以AP为中心的企业级Wi-Fi室内定位系统的研究与部署

发布时间：2020-09-26 16:20

　　随着无线网络技术的发展以及移动智能终端的普及,各种移动互联网应用如雨后春笋般进入人们的日常生活。为了满足人们日益增长的基于位置服务的需求,许多科研人员致力于研究在不同的环境中(特别是室内环境)提供更准确的位置估计,越来越多的无线通信技术也被应用到了室内定位的研究当中。其中利用Wi-Fi实现室内定位系统以其实现简单、部署成本低、扩展性强等优点,成为室内定位领域的研究热点。针对企业级部署的应用场景,本文提出了一种以AP为中心的Wi-Fi室内定位系统。该系统充分利用现有企业级Wi-Fi网络架构,无需额外的硬件设备,部署成本低,扩展性强;定位过程无需Wi-Fi连接、无需安装特定软件,集多目标感知定位与用户主动定位于一体。本文的研究对Wi-Fi室内定位技术实用化做了积极探索。论文的主要工作如下:(1)本文从无线通信理论及IEEE 802.11协议层面对常用于Wi-Fi定位的两种信号特征,RSSI与CSI,进行了深入的分析,并通过实验对Wi-Fi信号特征进行提取与对比。针对企业级部署的应用场景,最终选择从AP端嗅探与解析Probe Request帧提取RSSI作为本系统的定位数据源。(2)本文针对企业级部署场景下的大样本指纹匹配问题,对传统的指纹建立过程及指纹匹配算法进行了改进,使其在定位时效性与定位准确度方面的性能得到了提升。首先本文通过分区域分表建立指纹数据库以及使用K-Means算法对指纹表进行聚类划分,减少了指纹匹配算法的搜索空间,从而提升了算法的时间效率。然后针对传统WKNN算法进行改进,引入AP序列匹配度的计算,进一步消除了由较远参考点引入而带来的定位误差。最后针对大规模部署的指纹更新过程耗时耗力问题,提出了一种基于聚类的指纹局部更新算法。(3)结合文章的理论分析与定位算法改进,本文实现了以AP为中心的室内定位系统,并将其部署于学校科研楼B座2楼部分区域。最后通过系统实验验证分析了本系统多目标感知定位与用户主动定位的效果与性能。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN92
【部分图文】：

原理图,定位系统,原理图,无线信号

电子科技大学硕士学位论文8图 2-1 室内定位系统原理图2.2.1 几何映射该类算法是将无线信号中提取的信号强度、信道状态信息、传播时延等物理特征通过计算映射为目标的距离、方位等位置信息，从而间接确定定位目标的大致空间位置。具体的位置解算算法如下：（1）基于距离的室内定位技术无线信号的强度随着传播距离的增加而逐渐衰减，接收端与信号发送端距离越近，信号强度越强，反之信号强度越弱。因此，可以根据无线信号的的强度值信息和相应的无线信号衰落模型估算出收发端之间的距离。理论上，无线电磁波在自由空间中即无障碍物遮挡、无多径干扰的传播空间中传播时，信号强度随着传播距离变化的衰减情况符合式(2-1)所示模型[22]： ( ) =( )(2-1)式中，为无线信号的发射功率，为信号发送端的天线增益。相应地，为接收天线的信号增益，表示信号波长，表示与传播无关的系统损耗因子。上述模型在一定程度上反映了接收信号强度衰减情况与各因素之间的关系。但在实际环境中

定位原理,无线信号

电子科技大学硕士学位论文的 Wi-Fi 无线网卡要获取精确的无线信号传播时间更是几乎不可能。到TimeDifferenceofArrival，TDOA）算法则是对 TOA 算法的一种改进算利用无线信号的到达时间来计算距离，而是通过测量信号到达多个参差来确定设备之间的距离[24]。其定位原理如图 2-3 所示。

阵列天线

图 2-4 阵列天线法的核心原理是：以噪声子空间与信号子空间的进行参数估计。如图 2-4 所示，由 M 个天线组成角为的入射信号时，相邻天线之间的相位差，则其导向矢量及接收信号表达如式(2-6)、(2-7)，高斯噪声:α( ) = [1, Φ( ), … , Φ( ) ] ( ) = [ ( ), ( ), … , ( )] = α( ) ( ) + (效应的影响，无线信号将通过不同的路径以不同设有 n 种入射信号，则天线的接收信号即式(2-7)可 ( ) = [ ( ), ( ), … , ( )] = ∑ α( ) ( ) + ( ) = ( ) + ( )1 2 M-1 M

【参考文献】