當(dāng)我們在室外開車或者騎自行車時(shí)，我們已經(jīng)習(xí)慣使用GPS來實(shí)現(xiàn)跟蹤和導(dǎo)航，但是當(dāng)我們進(jìn)入到一個(gè)較大型的室內(nèi)空間，比如機(jī)場、會(huì)議大廳等，總的來說我們還在使用紙質(zhì)地圖。為了能夠更進(jìn)一步，Wi-Fi聯(lián)盟推出了互操作性認(rèn)證項(xiàng)目使得Wi-Fi支持室內(nèi)定位功能，Wi-Fi認(rèn)證定位功能是基于IEEE 802.11-2016的精細(xì)時(shí)序測量(Fine Timing Measurement)通訊協(xié)議，為室內(nèi)設(shè)備定位提供米級(jí)別（metre-level）的精確度。該功能支持使用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的各種場景，比如室內(nèi)導(dǎo)航、物品追蹤和網(wǎng)絡(luò)管理等。本篇文章中我們將詳細(xì)探討WiFi定位協(xié)議是如何工作的，并且介紹在Imagination的Ensigma Explorer平臺(tái)上用于定位的硬件支持。
之前WiFi定位所采用的方法
到目前為止，WiFi室內(nèi)定位還主要依賴于測量信號(hào)強(qiáng)度，通過測量信號(hào)強(qiáng)度的衰減或匹配接收信號(hào)強(qiáng)度的方式來實(shí)現(xiàn)對距離的估計(jì)。然而信號(hào)強(qiáng)度的測量可變性非常大，限制了這些方法的精確度。為了獲得更好的精確性，我們需要對不同位置的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行采樣測量。這個(gè)過程非常明顯地耗費(fèi)時(shí)間而且每次設(shè)備變換位置都需要重復(fù)采樣。
WiFi定位是如何工作的
WiFi信號(hào)以已知的速率在空氣中傳播——即光速。因此信號(hào)從一個(gè)熱點(diǎn)（AP）或者基站（STA）發(fā)出到被另一個(gè)AP或者STA接收之間的時(shí)間乘以光速就可以轉(zhuǎn)換為距離，這被稱為“飛行時(shí)間測量”。
&ldquo飛行時(shí)間”的測量方法所面臨的一個(gè)困難就是保證發(fā)射端與接收端設(shè)備的參考時(shí)鐘同步，誤差大約在1ns之內(nèi)。這個(gè)問題通?？梢酝ㄟ^對“往返時(shí)間”的測量來避免。
實(shí)際上“往返時(shí)間”要比單程“飛行時(shí)間”多出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，而且會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化，這樣就使得原始測量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。• 如果基站（STA）也能夠測量精確的時(shí)間戳，它就可以確定所花費(fèi)的時(shí)間，并且保證整個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)的精度在幾納秒以內(nèi)。• 如果這個(gè)協(xié)議支持在設(shè)備之間傳遞時(shí)間戳，那么涉及到的四個(gè)時(shí)間戳就可以匯集到一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)處;，然后進(jìn)行計(jì)算處理。• 距離的計(jì)算是根據(jù)四個(gè)時(shí)間戳（兩個(gè)時(shí)間之間的差值），一個(gè)設(shè)備應(yīng)該將時(shí)間戳發(fā)送給另一個(gè)設(shè)備，然后第二個(gè)設(shè)備才能夠進(jìn)行一定的計(jì)算。
新型的WiFi定位協(xié)議：精細(xì)時(shí)序測量
在這個(gè)新協(xié)議中，無線接入點(diǎn)（AP）會(huì)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，移動(dòng)設(shè)備會(huì)接收這幀數(shù)據(jù)，同時(shí)移動(dòng)設(shè)備會(huì)回復(fù)一個(gè)確認(rèn)（ACK）響應(yīng)，無線接入點(diǎn)會(huì)接收這個(gè)響應(yīng)（ACK），最后無線接入點(diǎn)會(huì)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)包含這兩個(gè)時(shí)間戳。
Ensigma Explorer硬件平臺(tái)支持精細(xì)時(shí)序測量協(xié)議
WiFi定位的精度與時(shí)間戳的精度相關(guān)（1ns相當(dāng)于30cm的距離）。因此保證時(shí)間戳的精確就顯得非常重要。Imagination推出的Ensigma Explorer WiFi是一個(gè)非常高性能的互連IP，支持IEEE 802.11ac 2x2協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。這款I(lǐng)P能夠提供高精度的時(shí)間戳，對于保證WiFi定位測量的精確性至關(guān)重要。
高分辨率的定時(shí)器能夠非常精確的記錄WLAN數(shù)據(jù)包到達(dá)和發(fā)出的時(shí)間。48位的計(jì)數(shù)器也具有較高的分辨率，運(yùn)行頻率在320MHz。計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)可以通過在軟件里面設(shè)置觸發(fā)寄存器或者通過硬件配置來獲取。