WiFi定位的应用和实现

摘要：WiFi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。通过WiFi连接的电子设备，摆脱了有线的束缚，所以，Wi-Fi逐渐成为各种电子设备的基本连接方式。

关键词：Wi-Fi；无线传输；室内定位

中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 17-0000-01

The Application and Implementation of WiFi Positioning

Xiao Jianfei

(Software College of Minjiang University,Fuzhou350001,China)

Abstract:WiFi is a way to personal computers,handheld devices(eg PDA,mobile phones)and other terminals to wireless technology to connect to each other.Electronic devices connected via WiFi,free from the shackles of cable,so,Wi-Fi has become all the basic connection of electronic devices.

Keywords:Wi-Fi;Wireless transmission;Indoor positioning

前言：目标位置的信息，在各种场合中发挥越来越重要的作用。在室外大范围场景中，基于GPS的定位技术，已经得到了广泛的应用。GPS定位在室外精度还可以，通过算法修正可以达到比较高的精度。但到了室内，一是室内遮挡物对信号的影响，另外室内定位的精度要求要比室外高，因此GPS无法满足室内定位的需求。近年来，室内定位发展非常快，先后出现了很多的定位技术，例如：红外线定位、WiFi定位、RFID定位、超声波定位等等。

超声波定位系统可用于一定范围的无接触定位，定位精度可达1cm。但由于超声波的传播受环境影响较大，且需要高昂的设备投入，故不适合在大众室内环境中使用。

红外线定位技术只适合于短距离传播，且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，所以该定位技术在定位范围和定位精确上有很大的局限性。

RFID定位技术对环境的要求和受到环境的影响都很小，且定位精度较高，传输范围大，同时还能从定位目标中读取有关该对象的大量信息，近年来，RFID定位技术得到了很大的发展。但是，RFID定位也需要一定的设备成本，因此，在应用上也受到一定的限制。

WiFi定位就是利用WLAN（无线局域网）技术，在可以实现无线接入的同时，实现定位功能。他最大的优势是可以利用现有WLAN网络，如果被定位的物体自带无线功能，就直接使用进行定位了，不需要再额外投入任何设备。且近年来，WLAN发展得非常迅速，电信运营商也在大力推广室外WiFi热点，通过这些热点信息，采用Wifi定位技术，就可以很好的实现室内和室外定位的无线融合，因此，基于WiFi的定位必将得到广泛的应用。

一、Wi-Fi的基本概念

Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。WiFi是一个无线网路通信技术的品牌，由WiFi联盟（WiFi Alliance）所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。现时基本上把WiFi及IEEE 802.11混为一谈，把WiFi等同于无线网际网路。

二、WiFi的技术优势

随着IEEE802.11技术的成熟，WiFi在世界各地的普及，其覆盖面越来越广。虽然WiFi并不是为定位而设计的，但是接入热点（AP）或基站定期发送的信标信号中所含的接收信号强度（RSS）信息为定位提供了可能性。较之现行的定位技术，WiFi定位具有如下优势：（1）室内外定位均可，为实现无处不在的定位提供了可能。（2）仅依赖现有的WiFi网络，不需要进行任何环境的改动，使用成本低。（3）WiFi信号受非视距影响小，即使在有障碍物阻挡的情况下也能使用。

三、WiFi定位的实现原理

基于WiFi的定位，基本都是利用RSS，通过三角形算法或位置指纹识别算法。三角形算法利用待测目标到至少三个已知参考点的距离信息来估计目标位置，而位置指纹识别则通过比较定位所需的信号特征指纹信息获取目标位置。在这两种算法中，三角形算法的定位精度要低于位置指纹算法，但是，随着WiFi热点数量的增加，三角形算法的精度会有所提高。在同样的热点数量情况下，位置指纹识别的定位精度要远远高于基于三角形算法的WiFi定位，且由于基于位置指纹识别的无线定位并不需要知道AP的位置及准确的信道模型，因此不管在具体实施上还是定位性能上，其较之基于三角形算法的定位都具有较大的优越性，本文定位的实现就是基于位置指纹识别算法。

四、位置指纹识别算法

位置指纹识别就是先按一定的选点规则，选取特征点，然后把这些特征点上所获取到的所有AP的RSS值保存起来，在需要定位时，先获取当前位置的所有AP的RSS值，然后和预存储的特征信息进行比较，通过一定的算法，获取与其最接近的特征信息来作为本次定位的位置。其定位过程主要分为训练和定位两个阶段。

（一）训练阶段

本阶段目标在于建立一个位置指纹识别数据库。首先，选择合理的参考点分布，确保能为定位阶段的准确位置估计提供足够的信息。接着依次在各个参考点上测量来自不同AP的RSS值，将相应的MAC地址与参考点的位置信息记录在数据库中，直至遍历关注区域内所有的参考点。由于受环境影响，无线信号强度并不稳定，为了克服RSS不稳定对定位的影响，通常在每个参考点上多次测量取平均值保存到数据库。

（二）定位阶段

给定数据库后，依据最近邻法将待测点上接收的AP RSS与数据库中的已有数据进行比较，计算位置估计值。假定待测点接收的RSS观测值为x=[x1，x2，x3，...，xn]，其中n代表待测点上检测到的不同AP数，数据库中的已有记录为Xi=[X1，X2，...XNi]，i [1，NT]，NT为数据库中的记录数；Ni代表第i条记录中存储的不同AP数，则NN算法可以表示成下数形式：

其中Xik表示是ωi个点的第k个AP值。以上式为判别函数，其最终的决策规则为：

如果 则决策X∈ωj

也就是对所有实测的RSS值（共N＝∑Ni）进行N次距离运算，然后以最小距离者作为最终的定位坐标。

五、应用场景

在当前快节奏的社会坏境中，产品的推出速度急剧加快，如何把产品的优势在尽可能短的时间内告诉给客户呢？通过参加各种展览，现场给客户讲解演示，是最有效的方法之一。但是，在展览的时候，客户蜂拥而至，而企业的讲解员又有限，如何去解决这个矛盾，通过著者所设计的电子讲解系统即可轻松简单的解决这个矛盾。系统先把企业展示地点的位置信息保存在系统数据库中，同时把企业产品的讲解资料和位置进行对应，当客户使用移动设备进入到所设定的区域时，设备自动播放产品讲解信息，在讲解信息中，客户还可以进行互动操作，这样，极大加深了客户对产品的印象，为产品的销售打下牢固的基础。

参考文献：

[1]Duvallet F,Tews A D.WiFi position estimation in indestral environments using Gaussian processes[C].Proc of IEEE RSJ,2008,2216-2221

[2]BinghaoLi,lshrat J Quader,Andrew G Dempster.On outdoor positioning with WiFi[J].Journal of Global Positioning Systems,2008,7(1):18-26