基于丘比特定位技术的高校无线网规划与设计

2017-09-28田由辉

电脑知识与技术 2017年24期

关键词：丘比特无线网络报文

田由辉

(江苏经贸职业技术学院，江苏南京211168)

基于丘比特定位技术的高校无线网规划与设计

田由辉

(江苏经贸职业技术学院，江苏南京211168)

移动互联网的广泛应用，推动各个移动终端系统的服务水平，高校建设无线网络与移动终端的定位是高校教育信息化发展中的一项重要应用。该文是江苏经贸职业技术学院采用丘比特定位技术设计学校校园无线网络架构，提高学校教育信息化的应用水平。

丘比特；定位；无线网

Abstract：The wide application of mobile Internet,to promote the service level of each mobile terminal system,the construc⁃tion of wireless network and mobile terminal positioning is the development of university education information in an important application.This article is the Jiangsu Economic and Trade Vocational and Technical College using Cupid positioning technolo⁃gy design school campus wireless network architecture,improve the level of application of school education information.

Key words：Cupid;positioning;wireless network

1 概述

移动互联网的迅速发展，大大地提升了各行业信息化的应用水平。高校教育信息化建设从管理信息化迈向服务信息化转变，移动互联网的普及应用，使得日常的课堂点名方式已不能满足教育信息化的要求，基于校内信息网络及应用服务移动端的扩展需求便日益明显和强烈[1]。通过移动终端设备的自动信息采集不仅能够达到传统的考勤点名效果，还能够对校内人员的行为轨迹进行有效的跟踪，及时了解学校教学基本质量以及学生作息行为，为学校管理提供重要数据信息。

2 需求分析

2.1 无线覆盖需求

为了实现基于无线的上层应用，无线的全面覆盖是必不可少的。基础设施的建设决定未来无线应用实现的效果。

2.1.1 覆盖范围

针对需要实现无线考勤、轨迹跟踪、信息推送等需求的地点，应做到无线的全面覆盖，具体应包括教室、办公室、会议室、宿舍、室外区域等。采用AC+FITAP的架构，实现无线网络的精细化覆盖和全面管理。

2.1.2 AP要求

为了实现基于无线定位的需求，本次应采用支持无线定位的AP。当应用系统和无线基础设备对接后，需要实现全面的场地覆盖，保证最大的学生接入数量，最终建成的无线校园网是智能化、可扩展的架构。

2.2 定位支持

为了实现精细化的无线考勤，无线定位应做到精确的实现，支持基于时间差的定位方式。这种定位方式能提高定位的精度，同时又不受环境的影响，为无线考勤提供较为准确的数据。

2.3 应用系统需求

为了保证完美的无线应用使用效果，最终的无线网络建成后，做到全面的设备管理和数据管理。

应用系统应支持定位数据的生成，数据应包括接入时间、下线时间、终端mac、接入地点、接入AP编号等必不可少的信息。同时，为了实现数据的实时性，应用系统应开放接口，供第三方应用系统数据库随时调取，实现无线定位的快速实现，最终实现无线考勤、轨迹跟踪、智能推送消息等功能。

3 方案设计

3.1 方案拓扑

采用FITAP+AC的方式实现整网无线的拓扑如图1。

该方案设计有以下优势：

1)分场景无线覆盖，实现网络互连和无线定位；2)对设备和定位信息进行统一管理；3)提供定位等信息给上层应用；4)认证对接现有系统。

图1 网络拓扑图

3.2 定位功能——丘比特定位

3.2.1 丘比特定位介绍

丘比特无线定位技术是在有WIFI的环境中，基于时间差原理对接入网络的移动终端位置信息进行实时精准定位的过程，可用于定位导航、人员定位等应用。和日常的指纹定位相比较，采用详细的计算模式，且确保定位实时精度高、延迟低，部署时无需采样，该技术可以灵活应用在商贸、教育，金融、医疗等各个领域。

3.2.2 丘比特定位实现原理

丘比特定位区别于传统基于信号强度的三角定位和指纹定位算法，采用基于到达时间差的技术。这种技术类似超声波测距，发射声波时开始计时，超声波在空气中传播，当遇到障碍物时返回，超声波接收器收到反射波时再次计时，超声波传播速度已知，便可以计算出距离。

