無線區域網終端設備室內定位感應器及設計方法
2024-01-29 07:25:15
專利名稱：無線區域網終端設備室內定位感應器及設計方法
技術領域：
本發明涉及一種無線信號傳播領域的終端設備室內定位感應器，尤指一種用於在室內局域範圍和空間垂直範圍進行定位的無線區域網終端設備室內定位感應器及設計方法。
背景技術：
定位技術一向是被熱衷研究的技術之一，目前用於位置服務的技術已經發展了幾代，最多的是被稱為GPS(Global PositionSystem)的全球位置系統，這種依靠24顆在空中漫遊的GPS衛星給全球用戶提供位置服務的系統，對大量需要定位位置的人提供了關鍵的信息，解決了野外位置確定和軌跡跟蹤等問題。而近些年來，基於RF的廣域蜂窩網絡定位技術有了長足的進步，它利用在城市內覆蓋面廣，接受精度高的特點，採用了測量信號衰減，測量到達角(AOA)，時差分析(TDOA)的方法，逐步提高了定位精度，把城市內的定位應用推向了實用化，特別是其終端設備—手機的普及化和對終端設備的要求不如GPS這麼高的特性，使得普通用戶在低成本指出的情況下即能享用到定位服務，迅速推廣成為了可能，例如在日本的KDDI公司採用高同公司所開發的技術，業已提供了100項不同的基於位置服務的技術，家長可以利用手機追蹤其孩子在公園的位置，手機用戶可以找到東京銀座減價促銷的商品等。在韓國，也有大約200萬市民利用蜂窩網絡的無線定位服務來尋覓附近朋友或方便的咖啡廳來聚會。
雖然定位技術得到了長足的發展，在市場上獲得了成功，得到了收益，但目前的定位技術所能達到的精度還不是很高，它的使用場合局限在室外和部分室內，技術上的局限也就限制了應用的發展，使得需要在室內進行信息和位置信息互動的應用無法實施，而這些就需要依靠本發明專利中設計的無線區域網室內定位技術進行彌補。
發明內容
為了克服上述不足之處，本發明的主要目的旨在提供一種新的、可在室內局域範圍和空間垂直範圍進行小範圍的精確定位的，作為無線區域網室內定位技術的彌補，用於無線區域網定位的定位感應器，及無線區域網定位系統中的定位感應器設計原理，實現隨處隨時的個性化信息推送，通過這項設計技術，能夠在無線區域網定位能力上得到長足提高的無線區域網終端設備室內定位感應器及設計方法。
本發明要解決的技術問題是要解決無線區域網技術和信號傳播技術中的相關軟硬體問題，要解決在無線區域網定位中，信號的輸入參數不豐富，信號的匹配方式中的有關問題，要解決信號在不同位置和不同方向的信號強度，在空間的分布不完全相同的一套輔助定位系統等有關技術問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該系統由定位環境、定位感應點及定位設備等系統組成，包括定位感應器、定位回傳系統、定位感應器布置、信號回傳無線區域網系統布置和定位感應點設計，其中定位感應器布置模塊、信號回傳無線區域網系統布置和定位感應點設計模塊分別與設計定位環境布置方案模塊相連接，設計定位環境布置方案模塊依次與定位參數採集獲取模塊、定位算法設計模塊及終端定位模塊相連接。
所述的無線區域網終端設備室內定位感應器的終端定位包括定期獲取當前位置信息模塊、向中央定位伺服器發送模塊、伺服器算法分析給出位置信息模塊、位置移動模塊及獲取新位置相關多媒體信息模塊，其中定期獲取當前位置信息模塊依次與向中央定位伺服器發送模塊、伺服器算法分析給出位置信息模塊、位置移動模塊及獲取新位置相關多媒體信息模塊相連接。
無線區域網定位算法的基本原理是將無線區域網在區域範圍內的信號量進行採集，形成一個稱為經驗值資料庫的數據集合，即信號地圖，在這個數據集合中，每個需要定位的信號點都有一組數據，分別是周圍信號感應器在這個點四個方向上分別投影的信號數值。在實際定位的時候，將用戶終端發出的當前信號數值和經驗值資料庫中的數值進行匹配，然後得到可能概率最大的定位點返回給用戶。
在這個無線區域網定位系統中，定位系統發揮作用的最基本的原理是信號在不同位置和不同方向的信號強度在空間的分布是不完全相同的，而這些不同就使得位置得以被區分開，加以算法中的輔助，一套定位系統得以建立。
雖然定位系統中存在很多比較複雜的方法和算法，但一切的基礎都在於一個稱為定位感應器的設備，這個定位感應器的存在，使得信號存在，信號的存在使得無線區域網定位技術有用武之地。定位感應器本身是一臺具有嵌入式處理器的設備，內附和終端以及後臺定位算法伺服器所交互的協議和軟體，同時具備一定的智能，可以對環境進行判斷。
