茶凳淺談- Wi-Fi RTT 室內定位技術

從行車導航到社交活動打卡,位置的服務都在其中發揮關鍵作用。GPS和基站定位技術基本滿足了用戶在室外場景中對位置服務的需求。然而,人的壹生當中有80%的時間是在室內度過的,個人用戶、服務機器人、新型物聯網設備等大量的定位需求也發生在室內;壹到室內,由于導航信號衰減嚴重,衛星定位就無法使用。室內定位技術的需求於焉而生,加上智能手機、IoT設備的普及,更是直接引爆了對室內位置數據的市場需求,成爲學術研究和行業應用的熱門領域。

室內定位方案有:ZigBee TOF定位、Wi-Fi定位、紅外線定位、藍牙定位、射頻識別定位、超寬帶UWB定位等,各種方案的性能以及成本情況如下圖所示
性能成本

從性價比來看,最好的該屬Wi-Fi的定位方式了。

Wi-Fi定位的原理很間單。看這張圖就明白了
method

利用3個AP 來算出位置。所以只要有每個AP的位置資訊,加上D1, D2, D3就可以算出x,y 點的座標。
Wi-Fi 802.11mc RTT 規格就定義了壹個方法來測量距離。原理看下圖
distance

但是802.11mc的關鍵是,它只會工作在移動設備和接入點都支持的情況。很不幸的是,目前的AP大部分都不支持802.11mc。儘管這個技術早就內建,只需透過韌體升級就可以實現。營運商還是會希望能多賣壹些產品,而非透過韌體升級免費送。

目前市面上有支持的產品:

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

其中多個產品是使用Qualcomm IPQ4019 芯片,Qualcomm IPQ50xx, IPQ60xx, IPQ807x 等系列產品也同樣可以支持802.11mc。

看到其他博主已經提到 Aruba以及Zebra 已經積極地投入支持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.

隨著AP逐漸由802.11ac 進展到802.11ax的規格。由none mesh AP 進展到mesh AP。此時若再加上802.11mc的加持,整體Wi-Fi網絡在穩定度、吞吐量、漫遊、室內定位,必能適時滿足市場的硬需求,給使用者更佳的體驗。

應用場景:

智能製造

工業互聯網+安全生產+人員定位

基於行業領先的高精度定位技術,將人員定位、軌跡查詢跟蹤、一鍵求助、視頻聯動、電子圍欄、超員預警等功能融合到工廠人員安全管理系統之中,可以實現對工廠全面覆蓋,多個層面實現工廠高校管理並全面保障企業生產安全,建立完善長效的生產營運機制。

 

智慧養老

智慧養老+人員定位看護管理

基於物聯網、人工智能、雲計算、GIS等領域長期累積的實踐經驗,圍繞養老企業實際管理過程,老人應用場景等,利用室內定位技術的應用,解決傳統養老機構弊端問題,提供智慧化的位置服務,佇立養老智慧化發展。主要功能包含;人員實時定位,應急救護管理,健康狀況監測,歷史軌跡查詢,護理信息監督,視頻監控。

 

工程建設

智慧工地/管廊/隧道+人員定位

城市建設進程加快,針對公路/鐵路隧道、地鐵、地下管廊及大型樓體的建設和運營管理呈現環境惡劣、工藝複雜、事故頻發、在項目建設過程中,具有極大危險性。通過人員定位智能話系統可以解決如下問題:人員調度難、人員巡檢難、遇險救助難、安防手段難、區域管控難、訪客管理難。

 

商業中心

商業中心+定位導航

在商業中心簡單部屬,即可為其提供智慧導覽、車位預約、停車引導、反向尋車、精準廣告、人流統計、商場運營管理、商鋪競價分析、消防疏散指揮等服務。

 

大型場所

大型場所+定位導航

在大型公共場所現場布設藍牙信標,用戶通過手機APP或者微信可獲取所在位置,並檢索廠內的位置信息點,進行實時導航、尋車等功能;以及可在服務端對數據進行分析處理,提供人流熱力分析、消防疏散指揮、場所運營管理等功能。

 

政務中心

政務中心+定位導航

使用3D虛擬現實技術、室內定位和室內導航技術,為樓宇建立外觀3D虛擬模型和室內場景地圖,實現3D智能導航導覽平台。為樓宇內人員可提供樓宇內外景展示、2D/3D地圖切換、跨樓層/樓宇導航、導航線路回放、多種搜索等便民服務。

 

智慧醫院

智慧醫院+人員定位+智慧導航

醫護/後勤人員管理: 解決人員管理乏力的問題

特殊病患監護: 為患者健康保駕護航

嬰兒防盜: 用科技手段有效保護嬰兒安全

導醫導診: 為患者提供便捷的就醫環境

停車場智慧導航

 

資產管理

倉儲/物流/實驗室+資產管理

應用於物流、倉儲、實驗室、店舖等場所,可實現資產管理,查看每台設備的實時位置、歷史軌跡、借調紀錄、設備照片等信息。以及可用於物業,提供保安、保潔、工程部、領事部等工作人員的即時位置監控、動線軌跡回放,以及服務巡檢、服務時間統計等功能,提高其人員的管理效率。

 

Wireless LAN Driver Version 12.x for Access Points: Host Software Protocols Programming Guide 中有提到,要啟用AP上介面 X 上的測距或 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

 

然後就可以輕鬆得到RTT結果

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的產品IPQ4019、IPQ5018、IPQ8074 已經內建對RTT的支持。就差一個enable的動作而已了。如果車機Wi-Fi也可以同步支持RTT並落地實現室內定位的功能,相信在地下停車場找車,找個幾小時的人就不會存在了。

 

Q&A:

  1. 室內定位是必須的嗎?

手機連網與定位已經是無時無刻的需求了。定位功能勢必要從室外延伸進入室內與地下。

  1. Wireless RTT 是最憂解嗎?

RTT 其實很久之前就已經可以支持,只是Wi-Fi AP大多沒有開啟這項功能。以目前 Wi-Fi AP的布建密度來說,應該是最佳的選擇。

  1. 有推薦方案嗎?

Wi-Fi 5 推薦IPQ4019

Wi-Fi 6 推薦IPQ5018、IPQ6018、IPQ8074

Wi-Fi 7 推薦IPQ5332、IPQ9574

  1. Wireless RTT使用在4G, 5G 或者6G的頻帶上有甚麼差異?

使用在高頻帶上的RTT會比較準確。

  1. 為何室內定位還無法普及?

室內地圖的繪製與收集。不像室外的街道圖可以比較輕易取得。Wi-Fi AP 預設是關閉RTT功能。

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