定位计算带来了很大的误差，这种现象叫多路径。因为室内空间的障碍物会造成多路径干扰,导致讯号变化较大,所以传统的三角定位法不适用於室内环境。

　　采用基于RF指纹识别(FINGERPRINTING)的定位方法。在定位区域内设置多个采样点，将定位终端放在给个采样点。场景规划工具可以把定位终端发射的信号特征记录下来，根据这些特征和不同位置的信号建立信号纹来指示定位终端的位置。利用信号纹和相对应的位置信息建立起数据库后，定位系统根据实时收集到的信号特征，就能计算位置了。

　　人体对WiFi终端是有干扰的，定位系统采用历史移动轨迹、增加AP定位器、修正信号突变等方法尽量在算法上降低干扰带来的定位误差。

　　定位精度与定位目标、环境和定位器铺设密度有关，定物可以达到3米甚至更好，定位人时由于人体干扰，精度在5-10米的半径范围。定位精度是和定位器分布密度、环境、定位对象的干扰有关的，所以无线定位的精度不是一个绝对的数字。一般说， 精度能达到3米-5米，有时会10米甚至更差。

　　定位器部署密度越高，定位精度越高。任何无线定位的技术，都会有定位误差及不确定因素存在。我们建议实际应用中，考虑到无线定位的特性，通过软件解决精度的不确定因素。定位中会出现跳动，这是由于定位位置处于几个定位点中间。

　　定位频率可以设置为1秒或以上。网页刷新时间为1秒。网络传输也会耗费一定的时间，定位算法最快可以在2秒内计算结果。为了避免人体对定位精度的干扰，在算法上做了特别调整，提高定位的稳定性所以可能出现3-6秒的延时。

　　AP定位器 可以集中管理，可以通过POE方式供电。AP定位器无线发射功能可以禁止，所以大量AP定位器并没有产生任何无线信号，这和普通AP是不同的，不会造成无线干扰。

　　3.4 实现功能

　　1) 自动导览

　　• 通过Wi-Fi手持智能终端上面的APP,参观者可以看到展览馆所有展位，可以很容易地找到最想看的展位。

　　• 参观者点击想看的展位，APP根据我们的WI-FI实时定位系统所获取的参观者的实时位置和目标展台位置，给参观者进行位置导航，让参观者顺利的到达自己的展位。这样就可以让参观者不必按固定的展台路线进行参观，而是根据自己的喜欢的展台来观看。

　　2) 信息推送

　　• 当参观者到达自己感兴趣的展位的时候，内容服务器根据定位服务器获得的参观者定位数据选择对应展台的有关介绍信息，通过WI-FI网络发送到客户Wi-Fi手持智能终端上面，做到定点推送信息的作用，把展位相关信息发给参观者。

　　3) 轨迹回放

　　• 通过轨迹回放功能可以知道某一参观者在展览馆的足迹，在展览馆中参观过哪些展位。

　　• 通过轨迹回放可以计算出某一参观者在一展览台驻留的时间，判断出参观者对哪些展台特别感兴趣。

　　4) 实时定位后台监控

　　序号 功能名称 功能描述 备注

　　电子地图 在地图上显示图标对应于标签绑定的人或物;

　　定位过程中能实时看到图标平滑移动;

　　标签图标 标签分组，用不同的图标显示;

　　标签闪烁表示有报警;

　　设备图标 可以在地图上显示或隐藏AP、摄像头、定点报警器等设备;

　　AP图标闪烁表示有报警

　　地图操作 地图可以放大和缩小，调整到合适的大小;

　　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;

　　图标操作 将鼠标移到图标上可以看到图标的信息和状态;

　　点击图标后可以显示人员的详细信息;

　　搜索功能 在地图上搜索人员姓名、状态

　　锁定跟踪 可跟踪指定的标签，地图随着标签的移动自动切换

　　多层地图

　　视频联动 右键点击标签，可选择查看视频监控 需要二次开发

　　•

　　位置记录

　　序号 功能名称 功能描述 备注

　　位置记录 记录访客在每个位置的停留时间，便于做客流分析 客流分析需要二次开发

　　已处理的报警记录

　　按钮报警记录 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;