一種無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法，該定位感應器的設計方法包括時間型Beacon包發送技術，信號感應智能警告技術，定位信號增強技術及定位感應器一體化設計技術等，該設計將無線區域網在區域範圍內的信號量進行採集，形成一個經驗值資料庫的數據集合和信號地圖，在這個數據集合中，每個需要定位的信號點都有一組數據，分別是周圍信號感應器在這個點四個方向上分別投影的信號數值，並將用戶終端發出的當前信號數值和經驗值資料庫中的數值進行匹配，然後得到可能概率大的定位點返回給用戶；其具體工作步驟主要是步驟1.環境布置首先進行定位環境的布置，通過定位感應器，定位回傳系統，定位感應點的布置設計構建一個定位的環境；步驟2.參數搜集通過定位參數的獲取，將環境中用於定位的參數進行搜集，形成定位的經驗值資料庫；步驟3.算法設計進行定位算法的設計，算法是在定位系統出現時候為存在，根據不同的環境，不同的用戶需求，算法的參量需要進行調整；步驟4.終端定位實現終端的定位，用戶終端在移動過程中和系統所布置的環境進行溝通，和系統服務端溝通，通過位於終端上的應用程式，將位置信息和同位置信息相關的推送信息發送到系統中。
Beacon幀是無線區域網技術802.11協議中所定義的幀類型，Beacon傳送的信號內容是一些控制的信號，它採用最小碼率編制傳送，確保傳遞的控制信息能最大可能地到達終端，定位系統中的重要參量RSSI就是附在Beacon中傳送和被終端獲取的；定位系統中引入了一個隱藏的定位參量，時間，作為RSSI(Radio Signal Strength Indicator)的一個輔助定位參量，區分RSSI無法區別的區域，具有一定的作用，首先需要在定位感應器中的MAC層進行處理，加入特定的傳遞時間的信息類型，目前加入時間參量的方式是時間量的校準和時間量傳遞。
時間量的校準發送給終端進行定位的時間量需要進行校準，雖然終端所需要的是最終的差值時間量，但時間量本身的準確程度對多個AP到達時間的差異之間有著重要的作用，因此系統需要有時間量和主伺服器同步，這是通過終端發送的主伺服器時間同步數據來完成的，在系統中創建了特定的時間同步協議LTSP(Location TimeSynchronous Protocol)，由終端從主伺服器獲取同步時間，然後通過Beacon回傳送給定位感應器；時間量傳遞通過將時間信息量附加在Beacon包的附加位上進行傳遞，傳遞的格式如附圖，接受端解讀Beacon包中附著的時間信息，對各個AP的時間信息進行比較，從而得出位置的可判斷依據。
所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的時間型Beacon包發送技術，是將信號的發送時間附在無線區域網的Beacon包中，為精確定位的輔助參數，其加入時間參量的方式包括時間量的校準和時間量傳遞；其中時間量的校準的具體工作步驟是步驟1.校準發送給終端進行定位的時間量進行校準；步驟2.時間量和主伺服器同步
a).系統有時間量和主伺服器同步，通過終端發送的主伺服器時間同步數據來完成；b).創建時間同步協議LTSP，其中定位感應器與終端之間通過時間同步協議LTSP同步化進行無線信號控制傳輸，終端對伺服器通過時間同步協議LTSP初始化進行信號控制傳輸，伺服器對終端通過時間同步協議LTSP請求進行信號控制傳輸，終端對伺服器通過時間同步協議LTSP響應進行信號控制傳輸；步驟3.獲取同步時間由終端從主伺服器獲取同步時間；步驟4.回傳送通過Beacon回傳送給定位感應器；其中時間量傳遞的具體工作步驟是步驟1.傳遞將時間信息量附加在Beacon包的附加位上進行傳遞；步驟2.創建格式附加時間信息的Beacon包依次插入為Beacon包頭、Beacon數據包、RSSI信號強度、Beacon數據包及附加時間信息；步驟3.解讀接受端解讀Beacon包中附著的時間信息；步驟4.比較對各個接入點AP的時間信息進行比較；步驟5.得出依據比較後，得出位置的可判斷依據。
信號感應智能警告技術信號感應器是在無線區域網定位環境中位置基本保持不變，具有穩定性能的設備，這一點可以加以利用實施信號的智能警告，進行智能警告的設備處於一種成為「警告模式」的狀態，在這個狀態中，定位感應器不提供定位服務，而通常定位感應器處於「定位模式」。
所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的信號感應智能警告技術方法是感應器之間的智能探測，一旦發現信號發生變化，則感應器通過Beacon包將探測結果傳送給終端，由終端發送給定位伺服器，其智能警告技術的具體步驟包括警告閥值信息搜集、警告閥值信息設置和智能警告信息發送；其中警告閥值信息搜集的具體工作步驟是步驟1.搜集信號數值搜集周圍環境中可獲取信號量的其它定位感應器的信號數值；步驟2.模式切換a)、定位感應器定位模式狀態；b)、定位感應器警告模式狀態；c)、切換激活條件客戶模式的切換激活條件等於周圍環境信號未活動時間大於30分鐘或系統接受到強制進入智能警告模式命令模塊；d)、間隔閥值到達客戶模式切換間隔閥值等於小於5秒；步驟3.信號數值獲得信號數值是通過將定位感應器模式切換至無線區域網客戶模式來獲得的；其中警告閥值信息設置的具體工作步驟是步驟1.設置智能警告閥值的設置是在中心伺服器中獲取；步驟2.回覆中心伺服器中回復由定位感應器發出的警告閥值詢問請求；