丘比特算法正是利用了此方式，如下图2所示。

AP在ToD时间时，向关联终端发送一个ProbePacket报文，经过一段时间，终端收到了该报文，终端会处理该报文时间为△t，最后返回一个ACK报文给AP，AP收到ACK报文的时间即为ToA，此时我们便可以知道，AP发送给终端的报文以及终端返回给AP的报文所用的传输时间ToF=ToA—ToD—△t，所以终端到达这个AP的距离就可以根据公式算出S=C*Tof/2[1]。

3.2.3 丘比特定位与传统定位对比

3.2.3 .1高精度定位

不管是传统的指纹定位，还是三角定位，它们是以信号强度(RSSI)来定位的，信号强度又具有电磁波的特性，如图3。

这就是同一个位置的RSSI的值，所采集的RSSI值有比较大不同。然而几乎在一个有限值之内波动。且只是室内的应用环境，即使受到电磁波的多径效应、物体对信号的遮挡等原因，RSSI的可靠性变得很差，从统计的数据来看，定位精度在5～10米[2]。

图2 丘比特定位实现原理

图3 信号强度采样图

丘比特定位技术采用了芯片底层的信息，并且采用了工程方法，改变传统的RSSI系统的弱点，采用恒定的指标“时间差”制作出精度较高的无线定位系统。在理想环境下，定位精度达到3～5米。

3.2.3 .2无需采样

传统的指纹定位方法，在采样上需要大量的时间和精力，并且环境有所变化时，又要重新采样。比如加入或者拆了隔板，位置改变，AP天线更换，都影响到信号强度的改变，且又需要进行重新采样。这种部署方法如今大型商贸，校园等领域都是行不通的。而丘比特定位正是减去了此步骤，只需按规则部署好AP，就可以开始定位。

3.2.3 .3抗睡眠机制

丘比特定位利用其主动发送报文的机制，做了有效的抗睡眠机制。即使手机在黑屏状态，也可通过技术手段，让终端回复ACK报文，从而不影响定位效果。这点在传统的指纹定位和三角定位是做不到的。

3.3 数据接口

无线定位系统的接口架构如下图4。

图4 数据接口

该图中，无线定位系统上层接口为开放的Restful接口，供第三方厂商对接。对接完成后，第三方厂商可随时提取定位系统的数据信息，该数据信息包括：用户重点mac、上线时间、下线时间、接入位置、接入AP编号。通过统一数据处理中心的数据匹配，第三方应用系统结合自身机制，随时根据基础数据和教务系统数据，处理考勤、跟踪轨迹、推送消息。

Restful接口对接是一种松耦合的方式，只要应用接口与定位系统接口对接后，数据即可实时传送到统一数据处理中心中。即使统一数据处理中心的数据库发生变化，也不会影响定位基础数据的变化。这一特点决定了定位信息的可靠、实时传输，保证业务系统随时调用。

4 无线管理

4.1 无线管理基础功能

本次采用专业无线网络管理软件，实现对学校无线网络的统一管理。这是Web页面管理系统，它是一个友好、简便的管理平台。与其他智能平台组件配合，能实现对无线设备的性能监控、故障管理、用户认证管理、接入用户管理、面板管理、软件版本管理、配置文件管理等功能，而且可以现实对其他网络设备进行一体化管理[3]。

组件的主要功能和特点如下：

1)无线有线一体化管理

无线管理组件(WSM)是无线业务管理核心，对AC、FITAP、FATAP、AC移动终端等无线设备与有线设备进行一体化集中管理，所有的网络设备信息和状态明显呈现。网络资源通过多种视图进行查看，将规模巨大的无线接入设备有效组织，便于用户维护[2]。

2)无线终端定位和漫游记录审计

无线运营管理组件(WSM)在结构化拓扑图中对移动终端的信息进行查看，查看发射速率集、SSID、MAC地址、信号强度、RSSI、所在AC设备、所在AP设备等移动终端的全部漫游记录，使用户随时了解最终接入用户的情况，并对其接入轨迹进行审计。

3)无线管理智能客户端

智能管理中心支持各种智能终端，如iPhone、iPAD、An⁃droid等移动客户端，可支持安装智能终端客户端软件，并通过智能客户端实现对无线网络的统一管理和监控，极大地方便用户的使用。

4.2 无线网关二次开发接口

无线管理平台对外开放接口，可实现第三方业务对底层资源的调用管理，用户提出的开放智能管理平台。在开发平台上迈出一大步。该平台通过以第三方业务应用提供底层资源管理调用接口，合作伙伴与用户可以通过简单的开发工作，就可在智能管理平台基础上实现灵活的功能扩展，包括与现有系统对接、新增系统和模块的管理、定制化开发等等[3]。