WiFi-RTLS在医疗行业的应用（一）：基于WiFi的室内定位技术原理解析

来源：HIT专家网     作者：杭州优体科技联合创始人 柳凌峰

随着医院临床信息化的不断发展，以及WLAN技术的不断成熟和产品价格的下降，WLAN在全球范围内医疗行业中的应用已经成为了一种趋势。作为医院有线局域网的补充，WLAN有效地克服了有线网络的弊端，可以利用PDA、平板电脑和移动手推车等设备随时随地进行生命体征数据采集、医护数据的查询与录入、移动查房等应用，因此，基于WiFi的WLAN网络成为当前医院信息化建设的标配。

当医院建立了基于WiFi的WLAN网络后，借助此网络，我们就能实现相当一部分物联网应用。

RTLS的英文全称为Real Time Locating System，意即利用无线技术，在指定的空间范围内，实时的或者接近实时的将特定目标定位。WiFi-RTLS的意思就是利用WiFi的AP作为定位基站，实现实时的目标定位，在医院可以实现人、财、物的位置服务。

WiFi-RTLS定位的步骤见下图：

具体实现步骤如下：

1、定位标签或者无线设备周期性发射WiFi信号，测量周围AP的RSSI值、MAC地址、SSID号等信息，并将这些信息暂存在定位标签或者无线设备上；

2、定位标签或者无线设备将当前位置的RSSI值等信息通过WiFi或者3G等网络发送到临近AP上，AP接收到这些信息后，将信息传送给装有定位引擎的服务器；

3、定位引擎里有无线信号的指纹数据库，定位引擎识别RSSI 的值，并对照WiFi的指纹库计算出定位标签或者无线设备的具体位置，并对应到相应的电子地图上，也可以将定位信息返回给其他需要的地方。

WiFi-RSSI定位的核心原理为：

根据AP接收的信号强度与标签至AP的距离成反比关系的原理，通过测量接收信号的场强值和已知信道衰落模型及发射信号的场强值，可以估算AP和标签之间的距离，根据多个距离值，估算标签的位置。

WiFi-RSSI对WiFi设备的要求：

1、保证覆盖范围内的任何一个定位点所收到的 AP 信号中，至少有 3 个 AP ，且3个AP的RSSI值要大于-70dbm，根据实际的地理环境合理的安装 AP，具体布局因地而异。

2、每个 AP 的并发连接数一般在20-30，吞吐频率在 0.5 毫秒。为保证定位标签能够通过WLAN和定位引擎进行通讯，单个AP覆盖范围内，部署标签的数量要能够在AP的并发连接数以内，以确保定位标签和定位引擎的连接不中断。

一般来说，医院用于移动医疗业务部署的企业级WLAN都能满足定位的需求，在个别没有覆盖到的区域，如电梯、楼道、洗手间等，只需要增加AP数量即可。

部分医院采用室分（天馈线方案）部署WLAN，这些AP在各个方向的信号均等，RSSI值和MAC地址信息相同，故无法用于定位基站的需求，但可以用于定位标签和定位引擎之间的数据通道。在这些场景中部署室内定位系统，仅需要部署一些单独的AP作为定位信标，这些AP能通电能正常运行即可，无须连接网线。

WiFi-RSSI的优点：

1、节省成本。可以直接利用医院现有的WLAN设备，无须专门布网，也不需要部署激励器、读写器等设备。

2、安装方便。只需要安装定位引擎和标签，工勘后基本完成定位功能。

3、兼容性好。适用于任何品牌、任何型号的WiFi设备。

一般来讲，选购WiFi-RSSI要注意的几个因素为：

1、房间级的精度，一般要求精度在3米以内。因WiFi信号的波动会导致图标在电子地图的抖动，如果精度无法达到3米以内，则很容易在引擎中反映出跳动到其他房间。

2、工勘的便利性。需要考虑到医院建筑用途的改动及WLAN设备的损坏等因素，会造成WiFi指纹库的失真，需要重新人工工勘，最好信息科的人员用非专业设备能自主完成工勘工作。

3、标签的电力续航问题。国内不少WiFi定位厂商标签的平均耗电量在20ma左右，随着超低功耗WiFi芯片的快速发展，这一数值可以降低到0.6mah，如果标签配置200mah的电池，3秒钟发送一次数据做一次位置查询工作，则标签充一次电可以使用长达40天时间，用于设备位置监控时，3分钟发送一次数据做一次位置查询工作，则标签充一次电可以使用长达六年半的时间。

WiFi-RTLS在医院中常见的应用场景包括：医院院内导航、实时资产管理、设备维护、温度监控、工作流程管理、病患、医护人员安全监控、效率分析等。可以满足医生、物资管理人员、检验人员、实验人员的需求，减少花费、改进流程、增加收入、提高医护的工作水平。

内容预告：WiFi-RTLS在医疗行业的应用（二）：基于WiFi的室内定位的应用场景

【作者简介】

柳凌峰，男，副教授。1983年生，博士研究生学历，杭州优体科技联合创始人，华东交通大学副教授，硕士生导师。江西电子学会成员，欧洲COST会员。研究方向：①超低功耗医疗传感器；②无线体域网；③ 室内定位技术；④无线通信与通信信道建模。近年来，参与和承担比利时国家科学计划，江西省省部级科学基金，国家自然基金等多项科研研究项目。发表论文20余篇。