思科高精度定位模块(Hyperlocation)测试验证报告-Cisco

No Strings Attached Show思科高精度定位模块(Hyperlocation) 测试验证报告1前言近日，No Strings Attached Show受邀来到位于美国俄亥俄州利奇菲尔德市的思科真实环境实验室，现场了解当今创新技术的幕后。

主要针对思科高精度定位模块（Hyperlocation）产品组合进行了探讨。

我们确保在整个测试过程中，没有使用“隐藏命令”或预装硬件或软件组件。

简而言之，我们希望确保读者能够亲自体验我们所看到的一切。

我们没有在配置中进行写擦操作以便发表本测试报告。

思科无线控制器是启用超级定位模块时的基本配置，而本文的目的并不是介绍如何配置高精度定位模块，主要是为了介绍它如何工作。

为了保持测试的公正性，No Strings Attached show主办方没有因为撰写本测试报告而获得任何形式的经济补偿，我们的差旅食宿费用由思科承担，同时No Strings Attached Show获得4台安装有Hyperlocation模块和天线阵列的3702i 无线接入点设备，用来持续进行深度测试。

这些费用由主办方平均分摊。

12测试介绍测试目标本测试的目标并非是为了展示如何配置思科高精度定位模块，也不是为了介绍配置的最佳方法，而是为了向大家展示Hyperlocation与传统的无线定位服务相比定位精确性的提高。

测试过程中，我们使用了思科提供的笔记本电脑、电话和NSA Show提供的电话和平板电脑。

尽管测试过程中的位置是事先确定的，但NAS Show还要求对几个随机地点进行测试。

事先确定的位置并不是得出最高精度的最佳位置，选取它们代表了最佳和最差情形。

3产品开发历史新产品上市时，你很难完全了解得出最终产品之前背后的历史。

当思科邀请我们前往俄亥俄州射频卓越测试中心进行测试时，我们想要知道的其中一件事就是产品背后的历史。

当我们开始讨论产品历史时，一代代产品堆满地板。

后退一步，你可以看到产品开发和上市背后的困难。

从产品早期了解它，看到它从天线连接在一起的4台Access Points缩小成3600/3700无线接入点背后的一个模块，这种变化令人惊奇。

听工程师谈论产品各种形状和设计的迭代过程，向我们展示对开发卓越产品的追求。

最终知道产品的历史，可以让你更好地了解产品，并对它产生尊重。

43定位服务的类型为了了解Hyperlocation高精度定位模块如何工作，我们认为有必要研究定位服务的不同类型方法。

每种方法都有优缺点，部署情境的定位精度也各不相同。

Hyperlocation 高精度定位模块采用到达角度（Angle of Arrival）方法，而传统的定位服务采用最小二乘法（测距定位法）。

5另外两种方法是：源蜂窝小区和模式化定位。

源蜂窝小区采用源蜂窝小区方法确定设备位置时，不进行距离预测。

通过利用设备连接的无线接入点设备，我们按照射频蜂窝区域假设设备位置。

对于一些用例，这些就行了。

如果你只是想知道设备是否位于服装店的某个部门，这或许可以。

不过，源蜂窝小区的问题是，它在连接或漫游期间高度依赖设备做出正确决策。

如果因为设备对具有最强的接收信号强度的无线接入点有依赖性，而选择连接到地板之上或之下、或是完全不同区域中的无线接入点设备，你就会失去定位精度。

这种情况下就是测距定位技术的价值所在。

测距定位（多边定位）技术我们讨论测距定位技术时，我们通常将其概括为两种不同方法：基于时间定位和基于RSSI（接收信号强度指数）定位。

如果采用基于时间的定位服务，所有设备必须与共用时钟源保持同步。

这样要求是因为设备发出信号有准确的开始时间，多个接收设备接收信号，并使用这一开始时间确定发射设备与接收设备的距离。

最常见的到达时间系统形式是全球定位系统（GPS）。

到达时间有一种变体，称为到达时差。

它不要求同步时钟源，而且用相对时间计量取代了绝对时间计量，简化了部署。

到达时差的一个好的例子是飞机和交通指挥塔使用的雷达系统。

最后，测距定位技术的第三种类型是 RSSI 测距定位。

这是目前许多厂商系统使用最多的定位服务方法。

这一方法不要求使用任何同步时钟或相对时间计量。

对于能够探测设备发出信号的每一台接收设备，距离是根据接收信号的强度来测定。

这种方法需要精心设计，才能与测距定位技术一起使用。

通过提供相对稳定的网格类型布局来确定无线接入点的位置，从定位区域边界，应允许客户端至少听到3台在 -75dBm或以上的无线接入点。

你可以将此认为是定位勘察或设计基础的“最佳实践”。

6模式化定位模式化定位本身并不一定是一种方法，更大意义上是对测距定位技术的增强。

我们通常将这称为校准过程。

通过读取平面图上已知无线接入点的数据，我们可以创建一个信号覆盖图，其能够影响RSSI测距定位算法，从而更准确地定位设备。

这一步通常被略过，但通常会大大提高定位精准度。

到达角度最后，我们还有到达角度（AoA）定位法。

采用到达角方法是通过计算信号到达接收设备的入射角来定位设备，算法利用相交线之间的几何关系。

这种定位方法要求至少有两个接收传感器。

Hyperlocation高精度定位模块就是采用这种方法定位设备。

大多数解决方案使用一组接收元件（天线阵列），在一个放置点对信号进行采样，这样就不再需要复杂的天线系统了。

到达角常被称为三角测量，这与以前的三边测量不同。

三角测量只采用到达角算法来完成。

到达角系统的例证之一是飞机导航系统所用的超高频全向导航（VOR）。

VOR发射器以不同的入射角发送多种超高分辨率（VHR ）射线。

另一个例子是手机定位服务，它使用蜂窝网络基站塔进行三角测量和确定设备位置。

74集成高精度定位Hyperlocation要求如果你已经部署了思科统一无线网络设备（Cisco Unified Wireless Network），你很可能已经为部署Hyperlocation高精度定位模块做好了准备。

