1 引言
1.1 文檔說明
· 本文檔為基于Wi-Fi的實時定位解決方案。
1.2 術語與縮寫解釋
AP Access Point的縮寫，即負責通訊功能的無線網絡接入點。
定位AP/AP定位器 擁有定位功能無線網絡接入點
Tag/定位標簽/標簽 基于Wi-Fi的RFID電子標簽。
RTLS/實時定位系統 Real Time Location Systems的縮寫，即實時定位系統。
Wi-Fi Wireless Fidelity的縮寫，又稱Wireless LAN，或WLAN， 即無線局域網，是IEEE 802.11定義的一個無線網絡通信的工業標準。
2 項目需求
2.1 項目背景
項目背景介紹，此處略。
2.2 需求分析
隨著物聯網技術和WiFi產品的普及，建設基于WiFi應用的智慧社區已經成為業界的共識，優頻科技整合市民日常生活中亟待解決或提升的各種服務，打造基于WiFi的綜合實時定位系統，可以提供如下的功能(按需選配)：
1. 保安保潔人員定位：工作區域管理，偏離報警，如：給一個保結或保安人員限定的活動區域在樓A或樓B，工作人員最終到達后，系統判斷是否在規定的區域，如果不在或者中途離開自動告警提示;
2. 安保巡更：傳統的保安巡邏用的是RFID的巡邏棒，在相應位置點刷卡記錄位置。優頻的定位系統中，保安只需攜帶WiFi定位卡或智能手機即可， WiFi定位系統可以記錄和回放保安在巡邏期間的活動軌跡，取代傳統的RFID巡更棒，更經濟實惠。
3. 工作考勤：WiFi實時定位系統可以記錄社區工作人員、保安保潔上崗、離崗時間、工作時間等，提供周、月等各種報表，并且報表可以定制化。
4. 家居老人定位：老人佩戴定位標簽在社區內正常活動，發生緊急情況可以通過定位卡的按鈕主動求助，系統準確顯示位置，減少險情。
5. 兒童定位：兒童外出玩耍，只需要攜帶腕表狀的定位標簽，家長或物業即可實施監控兒童活動位置，也可以發生險情發出求救，若兒童走出社區大門發出實時告警，有效防止兒童的走失。
6. 寵物防丟：我們的定位卡也可以綁在寵物身上，隨時監控寵物的位置，出了社區也可以報警，減少寵物主動丟失現象。
7. 訪客管理：有訪客進入社區，物業會發放一個標簽卡，并明確訪客要那棟樓，如果最終到達樓宇錯誤，即時通知道最近的保安人員對其進行引導，這樣即可以方便訪客，又消除了安全隱患;同時可以記錄訪客的行走路線，并可實時查看;
8. 固定資產管理：在社區容易發生偷盜的設備上固定我們的定位標簽卡，里面集成振動告警，若小偷發生偷盜行為，系統能實時接收固定資產上定位卡發出的告警信號，通知附近安保前往查看，減少偷盜行為的發生;物業實時監控可移動資產的分布，合理調度，提高工作效率;同時，業主的貴重物品也可以通過這種方式實現防盜目的。
9. 停車管理：對社區內的車位進行實時統計，告知保安處，某區域現有車輛多少，還有幾個空位，即時通知附近的保安人員對其進行引導，這樣即可以方便車輛找到正確位置，又消除了安全隱患;對于訪客車輛而言，通過訪客攜帶的定位卡，物業可以對訪客車輛的停放位置進行定位管理。
10. 門禁集成：可將定位標簽與門禁卡集成在一起，便于社區業主攜帶和物業管理。
11. 無線上網：在社區內部署的WiFi定位網絡，除了定位管理之外，同時能提供WiFi無線上網服務，打造親民、個性化社區。
12. WiFi語音：值班保安或保潔配備WiFi Phone ，取代傳統的對講機，實現內部對講通訊功能;
13. 視屏聯動：定位系統與社區攝象頭進行聯動，頁面及時彈出告警位置附近的攝像頭，獲取現場圖像，提高智能聯動水平。
14. 系統擴展：WiFi的高帶寬允許一網多用，提供多業務同時接入，比如無線視頻、移動辦公、無線傳感等，下一代的智慧社區一定是以IT為基礎，實現多平臺的融合貫通。
無線定位系統性能要求：
