茶凳浅谈- Wi-Fi RTT 室内定位技术

从行车导航到社交活动打卡,位置的服务都在其中发挥关键作用。GPS和基站定位技术基本满足了用户在室外场景中对位置服务的需求。然而,人的壹生当中有80%的时间是在室内度过的,个人用户、服务机器人、新型物联网设备等大量的定位需求也发生在室内;壹到室内,由于导航信号衰减严重,卫星定位就无法使用。室内定位技术的需求于焉而生,加上智能手机、IoT设备的普及,更是直接引爆了对室内位置数据的市场需求,成为学术研究和行业应用的热门领域。

室内定位方案有:ZigBee TOF定位、Wi-Fi定位、红外线定位、蓝牙定位、射频识别定位、超宽带UWB定位等,各种方案的性能以及成本情况如下图所示
性能成本

从性价比来看,最好的该属Wi-Fi的定位方式了。

Wi-Fi定位的原理很间单。看这张图就明白了
method

利用3个AP 来算出位置。所以只要有每个AP的位置资讯,加上D1, D2, D3就可以算出x,y 点的座标。
Wi-Fi 802.11mc RTT 规格就定义了壹个方法来测量距离。原理看下图
distance

但是802.11mc的关键是,它只会工作在移动设备和接入点都支持的情况。很不幸的是,目前的AP大部分都不支持802.11mc。尽管这个技术早就内建,只需透过韧体升级就可以实现。营运商还是会希望能多卖壹些产品,而非透过韧体升级免费送。

目前市面上有支持的产品:

ASUS RT-ACRH13 - Qualcomm IPQ4018 chip

ASUS RT-ACRH17 - Qualcomm IPQ4019 chip

Linksys EA6350 v. 3 AC 1200 - MediaTek chips (MT7603E and MT7663).

Eero Pro -  Qualcomm IPQ4019 chip

Netgear Orbi (RBR20) - Qualcomm IPQ4019 chip

Netgear Orbi (LBR20) - Qualcomm IPQ4019 chip

Linksys Velop Tri-Band Home Mesh WiFi System - Qualcomm IPQ4019 chip

Starlink Wifi Router

其中多个产品是使用Qualcomm IPQ4019 芯片,Qualcomm IPQ50xx, IPQ60xx, IPQ807x 等系列产品也同样可以支持802.11mc。

看到其他博主已经提到 Aruba以及Zebra 已经积极地投入支持802.11mc。

ArubaOS 8.7 was released in July 2020 and included support for 802.11mc on the AP-505 and AP-515 Wi-Fi 6 access points.

 Zebra Technologies updated its Android firmware to support 802.11mc on the TC52 and TC52HC platforms. In advance of the update, Aruba and Zebra partnered to validate successful 802.11mc operation on Zebra’s mobile devices.

随著AP逐渐由802.11ac 进展到802.11ax的规格。由none mesh AP 进展到mesh AP。此时若再加上802.11mc的加持,整体Wi-Fi网络在稳定度、吞吐量、漫游、室内定位,必能适时满足市场的硬需求,给使用者更佳的体验。

应用场景:

智能制造

工业互联网+安全生产+人员定位

基于行业领先的高精度定位技术,将人员定位、轨迹查询跟踪、一键求助、视频联动、电子围栏、超员预警等功能融合到工厂人员安全管理系统之中,可以实现对工厂全面覆盖,多个层面实现工厂高校管理并全面保障企业生产安全,建立完善长效的生产营运机制。

 

智慧养老

智慧养老+人员定位看护管理

基于物联网、人工智能、云计算、GIS等领域长期累积的实践经验,围绕养老企业实际管理过程,老人应用场景等,利用室内定位技术的应用,解决传统养老机构弊端问题,提供智慧化的位置服务,伫立养老智慧化发展。主要功能包含;人员实时定位,应急救护管理,健康状况监测,历史轨迹查询,护理信息监督,视频监控。

 

工程建设

智慧工地/管廊/隧道+人员定位

城市建设进程加快,针对公路/铁路隧道、地铁、地下管廊及大型楼体的建设和运营管理呈现环境恶劣、工艺复杂、事故频发、在项目建设过程中,具有极大危险性。通过人员定位智能话系统可以解决如下问题:人员调度难、人员巡检难、遇险救助难、安防手段难、区域管控难、访客管理难。

 

商业中心

商业中心+定位导航

在商业中心简单部属,即可为其提供智慧导览、车位预约、停车引导、反向寻车、精准广告、人流统计、商场运营管理、商铺竞价分析、消防疏散指挥等服务。

 

大型场所

大型场所+定位导航

在大型公共场所现场布设蓝牙信标,用户通过手机APP或者微信可获取所在位置,并检索厂内的位置信息点,进行实时导航、寻车等功能;以及可在服务端对数据进行分析处理,提供人流热力分析、消防疏散指挥、场所运营管理等功能。

