一种无线定位信息系统的制作方法
【专利摘要】一种无线定位信息系统，包括至少一个半工无线局域网接入点，任意一个半工无线局域网接入点均各自包括一个Wifi信号发射装置、一个GPS接收模块和一个处理器，利用GPS接收模块接收GPS卫星的定位或时间信息，处理器将定位或时间信息加入到信标帧广播信号中的SSID中，利用Wifi信号发射装置发射信标帧广播信号。接入点包括光伏电池、储能电池。通过调整Wifi信号发射装置的发射功率来改变无线局域网客户端的接收范围，通过控制无线局域网客户端的接收范围来调整无线局域网客户端的定位精度。使用者利用通用的WiFi终端均可得到位置或时间信息。不需架设电力线，系统容易架设安装，成本低。
【专利说明】一种无线定位信息系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电学领域，尤其涉及无线电子通信技术，特别是一种无线定位信息系统。
【背景技术】
[0002]GPS定位技术越来越普及，市场中存在很多通用的GPS芯片与模块，并且GPS的控制指令也已经有业界的工业标准，GPS产品的软硬件大多可以互通使用。GPS可以提供精确的地理位置定位信息和准确的全球时间信息。但是，还是很多无线设备如笔记本电脑、Wifi客户端装置因为省电、或者节约制造成本、或者体积的因素，没有加入GPS芯片或者模块。现有技术中，没有附带GPS芯片的Wifi无线终端设备用户需要获得GPS信息时，就必须另外添购外加式的GPS装置，并安装相关的驱动软件，这不但需要增加硬体投资，而且在使用中更加耗电。此外，GPS装置在启动阶段还需要等待一段时间才能开始工作。
[0003]此外，由于各式笔记本电脑以及iPod、iPhone、iPad等移动终端的流行，无线保真通讯(Wireless Fidelity,以下简称WiFi)已经成为各种手持终端设备的通用规格。IEEE802.11协议第一个版本发表于1997年，定义了介质访问接入控制层(MAC层)和物理层。两个设备之间的通信可以自由直接(ad hoc)的方式进行，也可以在基站(Base Station,)或者访问点(Access Point)的协调下进行。后来衍伸出802.lla/b/g/n等各种802.11的标准，但因2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.1lb得到了最为广泛的应用。WiFi网络的基本组成有站点(Station)、基本服务单元(Basic Service Set、分配系统(Distribution System)和接入点(Access Point)。在搜寻 Wifi 接入点(Access Point)时，802.lla/b/g/n是能够共容相容的，WiFi已经成为企业普遍的基础设施，任何Wi Fi标准设备在世界上任何地方均可无差异的工作。Wifi无线局域网非常容易被发现，为了能够使用户发现无线网络的存在，接入点发送有特定参数的信标巾贞(beacon frame),接入点每隔一段时间就将服务识别号SSID (Service Set Identifier)经由信标帧分组广播一次，默认的间隔时间是100ms，信标帧分组的传输速率是I Mbit/s，并且长度相当的短，所以这个广播动作对网络性能的影响不大。标准的WiFi规定的最低传输速率是I Mbit/s，用以确保所有的W1-Fi客户端端都能收到这个SSID广播分组，客户端可以借此决定是否要和这一个SSID的AP连接。用户可以设置要连接到哪一个SSID。WiFi系统总是对客户端开放其连接标准，并支持漫游。本发明利用WiFi的这个特性，将要送到客户端的各种信息由WiFi标准的信标帧中的SSID广播出去，Wifi客户端在收到SSID后即可以拆解出定位信息、时间信息和服务信息。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种无线定位信息系统，所述的无线定位信息系统要解决现有技术中具有Wifi功能的笔记本电脑或者移动客户端在获取GPS定位或者授时信息时需要额外硬件支持、或者耗电过多、或者等待定位时间过长的技术问题。[0005]本发明的这种无线定位信息系统，包括至少一个半工无线局域网接入点，其中，任意一个所述的半工无线局域网接入点均各自包括一个Wifi信号发射装置、一个GPS接收模块和一个处理器，所述的处理器与所述的GPS接收模块连接，处理器又与所述的Wifi信号发射装置连接，利用GPS接收模块接收GPS卫星的定位信息或者时间信息，处理器从GPS接收模块接收定位信息或者时间信息并将定位信息或者时间信息加入到信标帧广播信号中的SSID中，利用Wifi信号发射装置发射信标帧广播信号。
