一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统及定位方法技术方案

一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统及定位方法，该系统包括：定位辅助AP监听主AP与待定位移动设备的通信过程；4个APs计算CSI数据并利用发送程序传输到数据存储处理服务器的Kafka队列中；GPU加速AOA计算模块从Kafka队列中提取CSI数据并计算AOA数据；三角定位算法模块利用GPU加速AOA计算模块计算出的AOA信息获得待定位商用移动设备的最后位置。系统能使用商用AP定位多种商用移动设备，解决了现有系统无法使用商用AP来定位不同种类的商用移动设备的难题；系统操作和部署简单；准确率相对较高，定位误差90cm。

【技术实现步骤摘要】
一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统及定位方法
本专利技术涉及无线定位领域，尤其涉及一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统及定位方法。
技术介绍
精确的室内位置信息是GPS无法提供的，有许多重要的应用场景。室内导航服务是直接从室内定位中获益的应用。在大型购物中心，顾客可以快速知道他们感兴趣的产品区域在哪里。员工安排问题将得到改善。室内定位系统可以提供大型体育赛事中工作人员的位置分布，帮助管理者指导附近的工作人员响应参与者的需求。室内定位还可用于医疗监测，当室内定位系统注意到病人离开某个安全区域时，它会通知医务人员病人的当前位置。目前的室内定位技术，包括红外线定位技术、超声波定位技术、超带宽(Ultra-wideBandwidth，UWB)定位技术、射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)定位技术、WiFi定位技术等。不同的技术的部署难度和定位精度不同。WiFi由于其广泛的部署和分米级的定位精度，近年来成为室内定位的潮流技术。然而，目前基于WiFi技术的室内定位系统多使用非商用AP来实现定位且只能定位专用设备。比如：在多AP协同定位系统中，SpotFi系统要求多AP能接收到同一设备的信息，因此要求待定位设备支持CSITOOL中的Monitor模式，而手机不具备这样的条件，ArrayTrack使用USRP而非商用的WiFi设备且需要在WiFi设备上外接多根天线。在单AP定位系统中，SPRING系统要求待定位设备支持FTM协议，而许多手机不支持FTM协议，这将导致许多手机不能使用定位服务。Chronos系统要求待定位设备能接收CSI信息，而目前能提供CSI信息的网卡只有Intel5300和Atheros系列下的Atheros9580、9530等。MonoLoco系统，要求待定位设备有三根天线，而手机、平板等设备只有两根或一根天线。AWL系统使用USRP完成对单AP的定位且使用多个频带信息，干扰了发送端和接收端之间的正常通信。如何能使用现有商用AP实现对不同的商用移动设备定位仍旧是目前WiFi室内定位领域一个有挑战的问题。本专利技术就旨在使用商用AP在室内实现像GPS一样便利的同时对多种商用移动设备实现定位的系统。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是实现一个使用商用AP对不同的商用移动设备实现定位系统和方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统，包括：四个连接有3根天线的商用APs，一个配有GPU加速模块的数据处理服务器，多个待定位商用移动设备；其中，所述四个APs的初始位置为固定已知，且部署在室内的不同位置，四个APs中有一个AP具有IP地址分配功能为主AP，其它三个APs为定位辅助AP，所述主AP能和多个待定位商用移动设备通信并计算通信过程的CSI信息，定位辅助APs能监听主AP和待定位手机的通信过程并计算通信过程的CSI信息。四个AP在计算CSI信息后将CSI信息传输给GPU加速模块；所述待定位商用移动设备部署在四个APs所围成的几何图形内部，所有待定位商用移动设备能连接上具有分配IP地址功能的AP，并和该AP正常通信。所述配有GPU加速模块的数据处理服务器，能够接收4APs传出的CSI信息，并分类出不同商用移动设备的CSI信息，使用GPU加速模块计算不同AP和商用移动设备之间的AOA，运行定位算法对不同商用移动设备实现定位。