步驟3.連接定位伺服器通過將自身切換至客戶模式，並和周圍的無線網絡接入服務點連接進入命令加以設置；步驟4.同步將系統的閥值設置和伺服器的閥值設置進行同步；其中智能警告信息發送的具體工作流程是步驟1.設置定位模式模塊；步驟2.若被激活，則進入警告閥值信息搜集模塊；步驟3.若被激活，則進入和已有閥值比較判斷是否有問題模缺；步驟4.判斷若有問題，則進入和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令模塊；若無問題，則反饋進入定位模式模塊；步驟5.獲取若和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令模塊被激活，則進入超時或獲取中心命令之行完成模塊；步驟6.進入定位模式超時或獲取中心命令之行完成模塊進入定位模式。
定位信號增強技術定位信號Beacon的丟失，在定位系統中的損失是不可預估的，而這在傳統的無線區域網技術中沒有保障信號Beacon順利到達終端的技術，在本專利申請的定位感應器中，設計了定位信號增強技術以保障定位Beacon信號的傳送；所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的定位信號增強技術的具體工作步驟是步驟1.發出定位Beacon收到客戶端發出的Beacon信號請求後，定位感應器返回附帶時間標記的Beacon，定位終端在接受端到Beacon回復後，將發一個Beacon信號請求包；步驟2.等待定位回復定位感應器同時將已收到的定位感應器編號附著在內，等待定位感應器主動發出的Beacon回復請求，重複的Beacon請求，附加相應情況信息；步驟3.確認定位回複查看獲取的Beacon請求，確認是否包含自身的編號，如果有效，則完成定位信號發送；如果無效，則轉至重複定位回復模塊；步驟4.查詢是否完成定時器激活模塊，查詢是否已經完成定位信號發送，如果完成，則停止計時器，如果未完成，則轉至重複定位回復模塊；步驟5.重發達到設定限制若重發達到設定限制，則完成定位信號發送，否則重發Beacon請求回復給定位終端，跳轉至發出定位Beacon模塊。
所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的定位感應器一體化設計技術是定位感應器和一般的用於無線區域網的無線接入點不同，這個不同點一方面是內部的技術不同，在硬體設計上，定位感應器有其特殊的設計需求和技術。
本發明的有益效果是該方法是基於無線區域網Wireless LocalArea Network上的終端定位技術中所使用的定位算法，可在室內局域範圍和空間垂直範圍進行小範圍的精確定位，具備一定的智能，可以對環境進行判斷，改進周圍的定位環境的定位能力，並實現隨處隨時的個性化信息推送，通過這項設計技術，能夠在無線區域網定位能力上得到長足提高。
下面結合
和實施例對本發明進一步說明。
附圖1為本發明的定位方法流程方框圖；附圖2為本發明的時間量校準-LTSP協議示意圖；附圖3為本發明的附加時間信息的Beacon包結構示意圖；附圖4為本發明的閥值警告信息搜集模式切換方框示意圖；附圖5為本發明的智能警告信息發送流程流程示意圖；附圖6為本發明的定位信號增強流程示意圖；附圖標號說明1-定位感應器布置；2-信號回傳無線區域網系統布置；3-定位感應點設計；4-設計定位環境布置方案；5-定位參數採集獲取；6-定位算法設計；7-終端定位；8-定期獲取當前位置信息；9-向中央定位伺服器發送；10-伺服器算法分析給出位置信息；11-位置移動？12-獲取新位置相關多媒體信息；13-伺服器；14-終端；15-定位感應器；16-LTSP初始化；17-LTSP請求；18-LTSP響應；19-LTSP同步化；
20-Beacon包頭；21-Beacon數據包；22-RSSI信號強度；23-附加時間信息；24-到達客戶模式切換間隔閥值；25-定位感應器定位模式；26-定位感應器警告模式；27-周圍環境信號未活動時間大於30分鐘或系統接受到強制進入智能警告模式命令；28-定位模式；29-被激活；30-警告閥值信息搜集；31-和已有閥值比較判斷是否有問題；32-和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令；33-超時或獲取中心命令之行完成；34-發出定位Beacon；35-等待定位回復；36-確認定位回復；37-是否完成？38-有效；39-無效；40-完成；41-定時器激活；42-重複定位回復；