[0006]进一步的，所述的半工无线局域网接入点包括一个光伏电池，所述的光伏电池的电流输出端与Wifi信号发射装置、GPS接收模块和处理器连接。
[0007]进一步的，所述的半工无线局域网接入点包括一个储能电池，所述的储能电池通过充电电路与光伏电池的电流输出端连接，利用储能电池储存来自光伏电池的电能。
[0008]进一步的，所述的半工无线局域网接入点包括一个电源管理电路，所述的电源管理电路与处理器和储能电池连接，利用处理器通过电源管理电路监测储能电池的剩余电力，利用处理器根据储能电池的剩余电力来调整Wifi信号发射装置的信号发射功率或者两个相邻的信标帧广播信号的发射时间间隔。
[0009]进一步的，所述的半工无线局域网接入点包括一个记忆装置，所述的记忆装置与处理器连接，利用记忆装置储存预设信息，利用处理器将所述的预设信息加入信标帧广播信号中的SSID中通过Wifi信号发射装置发射。
[0010]进一步的，通过调整Wifi信号发射装置的发射功率来改变无线局域网客户端的接收范围，通过控制无线局域网客户端的接收范围来调整无线局域网客户端的定位精度。
[0011]进一步的，在处理器中预设工作时段，在所述的工作时段以外的时间，利用处理器切断Wifi信号发射装置的供电，并使处理器自身进入休眠省电状态。
[0012]进一步的，在所述的工作时段中，利用处理器通过电源管理电路检测储能电池的剩余电能，在储能电池的剩余电能大于或者等于其全部容量的50%时，利用处理器控制Wifi信号发射装置每隔100?200毫秒发射一次SSID，在储能电池的剩余电能小于其全部容量的50%、且大于或者等于其全部容量的10%时，利用处理器控制Wifi信号发射装置每隔半秒到I秒发射一次SSID，在储能电池的剩余电能小于其全部容量的10%时，利用处理器切断Wifi信号发射装置的供电，并使处理器自身进入休眠省电状态。
[0013]进一步的，所述的半工无线局域网接入点的信标帧广播信号符合IEEE 802.11协议。
[0014]进一步的，所述的半工无线局域网接入点中设置有一个Wifi信号侦测模块，所述的Wifi信号侦测模块与处理器连接，利用Wifi信号侦测模块在发射信标帧广播信号前先侦测周围是否存在其他802.11装置的发射信号，在未侦测到其它802.11装置的发射信号时，再发送SSID广播信号。
[0015]进一步的，两个以上数目的半工无线局域网接入点可以分别设置在不同的地理位置，提供两个以上的定位点的定位服务。
[0016]本发明的工作原理是:半工无线局域网接入点通过其内置的GPS模块获得其地理位置和卫星授时时间，将定位信息和时间信息加入到Wif i信号发射装置广播的SSID中，进入该半工无线局域网接入点发射范围的Wifi终端均可接收到该Wifi信号发射装置的SSID广播，从而解析出半工无线局域网接入点的定位信息，并作为自己的定位位置，Wifi终端的定位精度由Wifi信号发射装置广播的发射范围决定，Wifi信号发射装置广播的发射范围越小，Wifi终端的定位精度越高。
[0017]具体的，在半工无线局域网接入点发送信标帧广播信号时，将GPS定位信息或者GPS时间信息放在信标帧广播信号的SSID中，经由Wifi信号发射装置以非IP地址形式发送出去。
[0018]光伏电池产生的电能中、没有立即被Wifi信号发射装置和处理器消耗掉的部份储存到储能电池中，以便在没有光能可发电时使用。信标帧广播信号的发射时间间隔会随着储能电池剩余的电力容量而改变，当剩余电量越少时，相邻两信标帧之间的发射时间间隔就变得越长。
[0019]因为很多地方在特定时段不会有使用者需要GPS信息服务，处理器被预设工作时段和被预设不工作时段，在不工作时段当中，切断Wifi信号发射装置的电力，处理器进入休眠的省电状态以节约储能电池中的电能。