作为优选：配有GPU加速模块的处理器包括：Kafka队列信息存储模块、GPU加速AOA处理模块、三角定位算法模块；其中，所述Kafka队列信息存储模块，与所述CSI接收通信连接，能获取不同APs发送的CSI数据并分别存储到不同的队列；所述GPU加速AOA处理模块，从所述Kafka队列信息存储模块提取不同APs的CSI数据，能对所述待定位移动设备的CSI进行区分，能利用区分后的CSI得出所述带定位设备和所述4个APs的AOA信息；所述三角定位算法模块，与所述GPU加速AOA处理模块相连接，能对所述GPU加速AOA处理模块得出的AOA信息进行利用，得出所述待定位商用移动设备的位置信息，所述Kafka队列信息存储模块对所述4个APs发送的数据存储到不同队列的方式如下：步骤A，获取接收数据的端口，一个端口号匹配一个队列，根据端口号将来自不同APs的数据存入不同的队列；作为优选：所述GPU加速模块从所述Kafka队列信息存储模块提取不同APs的CSI数据，对所述待定位移动设备的CSI进行区分，并利用区分后的CSI得出所述带定位设备和所述4个APs的AOA信息的方式如下：步骤B1，从所述Kafka队列中对应的所述4个APs的队列分别取25个CSI数据；步骤B2，根据CSI数据中包含的MAC地址信息将属于不同待定位移动设备的CSI区分开；步骤B3，检测所述步骤B2记录中不同的待定位移动设备的CSI数目，若CSI数目超过25，则进入步骤B4，否则重复B1,B2；步骤B4,如步骤所述CSI数目超过25，使用超分辨率MUSIC算法将CSI转化为AOA信息。作为优选：所述三角定位算法模块，与所述GPU加速AOA处理模块相连接，能对所述GPU加速AOA处理模块得出的AOA信息进行利用，得出所述待定位商用移动设备的位置信息的方式如下：步骤C：检测对于一个所述的待定位商用移动设备，是否相对于所述4个APs的AOA都在所述GPU加速AOA处理模块中计算出来。若是调用三角定位算法获得所述待定位商用移动设备的位置信息，若否则继续检测。一种能使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位方法，包括以下步骤：步骤1，设备部署：将4个APs部署在室内的不同位置；在每个AP上安装CSITOOL用于CSI信息的计算与收集；在每个AP上安装数据发送程序，用于将CSI数据发送给配有GPU的数据处理服务器；在主AP开启WiFi服务。将待定位商用移动设备放置在4个APs组成的几何图形内部并连接上主AP。在数据处理服务器上安装定位算法程序并安装数据接收程序用于接收CSI数据；步骤2，信号读取与处理：待定位商用移动设备对主AP发送通信包，主AP接收数据包并计算CSI信息，定位辅助APs监听主AP与待定位商用移动设备的通信过程并计算CSI。4个AP将CSI信息发送给数据处理服务器，数据处理服务器接收CSI信息，并根据MAC地址将CSI分类归属为不同的待定位商用移动设备。使用GPU加速模块计算不同待定位商用移动设备和不同APs的AOA信息，使用三角定位算法计算出不同待定位商用移动设备的位置信息。作为优选：所述步骤1中，所述4个APs部署在室内边界，能覆盖更大的室内范围。作为优选：所述步骤1中，所述的CSI数据包括：步骤1A1，将辅助APs的MAC地址与IP地址改为与主AP相同，并在定位辅助APs上同样开启WiFi服务，但是不设置IP地址分配功能，以确保定位辅助APs能够监听主AP与待定位移动设备通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统，其特征在于，包括：四个连接有3根天线的商用APs，一个配有GPU加速模块的数据处理服务器，多个待定位商用移动设备；其中，所述四个APs的初始位置为固定已知，且部署在室内的不同位置，四个APs中有一个AP具有IP地址分配功能为主AP，其它三个APs为定位辅助AP，所述主AP能和多个待定位商用移动设备通信并计算通信过程的CSI信息，定位辅助APs能监听主AP和待定位手机的通信过程并计算通信过程的CSI信息。四个AP在计算CSI信息后将CSI信息传输给GPU加速模块；所述待定位商用移动设备部署在四个APs所围成的几何图形内部，所有待定位商用移动设备能连接上具有分配IP地址功能的AP，并和该AP正常通信。所述配有GPU加速模块的数据处理服务器，能够接收4APs传出的CSI信息，并分类出不同商用移动设备的CSI信息，使用GPU加速模块计算不同AP和商用移动设备之间的AOA，运行定位算法对不同商用移动设备实现定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统，其特征在于，包括：四个连接有3根天线的商用APs，一个配有GPU加速模块的数据处理服务器，多个待定位商用移动设备；其中，所述四个APs的初始位置为固定已知，且部署在室内的不同位置，四个APs中有一个AP具有IP地址分配功能为主AP，其它三个APs为定位辅助AP，所述主AP能和多个待定位商用移动设备通信并计算通信过程的CSI信息，定位辅助APs能监听主AP和待定位手机的通信过程并计算通信过程的CSI信息。四个AP在计算CSI信息后将CSI信息传输给GPU加速模块；所述待定位商用移动设备部署在四个APs所围成的几何图形内部，所有待定位商用移动设备能连接上具有分配IP地址功能的AP，并和该AP正常通信。所述配有GPU加速模块的数据处理服务器，能够接收4APs传出的CSI信息，并分类出不同商用移动设备的CSI信息，使用GPU加速模块计算不同AP和商用移动设备之间的AOA，运行定位算法对不同商用移动设备实现定位。