具體實施例方式請參閱附圖1所示，本發明由定位環境、定位感應點及定位設備等系統組成，該系統包括定位感應器、定位回傳系統、定位感應器布置(1)、信號回傳無線區域網系統布置(2)和定位感應點設計(3)等技術，其中定位感應器布置(1)模塊、信號回傳無線區域網系統布置(2)和定位感應點設計(3)模塊分別與設計定位環境布置方案(4)模塊相連接，設計定位環境布置方案(4)模塊依次與定位參數採集獲取(5)模塊、定位算法設計(6)模塊及終端定位(7)模塊相連接。
所述的無線區域網終端設備室內定位感應器的終端定位(7)包括定期獲取當前位置信息(8)模塊、向中央定位伺服器發送(9)模塊、伺服器算法分析給出位置信息(10)模塊、位置移動(11)模塊及獲取新位置相關多媒體信息(12)模塊等模塊，其中定期獲取當前位置信息(8)模塊依次與向中央定位伺服器發送(9)模塊、伺服器算法分析給出位置信息(10)模塊、位置移動(11)模塊及獲取新位置相關多媒體信息(12)模塊相連接。
請參閱附圖2、3所示，無線區域網定位算法的基本原理是將無線區域網在區域範圍內的信號量進行採集，形成一個稱為經驗值資料庫的數據集合，即信號地圖，在這個數據集合中，每個需要定位的信號點都有一組數據，分別是周圍信號感應器在這個點四個方向上分別投影的信號數值。在實際定位的時候，將用戶終端發出的當前信號數值和經驗值資料庫中的數值進行匹配，然後得到可能概率最大的定位點返回給用戶。
在這個無線區域網定位系統中，定位系統發揮作用的最基本的原理是信號在不同位置和不同方向的信號強度在空間的分布是不完全相同的，而這些不同就使得位置得以被區分開，加以算法中的輔助，一套定位系統得以建立。
雖然定位系統中存在很多比較複雜的方法和算法，但一切的基礎都在於一個稱為定位感應器的設備，這個定位感應器的存在，使得信號存在，信號的存在使得無線區域網定位技術有用武之地。需要保護的是無線區域網定位系統中的定位感應器設計原理，定位感應器本身是一臺具有嵌入式處理器的設備，內附和終端以及後臺定位算法伺服器所交互的協議和軟體，同時具備一定的智能，可以對環境進行判斷，改進周圍的定位環境的定位能力。
一種無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法，該定位感應器的設計方法包括時間型Beacon包發送技術，信號感應智能警告技術，定位信號增強技術及定位感應器一體化設計技術等，該設計將無線區域網在區域範圍內的信號量進行採集，形成一個經驗值資料庫的數據集合和信號地圖，在這個數據集合中，每個需要定位的信號點都有一組數據，分別是周圍信號感應器在這個點四個方向上分別投影的信號數值，並將用戶終端發出的當前信號數值和經驗值資料庫中的數值進行匹配，然後得到可能概率大的定位點返回給用戶；其具體工作步驟主要是步驟1.環境布置系統首先進行定位環境的布置，通過定位感應器，定位回傳系統，定位感應點的布置設計構建一個定位的環境；步驟2.參數搜集通過定位參數的獲取，將環境中即將用於定位的參數進行搜集，形成定位的經驗值資料庫；步驟3.算法設計進行定位算法的設計，算法是在定位系統出現時候為存在，但根據不同的環境，不同的用戶需求，這些算法的參量需要進行一系列調整；步驟4.終端定位實現終端的定位，用戶終端在移動過程中和系統所布置的環境進行溝通，和系統服務端溝通，通過位於終端上的應用程式，將位置信息和同位置信息相關的推送信息發送到系統中。
Beacon幀是無線區域網技術802.11協議中所定義的幀類型，Beacon傳送的信號內容是一些控制的信號，它採用最小碼率編制傳送，確保傳遞的控制信息能最大可能地到達終端，定位系統中的重要參量RSSI就是附在Beacon中傳送和被終端獲取的；為了能夠提高定位系統的精確度，定位系統中引入了一個隱藏的定位參量，時間。雖然目前這個時間參量在系統定位中所起的作用還不是很大，但是作為RSSI(Radio Signal StrengthIndicator)的一個輔助定位參量，區分RSSI無法區別的區域，具有一定的作用，而這個技術首先需要在定位感應器中的MAC層進行處理，加入特定的傳遞時間的信息類型，目前加入時間參量的方式是時間量的校準和時間量傳遞。其中時間量的校準發送給終端進行定位的時間量需要進行校準，雖然終端所需要的是最終的差值時間量，但時間量本身的準確程度對多個AP到達時間的差異之間有著重要的作用，因此系統需要有時間量和主伺服器同步，這是通過終端發送的主伺服器時間同步數據來完成的，在系統中創建了特定的時間同步協議LTSP(Location TimeSynchronous Protocol)，由終端從主伺服器獲取同步時間，然後通過Beacon回傳送給定位感應器；時間量傳遞通過將時間信息量附加在Beacon包的附加位上進行傳遞，傳遞的格式如附圖3，接受端解讀Beacon包中附著的時間信息，對各個AP的時間信息進行比較，從而得出位置的可判斷依據。
