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1、大连理工大学本科毕业设计（论文）基于WiFi信号的室内定位方法Indoor localization method based on the WiFi signal学 院（系）： 软件学院 专 业： 软件工程 学 生 姓 名： 谢文松 学 号： 201192063 指 导 教 师： 金乃高 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 大连理工大学Dalian University of Technology基于WiFi信号的室内定位方法摘 要现如今，人们生活在一个移动互联的时代，手机也越发成为了人们日常生活中必不可少的工具。智能手机、平板电脑等的快速发展更是促进了人们对移动位置信息的需求。随着近些年无
2、线定位技术的发展，室内定位技术成为人们关注的热点。许多依赖于无线接入点射频信号的室内定位技术已经在过去的十年中被提出。近年来，众包(也称为“Organic”)的WiFi指纹定位系统方面的研究正引起人们的关注。这种参与方法带来了先前提出的技术所没有考虑到的新的挑战。本文提出了一个有效的定位方法来处理存在于基于众包的系统的三个主要技术问题。我们的新的解决方案，有利于1）从短期的RSS值的测量提取准确的指纹值2）不同设备间免校准的定位3）对于一个给定的位置，在无线地图上保持每个位置一个指纹，不论任何数量的上传数据集。通过使用四个不同智能手机的实验，我们来评估我们的新的室内定位方法。实验结果表明，该方
3、案提供了一致的定位精度，在设备的异质性和多个测量人员等问题存在的这样一种环境下。关键词：无线定位技术；室内定位；众包；WiFi指纹定位Indoor localization method based on the WiFi signalAbstractNowadays, people live in an era of mobile Internet, mobile phone has increasingly become the indispensable tool in Peoples Daily life. The rapid development of smartphones, t
4、ablets and so on but also promote the peoples demand for mobile location information. With the development of wireless location technology in recent years, indoor positioning technology is becoming a hot spot of attention.Many indoor localization techniques that rely on RF signals from wireless Acce
5、ss Points have been proposed in the last decade. In recent years, research on crowdsourced (also known as “Organic”) Wi-Fi fingerprint positioning systems has been attracting much attention. This participatory approach introduces new challenges that no previously proposed techniques have taken into
6、account. This paper proposes an efficient localization method addressing three major technical issues posed in crowdsourcing based systems. Our novel solution facilitates 1) extracting accurate fingerprint values from short RSS measurement times 2) calibration-free positioning across different devic
7、es and 3) maintaining a single fingerprint for each location in a radio map, irrespective of any number of uploaded data sets for a given location. Through experiments using four different smartphones, we evaluate our new indoor positioning method. The experimental results confirm that the proposed
8、scheme provides consistent localization accuracy in an environment where the device heterogeneity and the multiple surveyor problems exist.Key Words:Wireless Localization Technology;Indoor Localization;Crowdsourcing;Wi-Fi Fingerprint Localization目 录摘 要IAbstractII引 言11相关技术研究现状及开发环境41.1室外定位41.2室内定位51.