为了部署 Hyperlocation，你需要有Cisco 3600或3700系列无线接入点设备、无线局域网控制器（如5508/5520）、Prime Infrastructure和运行CMX10.2的移动服务引擎（Mobility Services Engine -MSE）。

所有这些组件共同构成了Hyperlocation所需的框架。

对于无线接入点设备的要求是因为只有3600或3700 无线接入点设备才有部署Hyperlocation所需的扩展槽。

图4.1 AIR-RM3010L-x-K9（x 表示国家域）设置Hyperlocation需要有模块和（图4.1）和环绕无线接入点的环形阵列天线（图4.2）。

图 4.2 AIR-ANT-LOC-01该模块含有2.4GHz和5GHz监控模式无线电，可用于进行基于RSSI的定位测量和安全监控。

除了无线之外，该模块还有5个蓝牙低能耗信标射频，可以分别配置UUID和功率电平。

作为基于RSSI定位测量的增强版，思科还推出了FastLocate（快速定位）功能，可提供比RSSI定位所用的标准无线接入点更频繁的位置更新。

9在将AIR-ANT-LOC-01高精度定位天线与AIR-RM3010L模块配对之后，就可以使用到达角度定位方法，可以将5-10米的定位精度缩小至1-3米的精度。

高精度定位天线通过思科新的DART天线连接器进行连接，它可以将模拟和数字信号从天线传输到告警度定位模块（见图4.3和4.4）。

这一解决方案的软件组件需要使用 PrimeInfrastructure管理无线局域网控制器和MSE（移动服务引擎）集成，并设置所用的地图。

当你在Prime Infrastructure配置无线接入点设备时，你将看到新的天线选项AIR-ANT-LOC-01，它使你能够设定适当的方向（见图4.5）。

我们将在下文详细讨论。

图4.3 DART 连接器图 4.5 Prime Infrastructure配置图 4.4 DART插座10部署指南无线网络设计业已发生了显著变化，无线接入点不会再采用最高发射功率以覆盖最大面积的部署方式。

今天的无线网络采用覆盖范围较小及所需发射功率较低的部署方式。

随着我们将定位服务引入组合，设计改变成网格状，目的是确保最大的定位精度。

使用到达角度定位方法，使我们能够摆脱网格状设计，但仍要求精心设计。

例如，你希望让所有的无线接入点设备在CMX 10.2配置中朝向正确，这并不意味着他们都需要指向北，但天线阵列上的所有箭头都应在软件上正确体现出来。

图4.6 朝向箭头图4.6显示出箭头朝向。

正如我们在图4.5中所显示的，在Prime Infrastructure配置无线接入点时，我们可以改变朝向，以便与无线接入点面对的方向保持一致。

这样要求是因为要进行到达角度计算操作并预测位置。

另一个设计考虑的因素是你需要为无线接入点设备准备多少高精度定位模块。

需要1比1配置部署吗？简单回答就是需要。

基于高精度定位的工作方式，你应该为每一个无线接入点部署一个模块和天线阵列。

如果采用本定位算法，需要引入主节点和从节点的概念。

主节点是你用来传送数据的无线接入点，从节点是计算设备位置时使用的附近无线接入点。

截至本文件出版之日，Hyperlocation 仅针对连接无线网络的关联客户端工作，不与被动的无关联客户端工作。

11这样做的缺点与定位设备的源蜂窝小区方法类似：如果客户端错误选择关联或漫游过程，你的定位数据可能发生偏差 - 我们将在实际测试一章详细讨论这点。

Hyperlocation只需要一个单一模块和天线就能工作吗？是这样的，但精度会略微受到影响，这样的部署并不得到支持。

下面图 4.7 单一天线阵列图4.8 多天线阵列让我们看看多天线阵列与单一天线阵列的对比情况。

采用单一天线阵列时，到达角度技术当然可以确定客户端在天线阵列的哪一侧，但多天线阵列提高了定位设备的精确性（如图4.8所示）。

从部署角度来看必须指出的是，为了获得最佳效果，Hyperlocation要求客户端具备HT/VHT OFDM（802.11n）能力。

原因是Hyperlocation发送BlockAckRequests请求到客户端设备，然后客户端采用BlockAcks回应，由Hyperlocation天线阵列用于到达角度计算。

如果客户端不支持HT/VHT OFDM技术，Hyperlocation仍会定位，前提是客户端发送数据。

使用BlockAckRequest请求是触发客户端发送数据的简单方式，并且不会造成网络开销。

图4.9显示的是我们测试中捕获的数据包样品。

你可以看到BlockAckReq申请发送至客户端，而BlockAck返回至Access Point设备。

12图4.9 BlockAckReq请求和BlockAck数据包捕获135故障检修Hyperlocation尽管Hyperlocation 系统很简单，但你必须确保在部署前实际看到你期望的位置精度。