WIFI定位原理介绍

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、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

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

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 室内定位；移动终端；Wi-Fi

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

图1 定位系统架构