[0020]本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明利用无线局域网接入点广播精确的地理位置，没有GPS功能的无线局域网客户端进入无线局域网接入点的信号覆盖范围后，即可由SSID中得到覆盖区域的精确定位，从而实现无线漫游定位；本发明还可在SSID中发送GPS的精确时间，让无线局域网客户端精确对时，使用者利用通用的WiFi手持装置或者笔记本电脑均可得到位置或者时间信息。因为采取光能供电，WiFi接入点不需要架设电力线即可提供精确位置、时间和其它信息服务，系统容易架设安装，成本低，通过调整发射功率来实现定位精确度的调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的无线定位信息系统的原理方块图。
[0022]图2是本发明的无线定位信息系统的一个实施例的原理示意图。
[0023]图3是本发明的无线定位信息系统在较小信号覆盖范围的一个实施例的示意图。
[0024]图4是本发明的无线定位信息系统在以较大信号覆盖范围、并且以重叠交叉方式定位的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0025]实施例1:
如图1所示，本发明的无线定位信息系统，包括至少一个半工无线局域网接入点1，任意一个半工无线局域网接入点I均各自包括有一个Wifi信号发射装置11、一个处理器13和一个GPS记忆装置14，处理器13从GPS接收模块14收到GPS信息后，在半工无线局域网接入点I发送信标帧广播信号时，将GPS的定位信息或者GPS时间信息放在信标帧广播信号中的SSID中，由Wifi信号发射装置11发送出去。
[0026]进一步的，广播方式采取IEEE 802.11协议，即WiFi。
[0027]SSID是802.11无线网路的专有名词，每一个客户端WiFi设备都会接收接入点发送出来的SSID，SSID可以到32字符长度。SSID是要显示给使用者看得，所以通常SSID是以人类可以阅读的形式存在的。但是802.11的标准并没有规定一定要是人类可阅读的字符形式，只要是2到32个的八位元字符，都可以作为SSID。[0028]无线广播信标帧是802.11协议的一种正常2层帧(默认IOOms发送一次)，一般接入者不需要任何凭证即能合法获得，其中包含该WLAN的SSID 服务识别号的名称字段。所以在本发明的基本架构实施例中，任意一个进入半工无线局域网接入点I的无线发射信号有效范围内的Wifi客户端2，均可接收到半工无线局域网接入点I的广播信号，客户端2收到半工无线局域网接入点I的广播信标帧就能得到SSID中GPS信息，客户端2并不需要连接到无线局域网里去，因此，半工无线局域网接入点I不需要具备接收能力就能发送GPS信息到客户端。虽然半工无线局域网接入点I只需发射广播信标帧，不需要接收能力就能达到广播GPS信息的功能，但是如果采用有收发能力的全功能芯片，同样可以实现本发明的半工接入点，虽然会浪费芯片的无线接收能力，但是整体成本并不会明显增加。本实施例只需要Wifi信号发射装置就能实现本发明，但并不局限于只具备发射能力的接入点。
[0029]无线局域网客户端2可以是手持无线装置如iPad、iPhone等等，也可以是笔记本电脑。
[0030]实施例2:
如图2所示，实施例2在图1的基本架构中加入了 Wifi信号侦测模块12、光伏电池16、储能电池17、记忆装置18，光伏电池16能利用光能产生电力供应给Wifi信号发射装置11和处理器13所使用，光伏电池16发电产生的电能没有立即被本发明11和处理器13使用完毕的部份就储存到储能电池17中以供没有光能可发电时使用，并且半工无线局域网接入点的信标帧广播信号的发射时间间隔会随着储能电池17内部剩余的电力容量而改变，当剩余电量越少时，两信标帧之间的发射时间间隔就变得越长。
[0031]中国大部分的地方，华东、华南不追踪太阳的太阳能发电系统在最佳仰角状况都还可以有全年每天四小时的平均日照，连同江市的这样靠北边的地方，在每年12月份还有
3.6小时的平均日照。所以配合适当的光伏电池16和储能电池17后不需要电力线供电，就能维持半工无线局域网接入点I的持续工作。
[0032]又因为很多地方在特定时段可能根本不会有使用者需要GPS信息服务，处理器可以被预设工作时段和被预设不工作时段，在不工作时段当中切断Wifi信号发射装置11的电力，并且处理器13进入休眠的省电状态以节约储能电池中的电能。
[0033]进一步的，无线定位信息系统包括一记忆装置18，此记忆装置18中存有预先设置好的信息，处理器13于半工无线局域网接入点在发送信标帧广播信号时，将预先设置好的信息放在信标帧广播信号中的SSID中，由Wifi信号发射装置11发送出去。