 

政务中心

政务中心+定位导航

使用3D虚拟现实技术、室内定位和室内导航技术,为楼宇建立外观3D虚拟模型和室内场景地图,实现3D智能导航导览平台。为楼宇内人员可提供楼宇内外景展示、2D/3D地图切换、跨楼层/楼宇导航、导航线路回放、多种搜索等便民服务。

 

智慧医院

智慧医院+人员定位+智慧导航

医护/后勤人员管理: 解决人员管理乏力的问题

特殊病患监护: 为患者健康保驾护航

婴儿防盗: 用科技手段有效保护婴儿安全

导医导诊: 为患者提供便捷的就医环境

停车场智慧导航

 

资产管理

仓储/物流/实验室+资产管理

应用于物流、仓储、实验室、店铺等场所,可实现资产管理,查看每台设备的实时位置、历史轨迹、借调纪录、设备照片等信息。以及可用于物业,提供保安、保洁、工程部、领事部等工作人员的即时位置监控、动线轨迹回放,以及服务巡检、服务时间统计等功能,提高其人员的管理效率。

 

Wireless LAN Driver Version 12.x for Access Points: Host Software Protocols Programming Guide 中有提到,要启用AP上界面 X 上的测距或 RTT 功能,可以使用以下命令:

 

uci set wireless.@wifi-iface[X].enable_rtt='1'

uci set wireless.@wifi-iface[X].enable_lci='1'

uci set wireless.@wifi-iface[X].enable_lcr='1

uci set wireless.@wifi-iface[X].rrm='1'

uci commit

 

uci set wireless.lowi=lowi

uci set wireless.lowi.enable=1

uci commit

 

然后就可以轻松得到RTT结果

Example result for RTT measurement:

STARTING RTT Measurement (1)***** TIME Read = 1460160568.821491027 = 1460160568821msec [139416.52][QCALOG-LOWIUtils] inPostcardToResponse - FROM: LOWI-SERVER, TO: 1074631632-LOWIClient, RESP: LOWI_RANGING_SCAN === Ranging SCAN RESULTS === [1]itr 8c:fd:f0:01:d1:15 149 555100 -80 2016/4/9:0:9:28:844 [1]itr 8c:fd:f0:01:d1:15 149 476900 -82 2016/4/9:0:9:28:845 === RANGING SCAN RESULTS END (1 APs Found) === TIME Read = 1460160568.847545385 = 1460160568847msec RTT Measurement request (1 of 1)- SUCCESS, Rsp time 26[139416.53][QCALOGLOWIClientReceiver] ~LOWIClientReceiver - After join complete Issued scan Type: RANGING Summary stats: Scan Type: RANGING Avg Response Time: Ranging: 26 ms AP Chan Detection rate RSSI(dBm) RTT(psec) Min Max Avg(dBm) Avg(W) Min Max Avg 8c:fd:f0:01:d1:15 149 1/1 (100%) -41 -40 -40 -40 476900 555100 516000

以及

{

[ ‘mac address’ ‘scan type’ ‘channel’ ‘rtt type’ ‘rtt’ ‘Phy Mode, ‘Tx Preamble’ ‘Rx Preamble’ ‘Tx Chain no’ ‘Rx Chain no’ ‘Tx BW’ ‘Rx BW’ ‘Tx NSS‘Rx NSS ],

/* first Node Data */

 [ ---ditto--- ], // Second Node Data

 [ ---ditto--- ], /*Third Node Data */

 }

 

高通Networking的产品IPQ4019、IPQ5018、IPQ8074 已经内建对RTT的支持。就差一个enable的动作而已了。如果车机Wi-Fi也可以同步支持RTT并落地实现室内定位的功能,相信在地下停车场找车,找个几小时的人就不会存在了。

 

Q&A:

  1. 室内定位是必须的吗?

手机连网与定位已经是无时无刻的需求了。定位功能势必要从室外延伸进入室内与地下。

  1. Wireless RTT 是最忧解吗?

RTT 其实很久之前就已经可以支持,只是Wi-Fi AP大多没有开启这项功能。以目前 Wi-Fi AP的布建密度来说,应该是最佳的选择。

  1. 有推荐方案吗?

Wi-Fi 5 推荐IPQ4019

Wi-Fi 6 推荐IPQ5018、IPQ6018、IPQ8074

Wi-Fi 7 推荐IPQ5332、IPQ9574

  1. Wireless RTT使用在4G, 5G 或者6G的频带上有甚么差异?

使用在高频带上的RTT会比较准确。

  1. 为何室内定位还无法普及?

室内地图的绘制与收集。不像室外的街道图可以比较轻易取得。Wi-Fi AP 预设是关闭RTT功能。

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