基于WiFi的室内定位系统.doc

基于WiFi的室内定位系统.doc一种基于WiFi的室内定位系统设计与实现
摘要：本文设计及实现了一个基于WiFi射频信号强度指纹匹配的移动终端 定位系统，并设计实现了一种基于权重值选择的定位算法。该算法为每个扫描到 的AP的RSSI设定了选择区间，指纹库中落在此区间的所有位置点设平均权值, 最后选取权重值最大者为待定位点的位置估计，如有相同权重值，则比较信号强 度距离，取最小者，这种算法在一定程度上克服了 RSSI信号随机抖动对定位的 影响，提高了定位的稳定性和精度。经实验测试，此系统在4米范围内具有良 好的定位效果。可部署在展馆、校园、公园等公共场所，为客户提供定位导航服 务。定位算法运行于服务端，客户端为配备WiFi模块的Android手机。借助该 定位系统，基于Android系统的移动终端可方便地查询自身位置，并获取各种 基于位置服务。

位置信息在人们的日常生活中扮演着重要的作用。在郊外、展览馆、公园等陌生 环境中，使用定位导航信息可为观众游览提供更便捷的服务;在仓储物流过程中， 对物品进行实时定位跟踪将大大提高工作效率；在监狱环境中，及时准确地掌握 相关人员的位置信息，有助于提高安全管理水平，简化监狱管理工作。
目前全球定位系统(GPS , GlobalPositioning System)是获取室外环境位置信 息的最常用方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速发展，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 和各种基于位置服务(LBS, Location-Based Services)中逐渐得到了应用。但 由于卫星信号容易受到各种障碍物遮挡，GPS/APGS等***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迅速发展，已成为GPS的有力 补充。
一般来讲，使用无线信号强度获取目标位置信息的过程，就是建立无线信号强度 和位置信息稳定映射关系的过程。现有室内无线定位系统主要采用红外、超声波、 蓝牙、WiFi (Wireless Fidelity)、RFID (Radio Frequencyidentification) 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，因此备受关注。其中由微软开发的RADAR系统是最早的基于WiFi网络的 定位系统。它采用射频指纹匹配方法，从指纹库中查找最接近的K个邻居，取 它们坐标的平均作为坐标估计。而文献［5］介绍的室内定位系统则基于RSSI信 号的统计特性，采用贝叶斯公式，通过计算目标位置的后验概率分布，来进行定 位。
本文同样基于WiFi网络，设计和实现了一种无线室内定位系统，但与上述定位 方法不同，本文采用了基于权值选择的定位算法，在一定程度上减少了 号随机变化引起的定位误差，实验结果表明，该系统可获得较好的定位精度(4 米)。
系统设计本系统可为移动终端客户在展馆、商场、校园等应用场景提供定位服务。鉴于移 动终端受到计算能力、存储容量和电池电量等诸多限制，所以仅完成简单的信号 采集工作，定位计算由定位服务端完成。
定位系统的架构体系如图1所示。服务端主要负责定位计算和响应终端的定位 请求。基于负载均衡考虑，响应位置请求的Web服务器和运行定位计算的定位 服务器分离，数据交换方式采用客户端和Web服务器相同的数据交换方式。客 户端依附于具体对象，主要负责采集周边AP的无线信号强度，并向服务端提交 信号特征，服务器使用客户端采集的信号特征进行定位计算，获得移动终端的位 置估计。
客户端和服务端通信采用标准的HTTP协议，编程方便，可扩展性好，客户端程 序功能可根据需要进行扩充。
图1定位系统网络结构
图2为本定位系统的信息交互流程图。移动终端向Web服务器提交GET请求， GET请求中包含了信号强度特征向量，Web服务器收到请求后，以同样的方式传 达给定位服务器，定位服务器查询数据库，并进行相关的定位运算操作，从而得 到移动终端的位置估计。

3.
本系统客户端米用Android系统手机。
Android系统是Google在2007年发布的基于Linux平台的开源手机操作系 统。近年来，基于此平台的手机市场占有率不断提高，加上其良好的开放性和丰 富的API接口，可以很方便地开发各种应用程序。
1. 1. Android系统架构简介
Android系统架构见图3,它建立于Linux内核之上，包含了各种设备驱动和管 理模块，囊括了非常齐全的类库和框架，包括轻量级数据库SQLite、浏览器 Webkit等。整个系统建立在Dalvik虚拟机上，应用程序使用Ja