物联网大作业

物联网定位技术大作业 题目题目基于基于 WIFIWIFI 的室内指纹定位技术的室内指纹定位技术 学院学院( (系部系部) )：：电子通信工程学院 专业：专业：物联网工程班级：班级：2015 级物联网 91 学生姓名：学生姓名：学号：学号： 成绩成绩：□优秀 □良好 □中等 □及格 □不及格（注：方框打√） 20172017 年年 1111月月 2323 日日 摘 要 随着无线定位技术的发展，人们对定位的需求也与日俱增。 目前 主流的三种定位技术 GPS、A．GPS、Google．M 印基本满足人们室外 定位的需求，然而它们在室内或地下场所中定位精度与速度不高， 无 法很好的满足室内或地下场所定位的需求。随着WlFl 技术的飞速发 展、WlFl 无线网络的室内覆盖越来越普及，使得基于WIFI 网络对移 动终端进行准确定位成为可能。基于 WIFl 网络的位置指纹定位技术 以其定位精度高、 实时性好、 扩展性强等优点越来越受到人们的重视， 目前已成为室内定位技术研究的热点。 首先，通过阅读大量相关的文献资料，对比分析了当前国内外 WIFI 室内指纹定位技术的研究现状。对其中涉及到的相关技术的原 理和特点进行介绍分析，包括 WIFI 无线通信技术，室内无线定位技 术以及位置指纹定位技术，并根据室内WIFI 指纹定位技术的特征对 定位过程中的影响因素进行分析。 其次，根据前面提到的定位过程中 的关键影响因素，介绍了对应的解决方案。分析与研究了几种典型的 指纹定位算法，包括最近邻法(SS)、K 近邻法(KNN)、K 加权近邻法 (WKNN)，并提出算法的改进方案，使用 MATLAB 软件进行算法的仿真 分析，寻求其中的最佳参数值以及定位性能差异。 通过分析几种算法 的性能仿真结果，拟定了基于最强 AP 法的改进算法作为定位系统采 纳的算法。 关键词关键词 ：WIFI；Android；指纹定位算法；定位系 目录目录 一、绪论 1 （1）研究背景与意义 1 1 研究背景 .1 2 研究意义 .2 （2）国内外研究现状 2 二、基于 W I F I 的室内指纹定位技术.4 （1）WIFI 无线通信技术4 1. WIFI 基本概念及技术标准 .4 2.WIFl 网络的组成及拓扑结构 .5 三、室内无线定位技术 7 （1）室内无线定位技术的分类 7 （2）室内无线定位技术的选择 10 四、位置指纹定位技术 12 （1）典型的在线匹配算法 12 结结 论论 .15 参考文献.16 一、一、 绪绪论论 （（1 1）研究背景与意义）研究背景与意义 1 1．研究背景．研究背景 随着移动通信、无线网络与普适计算等技术的突飞猛进， 人们对 获取位置感知服务的需求也日益增加， 这使得基于位置感知的计算与 服务在现实生活中发挥的作用越来越重要。 早期无线定位技术应用于 交通运输、医疗、公安追踪等领域。至 80 年代后期，伴随蜂窝网无 线通信、GPS、AGPS 等技术问世，无线通信进入了一个新时代，人 们对定位服务的需求也层出不穷， 越来越多的研究学者也关注无线定 位技术。美国联邦通信委员会在 1996 年强行制定了 E．911 法规，其 规定移动网络需为用户提供定位服务。 此后， 许多国家也效仿此规定。 至今 GPS、AGPS、Google Map 等定位技术在人们日常生活中都扮演 着重要的角色。IEEE 802.11协议发展至今己日益完善，WIFI 的应用 也更加普及， 基于 W1Fl 的 wLAN 广泛分布与家庭、 校园、 办公场所、 地下停车场与娱乐场所，智能手机、笔记本、Pad 等手持设备也均内 置了无线网卡。WlFI 网络中 AP 定期广播的信标信号中的 RSS 信息 使基于 WlFl 网络的位置指纹定位成为可能。目前基于 WIFl 的位置 指纹定位技术也成为学术界研究的热点，一些基于 WlFI 网络的定位 系统也相继出现，但目前各个 WIFI 位置指纹定位系统均只应用于某 一特定场所，还未有统一的标准。 1 2 2．研究意义．研究意义 WIFI 位置指纹定位技术是基于接收信号传播特性而进行定位的， 与传统 AI A与 Tl A定位技术相比，其无需额外添加设备来进行角度 测量与时间同步，且充分利用了已有 WlFI 无线网络，降低其使用成 本。其次，W1Fl 位置指纹定位技术与传统室内定位技术(如：视频信 号与红外定位)相比，其扩展性更强、应用范围更广。由于WlFl 信号 传输时受非视距、多径衰落等因素影响较小，故基于 wlFl 网络的指 纹定位系统稳定性较强， 而基于红外或视频信号定位技术在使用时较 易受限，比如：在阳光直射或荧光照射下基于红外技术定位的精度将 大大降低， 而基于视频信号的定位技术使用前提是移动终端必须在可 视条件下。在城市人口居住密集的今天， 由于室内与地下的无线基站 信号较弱，现有主流定位技术GPS、AGPS、Google M 印等在室内与 地下定位时均存在盲区，且定位精度不高，而 WIFI 位置指纹定位技 术可通过 WlFl 网络中的 AP 进行定位，避免了对无线基站网络的依 赖， 从而实现了地下或室内环境的准确高效定位， 其在地下室内商场、 停车场、物流等行业均具有潜在应用价值。 （（2 2）国内外研究现状）国内外研究现状 WLAN 无线局域网络标准于二十世纪末正式制定，之后它的应 用就变得非常广阔，涵盖多个领域，在无线通信领域被看作最有发展 前途的技术之一，利用广泛存在的 WIFI 网络，对室内定位目标进行 定位得到广泛认可。它有着非常好的发展前景，因此被很多研究者看 好，并随之诞生了不少可鉴的 WIFI 室内定位系统成果，较典型的有 2 Radar 系统、 HoruS 系统、 Nibble 系统与 Weyes系统等室内定位系统。 几种系统的主要特点如表 1-1 所示，其中，Radar、HourS 和 WeyeS 系统通过增加样本数量，然后再对样本取平均值或者中位数， 或者计 算出它们的概率分布， 以此来减小接收信号的不稳定性对数据样本准 确性的影响，从而解决无线网络环境的干扰问题。 面对复杂多样的无 线网络环境，Weyes系统则用差值模型建立信号空间，从而降低无线 局域网开放性带来的影响。这些解决措施所需要的采样样本数量大， 数据库的建立时阅长， 导致定位系统的可靠性以及易用性等方面受到 影响，加上需要特定的定位终端，加大了定位成本，因此目前还未能 应用于人们的生产生活当中，它们均只是一些原型试验系统。目前， 国内外还没有发现一个真正成熟的商用 WIFI 室内定位系统，基于 WIFI 网络对移动终端进行准确定位仍然存在一些需要深入研究并解 决的实际技术难题。 比较项 Radar Horus Nibble Weyes 型号覆盖计算位置 图模型 RSS 多元服务器 组 RSS 直方服务器 图缝补 概率分布服务器 算法 NNSS 精确度 2)个数据库矢量后， 给每个 数据库矢量对应的坐标乘上了一个加权系数。 加权的方法有很多，本 文研究的指纹定位采用下式进行位置估计。 Lqi 是定位点和指纹点之间的信号强度欧式距离。 假设在该楼层某一定位点处检测到三个AP 数据， 三个 AP 的标识 名为 A