WIFI定位原理介绍

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1、 8 9移动终端室内无线定位技术介绍 Vol. 5 No.12/ Dec. 2011 1 引言定位技术 利用信息化手段告诉用户某一物 体的位置信息。最专业的定位系统是全球定位系统 (Global Positioning System, GPS) 1, 2 ，包括军事、 执法、公交调度、出租车调度、物流、策划在内的 很多行业都是全球定位系统的用户。随着GPS客户端 接收器体积越来越小，客户端的精度越来越高，GPS 定位功能被广泛的用到各行各业，一些智能手机、 笔记本等移动终端甚至把GPS功能作为其标配嵌入到 终端。GPS只是室外定位技术的一种，近些年兴起了很 多技术，其中包括GSM网络基站定位、

2、CDMA网络 基站定位。在国内，对于移动或者联通的G网(GSM) 用户，可以通过手机接收运营商的网络信号来定位。 一个GSM手机只要处于开机状态，就可以接收到附 近基站的信号，根据用户当前所处基站的小区，可 以定位出手机和这些基站之间的相对位置。联通C 网(CDMA)由于和GSM有实质性的差异，定位方式 和GSM网络有所不同，基于C网的定位技术是由高 通公司开发的一种结合CDMA基站和GPS信息的定 位方式：gpsOne。一个gpsOne手机可以同时接受 GPS卫星和周围CDMA基站的信号，根据这些信号 可以得到比GSM更为精确的定位效果。室外定位技术成熟、市场机制良好、应用广 泛。然而人们的

3、生活大部分时间其实处在室内，在 日常生活中对室内也有很强烈的定位需求。首先是 公共安全和应急响应，在紧急情况下，每一个人 都想被救援人员精确定位到，大到建筑物的位置， 甚至是楼层或者房间号。其次，可以应用到手机购 物、移动电子商务、个性化广告/优惠信息。用户 会希望能够直接获取商店或者所需产品的位置。再 次，室内定位在机场、医院、大型商场、会展中 心、大型停车场都可以有非常广泛的应用，例如在 这些地方寻找某一个具体地点，只要打开你的手 机，输入你想要去的地方或者在大型停车场输入你 的车牌号，手机上就会显示出到达目的地的最近路 线，从而解决你很多麻烦，这是不是很令人兴奋的 事？室内定位的应用其实

4、还不限于这些，这项技术 可以影响着你生活的方方面面。强烈的需求于是推 动了室内定位技术的发展。室内定位技术主要有：1.红外技术；2.无线局 域网；3.蓝牙；4.超声波；5.计算机视觉；6.磁场; 7.AGPS。这些技术一部分已经得到了开发利用， 形成了比较系统的定位服务解决方案或者成型的商 业产品，但是很多技术还处于研究实验阶段。有使 用计算机视觉方法进行定位的实验 3 ，有介绍了使 用磁场压力感应的智能地板的研制试验 4 ，由于这 些方法所依赖的特定设备比较昂贵，目前看来实用 性比较低，所以不做讨论。本文选取蓝牙，无线局 域网这些可以在移动终端上直接应用的技术来做具 体的介绍。 2 蓝牙技术

5、蓝牙技术-通过测量信号强度进行定位。这是 一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适 当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户 的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始 终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用 户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位， 例如单层大厅或仓库。技术最大的优点是设备体积 小、易于集成在 PDA、PC以及手机中，因此很容易 推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终 端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内 定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室 内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的 影响。其不足在于蓝牙器件和设

6、备的价格比较昂贵， 而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差， 受噪声信号干扰大，所以不做详细介绍。 3 Wi-Fi技术Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备等各 种移动或者非移动终端以无线方式互联的技术，它 是一个无线网络通信技术的品牌，被Wi-Fi联盟所 持有。是帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒 体的互联网技术，为用户提供了无线的宽带互联网 访问。能够访问Wi-Fi 网络的地方被称为热点。由 于Wi-Fi技术的突出优点：无线覆盖范围广，相比于 蓝牙十米左右的距离，Wi-Fi的覆盖半径能达到100 米；传输速度快，可以达到54Mbps，802.11N甚至 可以达到600Mbps；厂

