基于WiFi的室内定位系统设计.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。 引言 位置信息在人们的U常生活屮扮演着重要的作用。在郊外、展览馆、公园等陌生环境屮， 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，及时准确地掌掘相关人员的位置信息，有助于 提高安全管理水干，简化监狱钤理工作。 R前全球定位系统（GPS,GlobalPositioningSystem)足获取室外环境位置信思的最常川 方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速发展，GPS和蜂莴N络相结合的A-GPS(Assisted Global Positioning System)定位方式在紧急救援和各种雄于位H服务（LBS,Location-Based Services)屮逐渐得到了应用。但由于卫虽信号容易受到各种障碍物遮梢，GPS/APGS等卫虽 定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，FI前无线室内定位技术迅速发展，己成为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，就是建立无线倌号强度和位S 信息稳定映射关系的过程。现冇室内无线定位系统主要采用红外、超声波、蓝牙、WiFi (Wireless Fidelity)、RFID (Radio Frequencyldentification)等短距离无线技术。其中基于 WiFi 网络的无线走位技术山于部署广泛且低成本较低，因此备受关注。苁中山微软开发的RADAR 系统足最早的甚于WiFi网络的定位系统。它采⑴射频指纹匹配方法，从指纹厍屮查找最接 近的K个邻居，取它们坐标的平均作为坐标估汁。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W叶斯公式，通过计算鬥标位置的后验概率分布，来进行定位。 木文同样基于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 N1,本文采用了基于权值选择的走位兑法，在一定程度上减少了 RSS.信号随机变化引起的定 位误差，实验结采表叨，该系统可获得较好的定位精度（4米）。 系统设汁 本系统可为移动终端客户在展馆、商场、校园等应W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I者多限制，所以仅完成简单的信号采集工作，定位讣 算由定位服务端完成。 定位系统的架构休系如图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;、V.位置请求的Web服务器和运行定位汁算的定位服务器分离，数椐 交换方式采用客户端和Web服务器相N的数椐交换方式。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佔计。 客户端和服务端通信采)I〗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2为本定位系统的信息交互流程图。移动终端丨4 Web服务器提交GET请求，GET请 求屮包含了信号强度特征卩彳量,Web服务器收到请求以同样的方式传达给定位服务器， 定位服务器杏询数据库，并进行相关的定位运算操作，从而得到移动终端的位S估计。 图2移动终端与服务器间的信息交互 系统实现 3.1.客户端设计 本系统客户端采用Android系统手机。 Android系统足Google在2007年发布的菽于Linux平台的开源手机操作系统。近年来, 甚于此平台的手机市场占有率不断提高，加上其好的开放性和丰富的API接U,可以很方便地开发各种应用程序。 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庠和框架，包括轻景级数据庠SQLite、浏览器Webkit等。整个系统建 立在Dalvik虚拟机上，应用程序使用java语言编写。Android系统提供了丰富的框架（活 动管理、位置管理等）来管理系统的软、硬件资源