一种基于Wi-Fi物联网设备网络的定位系统技术方案

技术编号:18031651 阅读:161 留言:0更新日期:2018-05-23 14:29
本实用新型专利技术涉及基于Wi‑Fi物联网设备网络的定位系统,子网中的定位监控节点各自在信息收发范围内对同一个待定位目标设备所发送的数据包进行接收,记录对应的数据包接收时钟信息,并将所述数据包接收时钟信息及待定位目标设备的识别信息提供给子网主节点;所述子网主节点利用多个定位监控节点接收同一个待定位目标设备的数据包的信号到达时间差,及定位监控节点相互的物理距离,计算待定位目标设备相对多个定位监控节点的距离差,并确定待定位目标设备在子网物理覆盖范围中的位置。本实用新型专利技术实现了大物理范围、大目标数量的实时定位监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Wi-Fi物联网设备网络的定位系统
本技术涉及一种基于Wi-Fi物联网设备网络的(半)分布式计算、集中定位信息管理的定位系统。
技术介绍
近年来,室内定位及其应用已经成为一个热门话题,具有广阔的应用前景。各种室内定位技术层出不穷,应用场景也是五花八门。大体上,室内定位应用主要有两个方面:室内机器人设备定位导航和室内自然人定位导航。对室内机器人设备的定位导航,基于室内机器人的不同工作要求,通常定位精度要求较高,配备的探测设备种类和功能较多,算法要求也较复杂,系统要求高,实现成本高。常用的探测定位技术有:机器人视觉定位、超声雷达、红外探测、激光探测、射频识别技术(RF-ID)、SLAM技术等。在实际应用中,常将两种或以上的定位技术综合使用,实现精确定位。对室内自然人的定位导航,精度要求相对较低,多采用手持智能设备本地定位方式,使用方式繁琐,应用普及度很低,目前并不支持大目标数量的集中定位信息管理和导航服务。实际应用中,有几种常用方式:1)基于多个通信基站或Wi-Fi接入热点的接收信号强度(RSSI)信息的定位算法。然而,通常通信基站或Wi-Fi热点的数量较少,且布设密度较低,加上无线信道衰减情况复杂,基于RSSI的定位方法算法复杂度高,可靠性差,误差很大。2)基于UWB等技术,利用设备接收信号的TOA(timeofarrival,到达时间)、TDOA(timedifferenceofarrival,到达时间差)、AOA(angleofarrival,到达角度)等信息进行定位导航。这种方式的定位,精度较高,算法也较简单。不过基于UWB的电路定制设计较复杂,硬件成本很高,而且工作频段很高,功耗较大,因此该定位方式没有办法做到低成本低功耗大规模应用。而且,基于UWB技术的定位,其定位精度远远高于一般情况下室内自然人的定位精度需求。通常,室内自然人的定位应用,需要在较大的室内物理范围内,进行大目标数量的集中定位。现有技术并没有提供能解决这种情况下的应用需求的成本低、性能高的解决方案。随着物联网时代的到来,市场上涌现出很多家用或商用的物联网设备。物联网设备之间,一般遵循某种无线连接技术实现互联。802.11Wi-Fi无线通信标准是目前应用范围最广的无线接入技术标准之一。在物联网领域,Wi-Fi物联网接入方式更是应用最广,成本最低,可扩展性最好的物联网接入方式之一。通常,Wi-Fi物联网设备直接通过Wi-Fi接入点(Wi-FiAccessPoint,也称Wi-Fi热点或无线路由器)接入网络。但是随着电子设备的集成度、运算处理能力的提高和设备生产成本的不断降低,越来越多的常用设备加载了Wi-Fi物联网功能,形成了规模可观的Wi-Fi物联网设备网。在覆盖较大物理范围和拥有较大物联网设备数量的情况下,数量巨大的物联网设备之间,一般是采用某种拓扑结构(最常用的为树状结构),来实现互联、控制和数据传输等。如较大范围公共区域内的Wi-Fi物联网照明设施网络,Wi-Fi物联网环境监测设施网络(烟雾、火警报警器)等。一般来说,这些物联网设备的位置相比Wi-Fi接入点更加固定,而且功能较简单,单个Wi-Fi物联网设备的数据传输和数据处理资源有较大冗余,同时设备布设密度较高,并且有稳定的电源供应。然而,现有技术还没有将这些Wi-Fi物联网设备作为定位参考点,将其冗余资源用来进行室内定位导航和追踪。
技术实现思路