1. 要實現移動定位，即對社區內訪客、業主、車輛進行實時定位監控，要求將定位時延降至最小，保障實時性。
2. 定位精度要求滿足需求即可，具體精度根據實際場景決定。
3. 能夠與綜合系統平臺互聯，以實現多個系統間配合
WiFi方案優勢：
WiFi普及率高：全球Wi-Fi用戶已達7億;
Wi-Fi網絡應用覆蓋廣泛：可以利用已鋪設的Wi-Fi網絡，避免網絡的重復建設;
數據傳輸速率快：支持802.11b/g/n，可達1Mbps～600Mbps ;
強大的網絡擴展功能：Wi-Fi網絡可方便的實現語音、視頻、定位、無線傳感等多種功能;
定位終端多：定位標簽、Pad、智能手機、移動PC等智能WiFi設備;
室內定位： WiFi可以實現室內定位，GPS做不到 ;
2.3 優頻科技系統的優勢
定位精度高：室內精度高達3M，實時性好
定位數量多： 1個AP支持200多個終端同時定位，而其他定位算法同時定位數量不超過30個
使用方便： 不需要在手機上安裝軟件就可以定位
分布式定位服務器： 支持上萬個定位目標同時定位
采用AP掃描方式: 支持iOS的iPhone和iPAD定位,手機不需要連接AP就可以定位，一個AP可以同時掃描200多個終端。
3 方案設計
3.1 設計理念
整個系統方案的設計貫穿以下原則：
在設計整個系統時，本著技術先進，架構合理、產品主流、低成本、低維護量作為出發點。
技術的先進性：整個系統選型，軟硬件設備的配置均應符合高新技術的潮流，采用全世界最新的Wi-Fi RTLS技術。
架構合理：采用先進、成熟的技術來架構各個子系統，能使其安全平穩的運行，有效的消除各系統可能產生的瓶頸并通過合適的設備保證各子系統具備良好的擴展性。穩定性和安全性是我們最關心的問題，只有穩 定可靠的系統才能確保各設備的正常運行。
穩定性：系統基于穩定、安全、保密的大型數據庫，以保證系統運行正常。具有良好的數據共享，實時故障修復，實時備份等完善的管理體系。
安全性：系統采用WEP、WPA、WPA2等國際標準無線加密方式，同時標簽支持數字加密技術，具有較高高安全性。
產品主流：在設備選型時，主要依據定位環境實際情況結合目前市場上的各類產品選擇具有最優性能價格比和擴充能力的產品。
低成本、低維護量：所采用的產品應該是簡單，易操作，易維護。系統的易操作和易維護是保證非計算機專業人員使用好一個系統的條件，我們的方案集中了已有的豐富的網絡設計、施工經驗，以及在數字化圖像、語音和數據綜合傳輸領域強大的產品優勢，實現所需的設計需求。
兼容性：各系統均為相對開放的系統，不同產品間具有標準接口，并提供多種通訊標準協議，可以便于第三方設備的接入。
模塊化：組建各分系統，直到總系統，均嚴格履行模塊化結構方式，以滿足系統功能擴充、運行設備的替換、維護，確保系統的高效可靠運行。
擴充性：采用面向對象和模塊化的開發技術，可隨時根據需要擴充具有其它功能的軟硬件模塊，具有良好的擴充性。
集中管理：遠端現場設備，各分系統集中于中心統一控制，實施對所有遠端設備的控制、設置，以保證系統的高效、有序、可靠的發揮其管理職能。
升級維護：系統考慮到將來系統在容量和功能增加修改等的實際需要，定位系統對軟件升級可升級，并且操作簡單，操作應能由系統管理員即可完成，不需要繁復的操作和專門的技術。
3.2 系統組成
Wi-Fi定位系統組成如下圖所示：
主要有以下幾個部分組成：
1) AP定位器 (AP Locator)
定位器搜集WiFi終端的信息，把這些信息發送到后臺定位服務器。
2) 標簽或Wi-Fi終端 (手機、平板電腦)
WiFi終端周期性地發射Wi-Fi信號，信號包含唯一MAC ID。WiFi終端與客戶綁定。后臺系統將WiFi終端的信號ID和客戶姓名等信息綁定。
3) 定位服務器 (Locating Server)