請參閱附圖2、3所示，所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的時間型Beacon包發送技術，是將信號的發送時間附在無線區域網的Beacon包中，為精確定位的輔助參數，其加入時間參量的方式包括時間量的校準和時間量傳遞；其中時間量的校準的具體工作步驟是步驟1.校準發送給終端進行定位的時間量進行校準；步驟2.時間量和主伺服器同步a).系統有時間量和主伺服器同步，通過終端發送的主伺服器時間同步數據來完成；b).創建時間同步協議LTSP，其中定位感應器(15)與終端(14)之間通過時間同步協議LTSP同步化(19)進行無線信號控制傳輸，終端(14)對伺服器(13)通過時間同步協議LTSP初始化(16)進行信號控制傳輸，伺服器(13)對終端(14)通過時間同步協議LTSP請求(17)進行信號控制傳輸，終端(14)對伺服器(13)通過時間同步協議LTSP響應(18)進行信號控制傳輸；步驟3.獲取同步時間由終端(14)從主伺服器獲取同步時間；步驟4.回傳送通過Beacon回傳送給定位感應器(15)；其中時間量傳遞的具體工作步驟是步驟1.傳遞將時間信息量附加在Beacon包的附加位上進行傳遞；步驟2.創建格式附加時間信息的Beacon包依次插入為Beacon包頭(20)、Beacon數據包(21)、RSSI信號強度(22)、Beacon數據包(21)及附加時間信息(23)；步驟3.解讀接受端解讀Beacon包中附著的時間信息；步驟4.比較對各個接入點AP的時間信息進行比較；步驟5.得出依據比較後，得出位置的可判斷依據。
信號感應智能警告技術信號感應器是在無線區域網定位環境中位置基本保持不變，具有穩定性能的設備，這一點可以加以利用實施信號的智能警告，進行智能警告的設備處於一種成為「警告模式」的狀態，在這個狀態中，定位感應器不提供定位服務，而通常定位感應器處於「定位模式」。其中警告閥值信息搜集搜集周圍環境中可獲取信號量的其它定位感應器的信號數值，這些數值是通過將定位感應器模式切換至無線區域網客戶模式來獲得的；客戶模式的切換激活條件＝周圍環境信號未活動時間＞30分鐘|系統接受到強制進入智能警告模式命令；客戶模式切換間隔閥值＝{＜5秒}警告閥值信息設置智能警告閥值的設置是在中心伺服器中獲取，中心伺服器中回復由定位感應器發出的警告閥值詢問請求。定位伺服器通過將自身切換至客戶模式並和周圍的無線網絡接入服務點連接進入命令加以設置，將系統的閥值設置和伺服器的閥值設置進行同步；智能警告信息發送一旦警告閥值信息搜集中搜集到的信號數值和系統中已有的信號閥值設置不符合，這個時候則認為發生了一場情況，智能警告系統即可切換自身狀態進入警告模式，將警告信息發送給定位服務中心，由定位服務中心實施預設置的智能調節方法。
請參閱附圖4、5所示，所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的信號感應智能警告技術方法是感應器之間的智能探測，一旦發現信號發生變化，則感應器通過Beacon包將探測結果傳送給終端，由終端發送給定位伺服器，其智能警告技術的具體步驟包括警告閥值信息搜集、警告閥值信息設置和智能警告信息發送；其中警告閥值信息搜集的具體工作步驟是步驟1.搜集信號數值搜集周圍環境中可獲取信號量的其它定位感應器的信號數值；步驟2.模式切換a)、定位感應器定位模式(25)狀態；b)、定位感應器警告模式(26)狀態；c)、切換激活條件客戶模式的切換激活條件等於周圍環境信號未活動時間大於30分鐘或系統接受到強制進入智能警告模式命令(27)模塊；d)、間隔閥值到達客戶模式切換間隔閥值(24)等於小於5秒；步驟3.信號數值獲得信號數值是通過將定位感應器模式切換至無線區域網客戶模式來獲得的；其中警告閥值信息設置的具體工作步驟是步驟1.設置智能警告閥值的設置是在中心伺服器中獲取；步驟2.回覆中心伺服器中回復由定位感應器發出的警告閥值詢問請求；步驟3.連接定位伺服器通過將自身切換至客戶模式，並和周圍的無線網絡接入服務點連接進入命令加以設置；步驟4.同步將系統的閥值設置和伺服器的閥值設置進行同步；其中智能警告信息發送的具體工作流程是步驟1.設置定位模式(28)模塊；步驟2.若被激活(29)，則進入警告閥值信息搜集(30)模塊；步驟3.若被激活(29)，則進入和已有閥值比較判斷是否有問題(31)模塊；步驟4.判斷若有問題，則進入和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令(32)模塊；若無問題，則反饋進入定位模式(28)模塊；步驟5.獲取若和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令(32)模塊被激活(29)，則進入超時或獲取中心命令之行完成(33)模塊；步驟6.進入定位模式(28)超時或獲取中心命令之行完成(33)模塊進入定位模式(28)。
