基于WiFi的室内定位系统设计.doc

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1、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

2、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。1.引言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,GlobalPositioningSystem）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

3、快速发展，GPS和蜂窝网络相结合的A-GPS（AssistedGlobalPositioningSystem）定位方式在紧急救援和各种基于位置服务（LBS,Location-BasedServices）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（WirelessFideli

4、ty）、RFID（RadioFrequencyIdentification）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

5、定程度上减少了RSS.信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）。2.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

6、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。图2移动终端与服务器间的信息交互3.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

7、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。3.1.1.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，整合了常用的应用程序（

8、联系人、电话本等），并开放了很全面的API供用户使用，整个平台具有良好的开放性和