　　区域报警记录 进入或离开某区域报警

　　消失报警记录 离开覆盖区域或电池没电

　　偏离路线记录 指定某个标签在某段时间的行走轨迹，一旦发现该标签偏离指定的行走轨迹达一定的时间，发出报警信息

　　资产或工作人员定位

　　可以采用WiFi标签，绑定到人或者物，对人员和物体进行实时监控。物体标签上带有振动传感器，移动就可以报警。

　　3.5 展馆内容服务器功能描述

　　模块 功能点描述 备注

　　后台 页面内容管理 栏目管理

　　广告位管理

　　页面编辑管理 页面编辑

　　页面发布

　　展品管理 展品管理

　　信息管理

　　多媒体管理

　　纪念品管理

　　会员管理 会员管理

　　签到管理

　　消息管理

　　会员积分管理

　　推荐管理 热门展品

　　参观攻略

　　内容管理 新闻管理

　　点评管理

　　分享管理

　　星级评价管理

　　系统管理 系统缓存管理

　　角色管理

　　权限管理

　　系统参数设置管理

　　系统菜单管理

　　系统配置信息

　　修改密码

　　数据库备份/还原

　　系统日志管理

　　客户端版本更新

　　搜索服务

　　上述内容服务需要定制开发。

　　3.6 手持终端功能描述

　　手机上的APP需要定制开发，而且需要对不同的操作系统开发(iOS， Android)。

　　序号 模块 功能点 功能点描述 备注

　　1 注册 输入手机号 新注册的用户名为手机号 会员管理系统

　　2 输入密码(2次)

　　3 输入验证码(手机验证码)

　　4 注册成功 注册成功分配与系统对应的会员号

　　5 注册失败

　　6 登录 输入手机号或者会员号

　　7 输入密码

　　8 登录成功 当输入正确的用户名密码可登录

　　9 登录失败 1、输入用户名错误。2、输入密码错误。3、没有网络

　　10 功能列表 　 搜索、点评、分享、导航、播放等等

　　11 搜索 按展品名称搜索

　　12 按展商搜索

　　13 类型搜索

　　14 区域选择

　　15 搜索结果

　　16 无对应展品信息

　　17 分享 短信分享

　　18 邮件分享

　　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 点评 点评列表

　　25 点评参展上

　　26 点评展品

　　27 星级评价

　　28 写文字评论

　　29 导航 室内定位导航 1、导航到展品位置。2、导航到卫生间、服务台。3、车位查找。4、语音解说。5、室内地图 利用WIFI定位。

　　30 室外导航 1、谷歌市区地图。2、导航到商业体。3、周围ATM、公交站台等。4、语音解说 　利用GPS定位

　　31 展品介绍 展品清单(表格或地图)

　　32 展品文字介绍

　　33 展品照片介绍

　　34 展品语音或视频介绍

　　35 相关广告推送

　　36 展品评论

　　37 展品网上搜索结果

　　38 内容清除 需要离开展馆后，相关内容清除。内容加密

　　40 会员中心 修改会员密码

　　41 修改会员基本信息

　　42 我的参观记录

　　43 我的浏览记录

　　44 我的点评 编辑

　　45 删除

　　46 无点评

　　47 我的收藏 编辑

　　48 删除

　　49 无收藏

　　50 我的消息 删除

　　51 无消息

　　52 我的积分 积分查询 会员积分系统

　　53 积分兑换

　　54 我的积分兑换历史

　　55 我的优惠卷 优惠卷查询

　　56 优惠卷使用历史

　　57 最新优惠卷推荐

　　58 签到 点击签到

　　59 签到成功 (+1)