7、商进入门槛低，只要花很少 的成本设置一个热点，用户就可以通过它来连接互 联网。Wi-Fi技术近年来成为了人们关注的焦点。手 机、笔记本电脑等广泛使用的移动终端都具有Wi-Fi 接入的功能。为了配合北京打造世界城市和国际化 大都市，中国移动宣称近几年会将Wi-Fi覆盖整个 中心城区，这样，在中心城区任何一个地方打开手 机，都可以自由的通过Wi-Fi连接互联网，享受信息 化带来的便利。这些都使得基于Wi-Fi的室内定位技 术成为了近些年的热点。Wi-Fi技术是一种全新的信息获取平台，可以在 广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和 追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基 础和前提。当前比

8、较流行的Wi-Fi定位是无线局域网 络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系 统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易 于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网 络结构，系统总精度高。 3.1 系统结构定位系统的架构如图1所示，服务器端主要负责 存储地图、指纹信息。有些系统定位计算都在服务 器端进行，移动终端只需将收集到的Wi-Fi信息发送 给服务器，服务器将定位结果返回客户端。客户端 需要运行客户端软件。 3.2 系统流程具体的Wi-Fi定位方法有很多，但主要的过程都 大同小异。Wi-Fi室内定位系统的流程如图2所示。算 法定位主要分为两个过程：采样过程和定位过程。采

9、样过程:系统在环境中均匀的选取若干个点 作为参考点，在这些参考点上采样能收集到的AP的 RSSI(信号强度)值，一般将这些RSSI值的分布特征连 同参考点的坐标一同存入指纹数据库。定位过程：移动终端打开Wi-Fi扫描，将扫描得 到的结果放入指纹库进行匹配，选出一定数量的点 来估算终端当前所在的位置。图2 Wi-Fi室内定位系统流程图 3.2.1采样过程采样过程又可以称为线下过程或者离线过程。 HORUS 5 使用标准高斯分布对参考点上各AP的RSSI 数据库分别建模，这样在每个参考点上得到一组高 斯分布，显然，这种方法将各AP的RSSI数据看作相 互独立的。RADAR 6 做法更加简单，仅使用

10、平均值 作为参考点特征。国内外对离线过程采集数据模型 的建立做了很多研究，有的采用将RSSI值分布看作 移动终端室内无线定位技术介绍 张月星 摘 要 知道自己的位置总能给生活带来惊喜。由于室内环境较为狭小和复杂，GPS信号受到建筑物遮蔽，几乎不可能再 来进行精确定位，同时GPS成功的市场应用和室内定位的空缺形成鲜明对比，使得近些年来市内定位技术成为了研究的热 点。定位技术也层出不穷，红外技术、蓝牙技术、Wi-Fi技术、传感器技术、RFID技术等，但还是缺乏稳定的能够得到市场 认可的产品。其中一个重要原因在于室内定位还存在技术和成本上的瓶颈。本文选取几种有代表性的技术来进行讨论和分 析。 关键词

11、 室内定位；移动终端；Wi-Fi 图1 定位系统架构 8 9移动终端室内无线定位技术介绍 Vol. 5 No.12/ Dec. 2011 1 引言定位技术 利用信息化手段告诉用户某一物 体的位置信息。最专业的定位系统是全球定位系统 (Global Positioning System, GPS) 1, 2 ，包括军事、 执法、公交调度、出租车调度、物流、策划在内的 很多行业都是全球定位系统的用户。随着GPS客户端 接收器体积越来越小，客户端的精度越来越高，GPS 定位功能被广泛的用到各行各业，一些智能手机、 笔记本等移动终端甚至把GPS功能作为其标配嵌入到 终端。GPS只是室外定位技术的一种，