定位服務器含有定位引擎服務器、IIS服務器、數據庫服務器等3臺，能根據信號計算位置。
工作流程：
1) 用戶持有手持WiFi終端，WiFi終端打開WiFi，定期向外發送自身相關信息
2) 同時，AP定位器搜集相關數據之后轉發到定位服務器。
3) 定位服務器根據定位終端的ID和信號強度，判斷出離目標大概的距離。定位服務器獲得手持終端的信息以及定位標簽的信息，計算出設備或標簽的位置，并將設備ID、位置信息等發送到監控頁面。
3.3 定位原理
社區覆蓋無線局域網，顧客WiFi智能終端連接上社區WiFi后周期性地發出信號，無線局域網訪問點(AP)接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據信號的強弱或信號到達時差判斷出人員的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。
基于定位的無線局域網絡有別于一般的通訊網絡，要求在任一位置點，均可以收到3個以上的AP信號。AP主要分為主通訊AP與定位AP，主通訊AP負責服務器與通訊AP之間的數據交換和傳輸，所有主通訊AP必須通過網線進行連接。定位AP，主要負責收集標簽信息，并將結果發送給指定服務器，
Wi-Fi定位的算法介紹：
Wi-Fi定位系統是基于標準的IEEE 802.11無線局域網(WLAN)。定位算法是基于接收到Wi-Fi信號的強度(RSSI)。在覆蓋無線局域網的地方，定位標簽周期性地發出信號，無線局域網訪問點(AP)接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據信號的強弱判斷出標簽距離AP的位置，通過標簽到至少3個AP的距離可以算出標簽的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。這是傳統的三角定位原理。
Wi-Fi 無線信號經過反射后才到達接收器，而不是一條徑直的路徑，這樣就給定位計算帶來了很大的誤差，這種現象叫多路徑。因為室內空間的障礙物會造成多路徑干擾,導致訊號變化較大,所以傳統的三角定位法不適用於室內環境。
采用基于RF指紋識別(FINGERPRINTING)的定位方法。在定位區域內設置多個采樣點，將定位終端放在給個采樣點。場景規劃工具可以把定位終端發射的信號特征記錄下來，根據這些特征和不同位置的信號建立信號紋來指示定位終端的位置。利用信號紋和相對應的位置信息建立起數據庫后，定位系統根據實時收集到的信號特征，就能計算位置了。
人體對WiFi終端是有干擾的，定位系統采用歷史移動軌跡、增加AP定位器、修正信號突變等方法盡量在算法上降低干擾帶來的定位誤差。
定位精度與定位目標、環境和定位器鋪設密度有關，定物可以達到3米甚至更好，定位人時由于人體干擾，精度在5-10米的半徑范圍。定位精度是和定位器分布密度、環境、定位對象的干擾有關的，所以無線定位的精度不是一個絕對的數字。一般說， 精度能達到3米-5米，有時會10米甚至更差。
定位器部署密度越高，定位精度越高。任何無線定位的技術，都會有定位誤差及不確定因素存在。我們建議實際應用中，考慮到無線定位的特性，通過軟件解決精度的不確定因素。定位中會出現跳動，這是由于定位位置處于幾個定位點中間。
定位頻率可以設置為1秒或以上。網頁刷新時間為1秒。網絡傳輸也會耗費一定的時間，定位算法最快可以在2秒內計算結果。為了避免人體對定位精度的干擾，在算法上做了特別調整，提高定位的穩定性所以可能出現3-6秒的延時。
AP定位器 可以集中管理，可以通過POE方式供電。AP定位器無線發射功能可以禁止，所以大量AP定位器并沒有產生任何無線信號，這和普通AP是不同的，不會造成無線干擾。
3.4 Wifi定位系統實現功能