定位信號增強技術定位信號Beacon的丟失，在定位系統中的損失是不可預估的，而這在傳統的無線區域網技術中沒有保障信號Beacon順利到達終端的技術，在本專利申請的定位感應器中，設計了定位信號增強技術以保障定位Beacon信號的傳送；定位信號增強技術，在無線區域網802.11技術中，Beacon信號的發送是在客戶端發送請求數據包後進行的，而Beacon是否被終端接受到，無線接入點也並不需要了解，這樣Beacon包在接受過程中的可靠性就無法完全滿足定位需求，在申請者設計的無線區域網定位感應器中，設計了一套定位信號增強技術，以此保障定位系統定位信息的可靠。
請參閱附圖6所示，所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的定位信號增強技術的具體工作步驟是步驟1.發出定位Beacon(34)收到客戶端發出的Beacon信號請求後，定位感應器返回附帶時間標記的Beacon，定位終端在接受端到Beacon回復後，將發一個Beacon信號請求包；步驟2.等待定位回復(35)定位感應器同時將已收到的定位感應器編號附著在內，等待定位感應器主動發出的Beacon回復請求，重複的Beacon請求，附加相應情況信息；步驟3.確認定位回復(36)查看獲取的Beacon請求，確認是否包含自身的編號，如果有效(38)，則完成(40)定位信號發送；如果無效(39)，則轉至重複定位回復(42)模塊；步驟4.查詢是否完成(37)定時器激活(41)模塊，查詢是否已經完成定位信號發送，如果完成，則停止計時器，如果未完成，則轉至重複定位回復(42)模塊；步驟5.重發達到設定限制若重發達到設定限制，則完成定位信號發送，否則重發Beacon請求回復給定位終端，跳轉至發出定位Beacon(34)模塊。
所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法的定位感應器一體化設計技術是定位感應器和一般的用於無線區域網的無線接入點不同，這個不同點一方面是內部的技術不同，在硬體設計上，定位感應器有其特殊的設計需求和技術。
定位感應器一體化規格技術，融合了以上幾項專利技術的定位感應器，最後是以產品的形式出現在應用環境中，這項能實現定位功能的產品，必須滿足申請者所設計的規格要求，這些特定的規格被涵蓋在專利申請內。
定位感應器的一體化規格技術具體為結構規格部分1. 220V內置電源不使用通常無線接入點使用的變壓器模式，這是為了簡化安裝的過程，由於定位的精確化需要依靠定位感應器在一些特定位置的補充，因此能夠很方便地被安裝到任何位置是定位系統是否能實現的一個很重要的方面，採用了220V內置電源，簡化了安裝中所需的即插即用便利。
2.外殼可更換和電源採用的規格的原因一致，外殼可更換也是為了能夠系統能夠更具有靈活性，定位感應器無需有線網絡的連接，他只需要能夠提供實時供電即可，但是在供電電源的牆體上突兀地安裝一個設備，並不是能讓所有的場所擁有者滿意的，可更換外殼的設計思想可以讓設備和牆體融為一體，讓系統能夠更「隱形」地布設到各處。
技術規格部分3.無線部分採用國家無委會2.4G規格，不超過100mW發射功率；4.和通常的無線區域網接入點不同，定位感應器不具有有線網絡接口；5.採用無線DSSS擴頻技術，編碼部分採用802.11b的BPSK、QPSK和CCK；
內置自有技術部分6.時間型Beacon包發送技術7.信號感應智能警告技術8.定位信號增強技術這些技術規格，是無線區域網定位技術的關鍵部件—定位感應器的關鍵技術規格，通過這些規格的實現，無線感應器得以在無線區域網定位系統中得以發揮其作用，最終通過信號的布設和同終端，服務端的交互，創造一個高進度定位的環境和應用。
無線區域網定位簡介作為被廣泛接受的一項新興技術，WIFI技術如今風頭正勁，技術不斷發展，速度不斷提升，使用其簡化上網手續，提升上網品質的案例比比皆是，隨著使用人群數量的不斷提升，使用用戶依賴度的增加，這項無線區域網技術已經開始走進我們的日常生活，成為像電視，電線，網絡一樣的基礎電信服務網絡的一部分，給我們帶來了更多可以發揮想像力的空間。雖然現在無線區域網技術尚未達到象手機網絡，電網如此普遍，但其高速，易用的平民化服務能力已經被廣泛接受，成為下一代網絡的一個重要的可選標準。