本技术利用Wi-Fi物联网设备网络的组网结构,通过Wi-Fi局部子网同步的方式,利用子网设备间接收信号的TDOA信息,实现大物理范围、大目标数量的实时定位监控的系统。为了达到上述目的,本技术的一个技术方案是提供一种基于Wi-Fi物联网设备网络的定位系统:Wi-Fi物联网设备网络的任意一个子网的节点中包含多个定位监控节点,该子网的子网主节点是其中的一个定位监控节点,与其他定位监控节点信号连接;所述定位监控节点各自的空间位置信息及相互的物理距离是可知的;该子网中的所有定位监控节点或者该子网中除子网主节点以外的其他所有定位监控节点,各自在信息收发范围内与同一个待定位目标设备信号连接来对该待定位目标设备所发送的数据包进行接收,并将记录的数据包接收时钟信息及待定位目标设备的识别信息提供给子网主节点;所述子网主节点接收多个定位监控节点各自提供的信息,利用多个定位监控节点接收同一个待定位目标设备的数据包的信号到达时间差,计算待定位目标设备相对多个定位监控节点的距离差,并确定待定位目标设备在子网物理覆盖范围中的位置。优选地,子网主节点向所在子网的其他定位监控节点,定期广播本地时钟信息、或本地时钟信息及各个定位监控节点的时钟距离调整信息,使接收到广播包的定位监控节点能对时钟信息的偏差进行调整,使子网内的所有定位监控节点具有同步的时钟。优选地,待定位目标设备通过SoftAP模式按设定周期发送Beacon包,其中包含该待定位目标设备的MAC地址;或者,待定位目标设备具有两个MAC地址,通过SoftAP模式及第一MAC地址按设定周期发送包含第一MAC地址的Beacon包,以及通过STA模式及第二MAC地址连接附近的Wi-Fi接入点,以获取Wi-Fi物联网设备网络的物联网中央控制单元发送的信息。优选地,任意一个定位监控节点在本地设有一个待定位目标设备MAC地址表,并接收子网主节点定期发送的更新信息,来对该表进行维护;所述定位监控节点接收待定位目标设备所发送的、支持在MAC层调整发送周期的Beacon包;所述Beacon包中具有表示该Beacon包发送方的MAC地址,用来在待定位目标设备MAC地址表中进行查找比较;所述定位监控节点向其对应的子网主节点提供的信息中,包含Beacon包发送方的MAC地址、Beacon包的接收时间、Beacon包接收信号强度RSSI值,或者包含Beacon包发送方的MAC地址、Beacon包的接收时间、Beacon包接收信号强度RSSI值、待定位目标设备的传感检测模块获得的检测信息。优选地,任意一个待定位目标设备具有与该待定位目标设备在子网内移动速度相匹配的数据包发送周期,和/或,任意一个待定位目标设备具有与子网内所有待定位目标设备的数量相匹配的数据包防碰撞发送周期。如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,子网主节点设有计算子网内每两个定位监控节点的等距离差点曲线的运算单元,将等距离差点曲线两两相交的交点坐标,或者将等距离差点曲线对应方程组两个一组计算得到的待定位目标设备的坐标,输出为待定位目标设备的可能位置;定位系统包含至少三个定位监控节点时,输出的可能位置包含待定位目标设备的二维定位信息;或者,定位系统包含至少四个定位监控节点时,输出的可能位置包含待定位目标设备的三维定位信息。优选地,任意一个子网中,包含相互距离信息和空间位置信息已知的若干第一定位监控节点,还包含若干第二定位监控节点;所述第二定位监控节点与第一定位监控节点之间的距离信息,通过所在子网的子网主节点计算得到;其中,所述第二定位监控节点基于SoftAP模式向多个第一定位监控节点发送包含该第二定位监控节点识别信息的定位数据包;各第一定位监控节点将其对定位数据包的接收时间,及第二定位监控节点识别信息提供给所在子网的子网主节点;所述子网本文档来自技高网
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一种基于Wi-Fi物联网设备网络的定位系统

【技术保护点】