1) 實時定位
在地圖上顯示圖標對應于標簽綁定的人、物或車輛;
對標簽進行實時監控，并在地圖中顯示標簽的當前位置;
標簽閃爍表示有報警;
標簽分組，用不同的圖標顯示;
定位過程中能實時看到圖標平滑移動;
搜索人員姓名、狀態：
可跟蹤指定的標簽，地圖隨著標簽的移動自動切換;
將鼠標移到圖標上可以看到圖標的信息和狀態;
可以手動切換地圖，查看指定地圖上的所有標簽的活動情況;
地圖可以放大和縮小，調整到合適的大小;
圖 4 1 監控頁面中正在定位的標簽
2) 實時告警
觸發告警，彈出頁面，聲音報警，圖標閃爍提醒工作人員;
點擊處理后，頁面可以關閉，否則會一直提醒;
實時報警列表。
3) 軌跡回放
移動軌跡平滑顯示;
可鎖定一個標簽，按時間段播放，顯示移動，地圖自動切換;
可以鎖定一張地圖，按時間段播放，顯示不同標簽移動;
軌跡回放過程中可以顯示各類報警(按鈕，區域，消失)和聲音效果;
可以全屏播放;
可以保存某一段軌跡錄像;
可以保存某一段數據，可調用播放;
4) 標簽管理
標簽管理分為人員和車輛管理。
標簽發放，通過發卡機，自動獲取標簽ID;
將標簽與人員綁定：將指定的人員信息和其佩戴的標簽進行綁定，在系統中顯示的標簽即代表佩戴該標簽的人員;
標簽更換對應的人員;
人員信息設置：可在系統中對人員的信息進行設置和管理;
標簽分組、分類：標簽可以根據實際情況進行分組和分類。
5) 報警管理
報警記錄
按鈕報警設置：標簽有按鈕報警功能，當發生緊急情況時可按下按鈕發出報警信息;
越界報警：某些區域屬于禁區，未經允許的標簽進入將發出報警信息，或某些人員不能離開某個區域，一旦離開將發出報警信息;
消失報警設置——標簽消失有多種因素(如電池沒電、標簽越過信號覆蓋區域等)，可以設置指定標簽的消失報警條件和報警級別，如該標簽消失了，將會觸發相應的報警;
電池低電報警設置——標簽每隔一段時間將會向系統報告一次自己的當前電量，可以在系統中設置電量最低界限，一旦標簽電量低于這個界限將會發出報警信息;
未按規定路線報警——指定某個標簽在某段時間的行走軌跡，一旦發現該標簽偏離指定的行走軌跡達一定的時間，發出報警信息;
6) 系統管理
用戶管理：可設定各種用戶權限，用戶登錄系統后根據自己的權限進行相應的操作和瀏覽符合權限的內容。
地圖如果已經劃分區域，可設定各個標簽進出各區域的條件。
AP定位器管理：監控AP定位器工作狀態，查詢歷史記錄。
7) 統計報表
標簽警告記錄：查看所有標簽或指定標簽的所有警告記錄;
查看標簽報表：查看標簽的重要報警，出入區域次數及停留時間統計;
操作歷史記錄：查看用戶的操作歷史記錄;
可根據時間段進行數據統計;
統計各項工作的執行次數、單人的工作情況和閑置時間、每天各崗位的工作高峰期;
對各告警事件發生的時間和區域進行統計分析;
根據用戶自定義規則，按時間段統計保安巡邏次數、時間段和間隔時間。
8) 擴展功能
1) 與視頻監控系統聯動
右鍵點擊標簽，可選擇查看視頻監控;
報警時可自動調用標簽所在位置附近的攝像頭，查看現場視頻。
2) Wi-Fi手機通訊定位
Wi-Fi手機對講、多方會議、短信、記錄通話、信息查詢等多種功能
Wi-Fi手機定位
4 方案實施
4.1 網絡部署設計
AP定位器部署是根據現場環境和定位精度要求而定。首先要從定位的需求考慮，確定需要定位區域和具體房間信息，需要考慮每個位置點的終端數量峰值，以及每個AP的吞吐能力。根據AP的功率和環境，判斷AP的有效信號所能覆蓋范圍，保證覆蓋范圍內的任何一個定位點所收到的AP信號中，至少有3個AP的RSSI值要大于-70，并且至少有一個AP的RSSI值要大于-50。
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