　　60 签到失败提示 没有网络等

　　61 签到天数统计

　　62 签到兑换积分

　　63 热门应用推荐 　 常用APP下载

　　64 热门分享推荐 　 点击率最高的分享

　　65 二维码认证 生成二维码名片

　　66 扫描二维码 会员身份、消费记录、消费积分等

　　67 设置 声音提示

　　68 字体大小设置

　　69 消息推送设置

　　70 多语言切换 英语、简繁体

　　71 使用帮助

　　72 通知管理

　　73 邀请好友一起使用

　　74 清除缓存

　　75 关于我们 登录官网 　 官网链接

　　76 用户反馈 意见反馈

　　77 意见提交成功

　　78 XX展馆介绍 点击确定

　　79 关注微博/网站

　　80 更新提示

　　4 方案实施

　　4.1 网络部署设计

　　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。

　　4.1.1 AP数量计算

　　根据具体项目定AP定位器数量。

　　4.1.2 系统搭建

　　• AP安装、供电、连线

　　• 服务器安装

　　• 制作商场地图

　　• 制作商场网站内容

　　• 需要开发平台允许即时更新促销信息

　　• 需要开发手机APP-购物地图(可选)

　　4.1.3 设备清单

　　名称 描述 单价 个数 总价

　　定位产品

　　AP定位器 支持802.11b/g终端，质保1年，

　　延长天线 3米

　　POE供电模块(可选) 48V

　　软件平台(含2000个并发定位LICENSE) 2秒定位2000个

　　现场实施 定位调试人天数

　　定位产品合计

　　网络设备及服务器

　　定位服务器 HP ProLiant DL320 G6 E5603 1 处理器 4GB-R B110i SATA RAID 400 瓦电源服务器， 4G内存， 300G硬盘

　　应用服务器 (IIS服务器， 备用定位引擎) HP ProLiant DL320 G6 E5603 1 处理器 4GB-R B110i SATA RAID 400 瓦电源服务器，4G内存， 300G硬盘

　　数据库服务器 HP ProLiant DL320 G6 E5603 1 处理器 4GB-R B110i SATA RAID 400 瓦电源服务器，4G内存， 1T+硬盘

　　24口交换机

　　工程材料和人工

　　网线、桥架及人工

　　工程费

　　合计

　　4.2 产品指标

　　AP定位器技术指标

　　工作频率 2.4GHz

　　通讯协议 IEEE 802.11b/g

　　安全协议 WEP、WPA、WPA2，64/128位加密

　　速率 最高54Mb/s

　　发射功率 最大20dBm

　　天线增益 2dBi

　　接收灵敏度 -90dB@1Mb/s

　　覆盖范围 覆盖半径室外300米、室内100米

　　处理速度 同时扫描标签128个/秒，200标签识别时间3秒以内

　　网络管理 配置工具：Telnet、TFTP、FTP、HTTP。支持AP Locator管理软件。

　　网络接口 1个WAN口，4个LAN口

　　状态指示灯 Power、Wireless、WAN、LAN(1、2、3、4)

　　供电方式 DC 9-12V，500-700mA，POE可选

　　工作环境 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。

　　使用寿命 正常使用，5年以上

　　服务器配置(支持1000个终端同时定位)：

　　服务器 CPU 内存 硬盘

　　定位服务器 CPU 2.66GHz,4核，12M缓存，2个千兆网口(HP ProLiant DL320 G6 E5603) 4G以上 200G以上

　　数据库服务器 CPU 2.66GHz,4核，12M缓存，2个千兆网口(HP ProLiant DL320 G6 E5603) 4G以上 1T+以上

　　应用服务器 (IIS服务器， 备用定位引擎)

　　CPU 2.66GHz,4核，12M缓存，2个千兆网口(HP ProLiant DL320 G6 E5603) 4G以上 200G以上

　　定位服务器运行环境的如下表所示：

　　操作系统

　　Windows 2003/2008 Server, 32位

　　组件 IIS 6.0、.NET Framework 3.5

　　数据库 Microsoft SQL Server 2005/2008

　　浏览器 IE7.0

　　FLASH播放器 Flash 10.0

　　RTLS系统不包括Windows Server 2003、Microsoft SQL Server等第三方软件。

　　定位服务器指标

　　最快定位反应时间：2秒(根据发射频率)

　　最大同时处理定位终端数：2000个/秒

　　最大标签管理数：10000个