一項需要普及的技術，包括我們現在談論的定位技術，都是要具有足夠的受眾人群，才能使實際使用成為現實可能，而無線區域網技術在近幾年的的迅速普及，使得利用WLAN的局域化定位成為了可能，目前無線區域網在全世界已經形成了一個廣泛的定位局端覆蓋網絡，在美國，日本，韓國，中國，繁華城市中已經慢慢地逐步鋪設成一張可以在未來同GSM，3G競爭的服務性網絡，正是這張大網的存在，孕育了眾多使用高帶寬局域上網的用戶，而這些用戶，就能夠享用到比GPS，CDMA 1X等更靈活，定位精度更高，可以在局域環境下使用的網絡。
無線區域網在發展之初，並沒有將定位的需求作為一項具體的功能需求提出，因此在這項技術上構造定位實現，就不是一件很容易實現的事情，這也是目前無線區域網上的定位並未發展得如火如荼的原因。為此，要實現這項能夠帶來眾多方便的功能，就需要對無線區域網所具備的參數上進行充分的分析，同時構造一套定位的方法來實現無線區域網的定位，本發明專利申請保護的就是具有獨創性的無線區域網定位技術中的定位感應器部分。
權利要求
1.一種無線區域網終端設備室內定位感應器，該裝置有定位環境、定位感應點及定位設備，其特徵在於包括定位感應器、定位回傳系統、定位感應器布置(1)、信號回傳無線區域網系統布置(2)和定位感應點設計(3)，其中定位感應器布置(1)模塊、信號回傳無線區域網系統布置(2)和定位感應點設計(3)模塊分別與設計定位環境布置方案(4)模塊相連接，設計定位環境布置方案(4)模塊依次與定位參數採集獲取(5)模塊、定位算法設計(6)模塊及終端定位(7)模塊相連接。
2.根據權利要求1所述的無線區域網終端設備室內定位感應器，其特徵在於所述的終端定位(7)包括定期獲取當前位置信息(8)模塊、向中央定位伺服器發送(9)模塊、伺服器算法分析給出位置信息(10)模塊、位置移動(11)模塊及獲取新位置相關多媒體信息(12)模塊，其中定期獲取當前位置信息(8)模塊依次與向中央定位伺服器發送(9)模塊、伺服器算法分析給出位置信息(10)模塊、位置移動(11)模塊及獲取新位置相關多媒體信息(12)模塊相連接。
3.一種無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法，其特徵在於該定位感應器的設計方法包括時間型Beacon包發送技術，信號感應智能警告技術，定位信號增強技術及定位感應器一體化設計技術，該設計將無線區域網在區域範圍內的信號量進行採集，形成一個經驗值資料庫的數據集合和信號地圖，在這個數據集合中，每個需要定位的信號點都有一組數據，分別是周圍信號感應器在這個點四個方向上分別投影的信號數值，並將用戶終端發出的當前信號數值和經驗值資料庫中的數值進行匹配，然後得到可能概率大的定位點返回給用戶；其具體工作步驟主要是步驟1.環境布置首先進行定位環境的布置，通過定位感應器，定位回傳系統，定位感應點的布置設計構建一個定位的環境；步驟2.參數搜集通過定位參數的獲取，將環境中用於定位的參數進行搜集，形成定位的經驗值資料庫；步驟3.算法設計進行定位算法的設計，算法是在定位系統出現時候為存在，根據不同的環境，不同的用戶需求，算法的參量需要進行調整；步驟4.終端定位實現終端的定位，用戶終端在移動過程中和系統所布置的環境進行溝通，和系統服務端溝通，通過位於終端上的應用程式，將位置信息和同位置信息相關的推送信息發送到系統中。
4.根據權利要求3所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法，其特徵在於所述的時間型Beacon包發送技術，是將信號的發送時間附在無線區域網的Beacon包中，為精確定位的輔助參數，其加入時間參量的方式包括時間量的校準和時間量傳遞；其中時間量的校準的具體工作步驟是步驟1.校準發送給終端進行定位的時間量進行校準；步驟2.時間量和主伺服器同步a).系統有時間量和主伺服器同步，通過終端發送的主伺服器時間同步數據來完成；b).創建時間同步協議LTSP，其中定位感應器(15與終端(14)之間通過時間同步協議LTSP同步化(19)進行無線信號控制傳輸，終端(14)對伺服器(13)通過時間同步協議LTSP初始化(16)進行信號控制傳輸，伺服器(13)對終端(14)通過時間同步協議LTSP請求(17)進行信號控制傳輸，終端(14)對伺服器(13)通過時間同步協議LTSP響應(18)進行信號控制傳輸；步驟3.獲取同步時間由終端(14)從主伺服器獲取同步時間；步驟4.回傳送通過Beacon回傳送給定位感應器(15)；其中時間量傳遞的具體工作步驟是步驟1.傳遞將時間信息量附加在Beacon包的附加位上進行傳遞；步驟2.創建格式附加時間信息的Beacon包依次插入為Beacon包頭(20)、Beacon數據包(21)、RSSI信號強度(22)、Beacon數據包(21)及附加時間信息(23)；步驟3.解讀接受端解讀Beacon包中附著的時間信息；步驟4.比較對各個接入點AP的時間信息進行比較；步驟5.得出依據比較後，得出位置的可判斷依據。