[0034]但是，本发明并不限制使用人必须使用光伏发电，即使利用一般干电池或者由市电充电的充电电池，也可以实现本发明。
[0035]为了进一步的妥善利用储能电池中的电力，在工作时段中储能电池电力还大于或者等于储能电池充满容量的50%时，半工无线局域网接入点I每隔100毫秒到200毫秒发射一次SSID，在储能电池电力小于储能电池充满容量的50%但大于或者等于10%的电池容量时，半工无线局域网接入点I每隔半秒到I秒发射一次SSID，在储能电池电力小于储能电池充满容量的10%时，半工无线局域网接入点进入休眠或关闭的省电状态，等到电池电力回充回50%或者更高的电池容量时，半工无线局域网接入点才恢复到工作状态。
[0036]进一步的，通过调整Wifi信号发射装置11的发射功率来改变无线局域网接入点I对Wifi客户端2的覆盖范围，以调整定位精度。[0037]进一步的，半工无线局域网接入点I的信标帧广播信号均符合IEEE 802.11协议。
[0038]进一步的，半工无线局域网接入点中设置有一个Wifi信号侦测模块12，在发射信标帧广播信号前，先侦测是否存在其他802.11装置的发射信号，在未侦测到其它802.11装置的发射信号时，再发送SSID广播信号
本发明利用无线局域网接入点广播精确地地理位置，没有GPS功能的无线局域网客户端进入本发明的无线局域网接入点的信号覆盖范围后，即可由SSID中得到覆盖区域的精确定位，从而实现无线漫游定位；本发明还可在SSID中发送GPS的精确时间，让无线局域网客户端精确对时，使用者利用通用的WiFi手持装置或者笔记本电脑均可得到位置或者时间信息。因为采取光能供电，WiFi接入点不需要拉电力线即可提供精确位置、时间和其它信息服务，系统既容易架设安装又便宜，也不需要特殊维护，就能靠太阳能供电来长期提供位置信息服务。
[0039]半工无线局域网接入点I放在适当的地方，当用户走到附近时，无线局域网客户端2就会收到射频信号，接受的范围是可以经由调整设定发射功率来改变的，功率越高，范围越大，所以当电池电力不足时，可以将WiFi发射功率变小，可以使服务时间延长，等待下一次光能充电的机会。
[0040]由于改变发射功率会影响标签服务覆盖范围，所以电量不足时降低发射功率并不是最好的方法，优选的，半工无线局域网接入点I的信标帧广播信号的时间间隔随着太阳能电池13内部剩下的电力容量而改变，电力剩余越少，间隔时间越长，但是发射功率不会随电池所剩下的电量而改变。
[0041]太阳能电池的电力规划成为大约以充电一天能储能应付正常满载三天电力，如此可以用来支持后面两天阴雨不出太阳状况下，还能保持一定的电力正常工作，电池放电放光会缩短电池寿命，但是照着上面的做法，电力剩下一半时，发射间隔时间就开始延长，所以后面的耗电量要比正常满载的耗电低，三天不充电，还能留下相当的电量，这样可以使电池寿命更长。
[0042]为了减少SSID广播对无线网络的影响，实施例2中增加了一个WiFi信号侦测模块12，Wifi信号发射装置11发送802.11信标帧播前，WiFi信号侦测模块12先侦测有无其他802.11设备的通信信号，等到没有侦测到其他通信设备的通信信号时再发射，这样可以减低信号冲撞的机率。
[0043]图3所示的实施例中包括有三个半工无线局域网接入点101、102和103，其各自的覆盖范围是201、202和203，以及两个无线局域网客户端22和24，三个半工无线局域网接入点101、102和103的物理位置已知，服务软件安装到两个无线局域网客户端22和24中，如前所述，可以经由调整Wifi信号发射装置11的发射功率来改变信号覆盖范围201、202和203的大小，功率越高，范围越大。
[0044]为了说明不同覆盖范围规划的不同效果，先由覆盖范围较小，不重叠的状况说明:客户端24刚进入或者快离开半工无线局域网接入点101的覆盖范围201，客户端24仍然会以半工无线局域网接入点101所接收到的GPS位置作为定位信息。同理，客户端22是在半工无线局域网接入点102的覆盖范围202内，因此客户端22会以半工无线局域网接入点102所接收到的GPS位置作为定位信息。