12、近些年兴起了很 多技术，其中包括GSM网络基站定位、CDMA网络 基站定位。在国内，对于移动或者联通的G网(GSM) 用户，可以通过手机接收运营商的网络信号来定位。 一个GSM手机只要处于开机状态，就可以接收到附 近基站的信号，根据用户当前所处基站的小区，可 以定位出手机和这些基站之间的相对位置。联通C 网(CDMA)由于和GSM有实质性的差异，定位方式 和GSM网络有所不同，基于C网的定位技术是由高 通公司开发的一种结合CDMA基站和GPS信息的定 位方式：gpsOne。一个gpsOne手机可以同时接受 GPS卫星和周围CDMA基站的信号，根据这些信号 可以得到比GSM更为精确的定位效果。室

13、外定位技术成熟、市场机制良好、应用广 泛。然而人们的生活大部分时间其实处在室内，在 日常生活中对室内也有很强烈的定位需求。首先是 公共安全和应急响应，在紧急情况下，每一个人 都想被救援人员精确定位到，大到建筑物的位置， 甚至是楼层或者房间号。其次，可以应用到手机购 物、移动电子商务、个性化广告/优惠信息。用户 会希望能够直接获取商店或者所需产品的位置。再 次，室内定位在机场、医院、大型商场、会展中 心、大型停车场都可以有非常广泛的应用，例如在 这些地方寻找某一个具体地点，只要打开你的手 机，输入你想要去的地方或者在大型停车场输入你 的车牌号，手机上就会显示出到达目的地的最近路 线，从而解决你很

14、多麻烦，这是不是很令人兴奋的 事？室内定位的应用其实还不限于这些，这项技术 可以影响着你生活的方方面面。强烈的需求于是推 动了室内定位技术的发展。室内定位技术主要有：1.红外技术；2.无线局 域网；3.蓝牙；4.超声波；5.计算机视觉；6.磁场; 7.AGPS。这些技术一部分已经得到了开发利用， 形成了比较系统的定位服务解决方案或者成型的商 业产品，但是很多技术还处于研究实验阶段。有使 用计算机视觉方法进行定位的实验 3 ，有介绍了使 用磁场压力感应的智能地板的研制试验 4 ，由于这 些方法所依赖的特定设备比较昂贵，目前看来实用 性比较低，所以不做讨论。本文选取蓝牙，无线局 域网这些可以在移动

15、终端上直接应用的技术来做具 体的介绍。 2 蓝牙技术蓝牙技术-通过测量信号强度进行定位。这是 一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适 当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户 的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始 终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用 户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位， 例如单层大厅或仓库。技术最大的优点是设备体积 小、易于集成在 PDA、PC以及手机中，因此很容易 推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终 端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内 定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室 内短距离定位时容易发现设

16、备且信号传输不受视距的 影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵， 而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差， 受噪声信号干扰大，所以不做详细介绍。 3 Wi-Fi技术Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备等各 种移动或者非移动终端以无线方式互联的技术，它 是一个无线网络通信技术的品牌，被Wi-Fi联盟所 持有。是帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒 体的互联网技术，为用户提供了无线的宽带互联网 访问。能够访问Wi-Fi 网络的地方被称为热点。由 于Wi-Fi技术的突出优点：无线覆盖范围广，相比于 蓝牙十米左右的距离，Wi-Fi的覆盖半径能达到100 米；传输速度快，可以达到54Mbps，802.11N甚至 可以达到600Mbps；厂商进入门槛低，只要花很少 的成本设置一个热点，用户就可以通过它来连接互 联网。Wi-Fi技术近年来成为了人们关注的焦点。手 机、笔记本电脑等广泛使用的移动终端都具有Wi-Fi 接入的功能。为了配合北京打造世界城市和国际化 大都市，中国移动宣称近几