5.根據權利要求3所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法，其特徵在於所述的信號感應智能警告技術方法是感應器之間的智能探測，發現信號發生變化，則感應器通過Beacon包將探測結果傳送給終端，由終端發送給定位伺服器，其智能警告技術的具體步驟包括警告閥值信息搜集、警告閥值信息設置和智能警告信息發送；其中警告閥值信息搜集的具體工作步驟是步驟1.搜集信號數值搜集周圍環境中可獲取信號量的其它定位感應器的信號數值；步驟2.模式切換a)、定位感應器定位模式(25)狀態；b)、定位感應器警告模式(26)狀態；c)、切換激活條件客戶模式的切換激活條件等於周圍環境信號未活動時間大於30分鐘或系統接受到強制進入智能警告模式命令(27)模塊；d)、間隔閥值到達客戶模式切換間隔閥值(24)等於小於5秒；步驟3.信號數值獲得信號數值是通過將定位感應器模式切換至無線區域網客戶模式來獲得的；其中警告閥值信息設置的具體工作步驟是步驟1.設置智能警告閥值的設置是在中心伺服器中獲取；步驟2.回覆中心伺服器中回復由定位感應器發出的警告閥值詢問請求；步驟3.連接定位伺服器通過將自身切換至客戶模式，並和周圍的無線網絡接入服務點連接進入命令加以設置；步驟4.同步將系統的閥值設置和伺服器的閥值設置進行同步；其中智能警告信息發送的具體工作流程是步驟1.設置定位模式(28)模塊；步驟2.若被激活(29)，則進入警告閥值信息搜集(30)模塊；步驟3.若被激活(29)，則進入和已有閥值比較判斷是否有問題(31)模塊；步驟4.判斷若有問題，則進入和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令(32)模塊；若無問題，則反饋進入定位模式(28)模塊；步驟5.獲取若和中心取得聯繫，發送警告信息，等待中心命令(32)模塊被激活(29)，則進入超時或獲取中心命令之行完成(33)模塊；步驟6.進入定位模式(28)超時或獲取中心命令之行完成(33)模塊進入定位模式(28)。
6.根據權利要求3所述的無線區域網終端設備室內定位感應器設計方法，其特徵在於所述的定位信號增強技術的具體工作步驟是步驟1.發出定位Beacon(34)收到客戶端發出的Beacon信號請求後，定位感應器返回附帶時間標記的Beacon，定位終端在接受端到Beacon回復後，將發一個Beacon信號請求包；步驟2.等待定位回復(35)定位感應器同時將已收到的定位感應器編號附著在內，等待定位感應器主動發出的Beacon回復請求，重複的Beacon請求，附加相應情況信息；步驟3.確認定位回復(36)查看獲取的Beacon請求，確認是否包含自身的編號，如果有效(38)，則完成(40)定位信號發送；如果無效(39)，則轉至重複定位回復(42)模塊；步驟4.查詢是否完成(37)定時器激活(41)模塊，查詢是否已經完成定位信號發送，如果完成，則停止計時器，如果未完成，則轉至重複定位回復(42)模塊；步驟5.重發達到設定限制若重發達到設定限制，則完成定位信號發送，否則重發Beacon請求回復給定位終端，跳轉至發出定位Beacon(34)模塊。
全文摘要
一種涉及無線信號傳播領域的終端設備室內定位感應器，尤指一種用於在室內局域範圍和空間垂直範圍進行定位的無線區域網終端設備室內定位感應器及設計方法。該系統由定位環境、定位感應點及定位設備等系統組成，包括定位感應器、定位回傳系統和定位感應點設計等硬體技術，該定位感應器的設計方法包括時間型Beacon包發送技術，信號感應智能警告技術，定位信號增強技術及定位感應器一體化設計技術等。本發明的優點是可在室內局域範圍和空間垂直範圍進行小範圍的精確定位，具備一定的智能，可以對環境進行判斷，改進周圍的定位環境的定位能力，並實現隨處隨時的個性化信息推送，能夠在無線區域網定位能力上得到長足提高。
文檔編號H04L29/12GK1602022SQ20041006753
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月27日 優先權日2004年10月27日
發明者張毅斌, 賀, 鄭中, 應振宇, 陳華東 申請人:上海寬鑫信息科技有限公司