9、3开发环境71.3.1JDK的安装和Java环境变量的设置71.3.2安装Eclipse71.3.3安装Android SDK71.3.4安装配置ADT82需求分析92.1背景92.2功能需求92.3其他需求92.4系统层次结构图102.5系统用例图103系统概述和挑战113.1概述113.2挑战123.2.1短时间的RSS测量123.2.2设备的多样性123.2.3一个位置多个测量值124系统设计144.1总体设计144.2模块设计144.3界面设计155系统实现与实验165.1指纹值的提取165.1.1AP响应速率165.1.2RSS随时间的变化165.1.3提取方法195.2定位算法21
10、5.2.1相对RSS比较215.2.2异构设备265.3.3多个测量人员286测试与评估296.1实验装置测试296.2成对装置测试与评估296.3设备异构性测试与评估316.4对于多个测量人员的影响的评估357探讨与展望377.1探讨377.2展望37结 论39参 考 文 献40致 谢42- 1 -引 言位置信息在人们的日常生活和工作当中扮演着重要的作用。无论是在郊外、展览馆还是公园等陌生的环境中，使用定位导航信息可以为观众游览提供更加便捷的服务；在仓储物流过程当中，对物品进行实时的定位跟踪将大大提高工作的效率；在监狱等特殊环境中，及时而准确地掌握相关人员的位置信息，有助于提高安全管理水平，
11、简化监狱的管理工作。目前全球定位系统(GPS,Global Positioning System)1-3是获取室外环境位置信息的最常见和最常用的方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速蓬勃发展，GPS和蜂窝网络相结合的A-GPS(Assisted Global Positioning System)定位方式在紧急救援和各种基于位置的服务(LBS,Location-Based Services)中逐渐得到了应用。但由于卫星信号较为容易受到各种障碍物的遮挡，GPS/APGS 等卫星定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，目前无线室内定位技术正在迅速发展，且已成为GPS的有力补充。如今一般来讲，使用
12、无线信号强度来获取目标位置信息的过程，其实就是建立无线信号强度和位置信息稳定映射关系的一个过程。现有的室内无线定位系统主要采用的是红外、超声波、蓝牙、WiFi(Wireless Fidelity)、RFID(Radio Frequency Identification)等短距离无线技术。其中基于WiFi网络的无线定位技术由于部署广泛且低成本较低等原因而备受关注。目前来看，其中由微软公司开发的雷达系统是基于WiFi无线网络的最早的定位系统。它采用的是射频指纹匹配的方法，从指纹数据库中查找最为接近的几个邻居，取它们坐标的平均来作为估计坐标。室内定位系统5介绍的则是基于RSSI信号的统计特性，它采用
13、的是贝叶斯公式，通过计算待定位位置的后验概率分布来进行定位。全球定位服务其主要发展的区域包括了亚太、北美以及欧洲这三个大市场，其中以亚太市场发展最为快速和较早，尤其是日本和韩国这两个国家。在日本市场中，由于移动数据服务市场竞争较为激烈，为了能够提供更多的和更好地增值服务，日本一些运营商早在2000年就已经开始推出了移动定位服务。通过和平台供应商以及增值服务商合作，日本的LBS服务内容变得愈加丰富。目前，韩国已经制定了隐私权保护的法令，同时也成立了一些定位服务的产业协会，这些举措驱动了其定位服务的快速发展，而主要的LBS运营商，例如KTF、SKT、LGT等都推出了相关的LBS应用，其内容丰富，包
14、括了商业(广告、出租车呼叫、移动付款、移动商务)和个人(紧急救援、老人、儿童追踪)市场，促进LBS产业快速发展。然而在2006年后，随着北美业者因应E911(紧急救援服务)政策系统设备更新的逐步完成，VefizonWireless、SprintNextel等运营商也陆续开始推广LBS应用。在欧洲，不少类似美国E911的紧急救援法令也被颁布了出来，不过出于对技术的更新或者是投资回报率的考虑，都采取了较为保守的策略，对比于亚太与美国业者，其基于WiFi技术的定位系统的设计与实现的发展程度是相对落后的。相比一些西方国家来说，国内的WiFi网络建设还是相对起步较晚的，但是最近几年发展比较迅速。例如，上
15、海就在2010年前建立起了能够覆盖全市的无线网络；北京也在2009年底以前在五环范围内普及无线宽带高速上网；其他许多的城市也相继开始了较大规模的无线网络的建设。在法律层面上，个人位置服务的发展还涉及到保护用户隐私的问题。在民法中，我国法律对公民的名誉权进行了保护，然而对于用户位置的隐私却是没有进行明确规定的。这一立法上的相对滞后，可能会影响到整个LBS产业的发展。如何促进用户认识各种增值应用服务，并且产生有效的需求和使用的习惯，已然成为了LBS市场的关键性问题。由于相关的创新涉及到了许多跨领域的合作，目前我国的LBS创新还较为匮乏。但是国内已有一些公司开发出基于WiFi技术的实时的定位解决方案。“离线采集阶段”一般可以分为两类，这取决于到底是谁收集到的指纹数据。基本的