[0045]图4所示的实施例加大了图3实施例中的覆盖范围，半工无线局域网接入点101、102和103的覆盖范围由201,202和203变成了 301,302和303，覆盖范围301,302和303两两交错，在301、302和303三者的中心更是三者重叠，图4中和图3相同位置的客户端24正好落在三者重叠的中心，因此可以同时收到三个SSID当中的GPS位置信号，客户端24的软件可以据此判断出位置是在这三个GPS位置信息的中间；同理客户端22是在范围302和303的交界处，客户端22可以收到半工无线局域网接入点102和13的SSID信号，因此客户端22的软件可以据此判断出位置是在这两个GPS位置信息的中间。
[0046]因为有好几组信息要对外传递，处理器13可以采取交错信息广播的方式轮流发送位置、时间和其他服务信息。
[0047]以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本发明精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。
【权利要求】
1.一种无线定位信息系统，包括至少一个半工无线局域网接入点，其特征在于:任意一个所述的半工无线局域网接入点均各自包括一个Wifi信号发射装置、一个GPS接收模块和一个处理器，所述的处理器与所述的GPS接收模块连接，处理器又与所述的Wifi信号发射装置连接，利用GPS接收模块接收GPS卫星的定位信息或者时间信息，处理器从GPS接收模块接收定位信息或者时间信息并将定位信息或者时间信息加入到信标帧广播信号中的SSID中，利用Wifi信号发射装置发射信标帧广播信号。
2.如权利要求1所述的无线定位信息系统，其特征在于:所述的半工无线局域网接入点包括一个光伏电池，所述的光伏电池的电流输出端与Wifi信号发射装置、GPS接收模块和处理器连接。
3.如权利要求2所述的无线定位信息系统，其特征在于:所述的半工无线局域网接入点包括一个储能电池，所述的储能电池通过充电电路与光伏电池的电流输出端连接，利用储能电池储存来自光伏电池的电能。
4.如权利要求3所述的无线定位信息系统，其特征在于:所述的半工无线局域网接入点包括一个电源管理电路，所述的电源管理电路与处理器和储能电池连接，利用处理器通过电源管理电路监测储能电池的剩余电力，利用处理器根据储能电池的剩余电力来调整Wifi信号发射装置的信号发射功率或者两个相邻的信标帧广播信号的发射时间间隔。
5.如权利要求3所述的无线定位信息系统，其特征在于:所述的半工无线局域网接入点包括一个记忆装置，所述的记忆装置与处理器连接，利用记忆装置储存预设信息，利用处理器将所述的预设信息加入信标帧广播信号中的SSID中通过Wifi信号发射装置发射。
6.如权利要求1所述的无线定位信息系统，其特征在于:通过调整Wifi信号发射装置的发射功率来改变无线局域网客户端的接收范围，通过控制无线局域网客户端的接收范围来调整无线局域网客户端的定位精度。
7.如权利要求3所述的无线定位信息系统，其特征在于:在处理器中预设工作时段，在所述的工作时段以外的时间，利用处理器切断Wifi信号发射装置的供电，并使处理器自身进入休眠省电状态。
8.如权利要求7所述的无线定位信息系统，其特征在于:在所述的工作时段中，利用处理器通过电源管理电路检测储能电池的剩余电能，在储能电池的剩余电能大于或者等于其全部容量的50%时，利用处理器控制Wifi信号发射装置每隔100?200毫秒发射一次SSID，在储能电池的剩余电能小于其全部容量的50%、且大于或者等于其全部容量的10%时，利用处理器控制Wifi信号发射装置每隔半秒到I秒发射一次SSID，在储能电池的剩余电能小于其全部容量的10%时，利用处理器切断Wifi信号发射装置的供电，并使处理器自身进入休眠省电状态。
9.如权利要求1所述的无线定位信息系统，其特征在于:所述的半工无线局域网接入点的信标帧广播信号符合IEEE 802.11协议。
10.如权利要求1所述的无线定位信息系统，其特征在于:所述的半工无线局域网接入点中设置有一个Wifi信号侦测模块，所述的Wifi信号侦测模块与处理器连接，利用Wifi信号侦测模块在发射信标帧广播信号前先侦测周围是否存在其他802.11装置的发射信号，在未侦测到其它802.11装置的发射信号时，再发送SSID广播信号。
【文档编号】G01S5/08GK103487785SQ201210189689
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】林碧辉, 黄世蔚, 罗博特·顾 申请人:林碧辉, 黄世蔚, 罗博特·顾