一种基于Wi‑Fi物联网设备网络的定位系统,其特征在于,Wi‑Fi物联网设备网络的任意一个子网的节点中包含多个定位监控节点,该子网的子网主节点是其中的一个定位监控节点,与其他定位监控节点信号连接;所述定位监控节点各自的空间位置信息及相互的物理距离是可知的;该子网中的所有定位监控节点或者该子网中除子网主节点以外的其他所有定位监控节点,各自在信息收发范围内与同一个待定位目标设备信号连接来对该待定位目标设备所发送的数据包进行接收,并将记录的数据包接收时钟信息及待定位目标设备的识别信息提供给子网主节点;所述子网主节点接收多个定位监控节点各自提供的信息,利用多个定位监控节点接收同一个待定位目标设备的数据包的信号到达时间差,计算待定位目标设备相对多个定位监控节点的距离差,并确定待定位目标设备在子网物理覆盖范围中的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于Wi-Fi物联网设备网络的定位系统,其特征在于,Wi-Fi物联网设备网络的任意一个子网的节点中包含多个定位监控节点,该子网的子网主节点是其中的一个定位监控节点,与其他定位监控节点信号连接;所述定位监控节点各自的空间位置信息及相互的物理距离是可知的;该子网中的所有定位监控节点或者该子网中除子网主节点以外的其他所有定位监控节点,各自在信息收发范围内与同一个待定位目标设备信号连接来对该待定位目标设备所发送的数据包进行接收,并将记录的数据包接收时钟信息及待定位目标设备的识别信息提供给子网主节点;所述子网主节点接收多个定位监控节点各自提供的信息,利用多个定位监控节点接收同一个待定位目标设备的数据包的信号到达时间差,计算待定位目标设备相对多个定位监控节点的距离差,并确定待定位目标设备在子网物理覆盖范围中的位置。2.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,子网主节点向所在子网的其他定位监控节点,定期广播本地时钟信息、或本地时钟信息及各个定位监控节点的时钟距离调整信息,使接收到广播包的定位监控节点能对时钟信息的偏差进行调整,使子网内的所有定位监控节点具有同步的时钟。3.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,待定位目标设备通过SoftAP模式按设定周期发送Beacon包,其中包含该待定位目标设备的MAC地址;或者,待定位目标设备具有两个MAC地址,通过SoftAP模式及第一MAC地址按设定周期发送包含第一MAC地址的Beacon包,以及通过STA模式及第二MAC地址连接附近的Wi-Fi接入点,以获取Wi-Fi物联网设备网络的物联网中央控制单元发送的信息。4.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,任意一个定位监控节点在本地设有一个待定位目标设备MAC地址表,并接收子网主节点定期发送的更新信息,来对该表进行维护;所述定位监控节点接收待定位目标设备所发送的、支持在MAC层调整发送周期的Beacon包;所述Beacon包中具有表示该Beacon包发送方的MAC地址,用来在待定位目标设备MAC地址表中进行查找比较;所述定位监控节点向其对应的子网主节点提供的信息中,包含Beacon包发送方的MAC地址、Beacon包的接收时间、Beacon包接收信号强度RSSI值,或者包含Beacon包发送方的MAC地址、Beacon包的接收时间、Beacon包接收信号强度RSSI值、待定位目标设备的传感检测模块获得的检测信息。5.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,任意一个待定位目标设备具有与该待定位目标设备在子网内移动速度相匹配的数据包发送周期,和/或,任意一个待定位目标设备具有与子网内所有待定位目标设备的数量相匹配的数据包防碰撞发送周期。6.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,子网主节点设有计算子网内每两个定位监控节点的等距离差点曲线的运算单元,将等距离差点曲线两两相交的交点坐标,或者将等距离差点曲线对应方程组两个一组计算得到的待定位目标设备的坐标,输出为待定位目标设备的可能位置;定位系统包含至少三个定位监控节点时,输出的可能位置包含待定位目标设备的二维定位信息;或者,定位系统包含至少四个定位监控节点时,输出的可能位置包含待定位目标设备的三维定位信息。7.如权利要求1所述的定位系统,其特征在于,任意一个子网中,包含...

【专利技术属性】
技术研发人员:展睿
申请(专利权)人:乐鑫信息科技上海有限公司
类型:新型
国别省市:上海,31

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