2.根据权利要求1所述的使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统，其特征在于所述配有GPU加速模块的处理器包括：Kafka队列信息存储模块、GPU加速AOA处理模块、三角定位算法模块；其中，所述Kafka队列信息存储模块，与所述CSI接收通信连接，能获取不同APs发送的CSI数据并分别存储到不同的队列；所述GPU加速AOA处理模块，从所述Kafka队列信息存储模块提取不同APs的CSI数据，能对所述待定位移动设备的CSI进行区分，能利用区分后的CSI得出所述带定位设备和所述4个APs的AOA信息；
所述三角定位算法模块，与所述GPU加速AOA处理模块相连接，能对所述GPU加速AOA处理模块得出的AOA信息进行利用，得出所述待定位商用移动设备的位置信息，所述Kafka队列信息存储模块对所述4个APs发送的数据存储到不同队列的方式如下：
步骤A，获取接收数据的端口，一个端口号匹配一个队列，根据端口号将来自不同APs的数据存入不同的队列。


3.根据权利要求2所述的使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统，其特征在于所述GPU加速模块从所述Kafka队列信息存储模块提取不同APs的CSI数据，对所述待定位移动设备的CSI进行区分，并利用区分后的CSI得出所述带定位设备和所述4个APs的AOA信息的方式如下：
步骤B1，从所述Kafka队列中对应的所述4个APs的队列分别取25个CSI数据；
步骤B2，根据CSI数据中包含的MAC地址信息将属于不同待定位移动设备的CSI区分开；
步骤B3，检测所述步骤B2记录中不同的待定位移动设备的CSI数目，若CSI数目超过25，则进入步骤B4，否则重复B1,B2；
步骤B4,如步骤所述CSI数目超过25，使用超分辨率MUSIC算法将CSI转化为AOA信息。


4.根据权利要求2所述的使用商用AP定位多种商用移动设备的室内定位系统，其特征在于所述三角定位算法模块，与所述GPU加速AOA处理模块相连接，能对所述GPU加速AOA处理模块得出的AOA信息进行利用，得出所述待定位商用移...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨盘隆，李向阳，万成晨，
申请(专利权)人：德清阿尔法创新研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33