室內(nèi)被動定位項目方案建議書

1、-. z.室被動定位市場需求案例1：系統(tǒng)的基本設(shè)想是利用AP檢測周圍的打開wifi的wifi設(shè)備（主要是智能手機）的信號，從而得到這些設(shè)備的MAC地址和wifi 信號強度等信息。統(tǒng)計這些信息，并根據(jù)信號強度可以計算出粗略的用戶位置。這些信息對于線下商場等商務(wù)場合統(tǒng)計用戶信息，挖掘潛力用戶是很有價值的；另一類是馬路邊統(tǒng)計車流。案例2：主流技術(shù)手段及已有項目積累對于室定位而言，確定性定位算法和概率性定位算法是兩個主要的室定位算法。確定性定位算法一般是基于TOA、TDOA、角度類信息來計算目標位置，這類方法多用于UWB（抗多徑能力強）、超聲波系統(tǒng)（時間要求精度低）。概率性算法一般基于RSSI構(gòu)建的指

2、紋庫搜索定位或RSSI反推傳播距離，這類算法定位精度低，多用于wifi、藍牙等系統(tǒng)。解決方案及系統(tǒng)架構(gòu)考慮到本項目的應(yīng)用目的，建議采用基于wifi/藍牙的指紋定位方法，一方面不需要定制終端，直接利用手機自帶的wifi模塊或藍牙模塊即可完成定位；另一方面考慮到被動定位的需求，可以不再終端上安裝任何軟件，只在網(wǎng)絡(luò)側(cè)完成定位。下面對該定位方案及系統(tǒng)處理流程詳述?；诘乩碇讣y的室被動定位所有的WiFi終端有兩種方式可以獲取周圍的無線網(wǎng)絡(luò)：一種是被動掃描，移動終端通過監(jiān)聽周圍AP發(fā)送的Beacon（信標幀），該幀提供了AP及RSS信息；另一種是主動掃描，移動終端主動發(fā)送一個探測請求幀（Probe Req

3、uest幀），通過收到探測響應(yīng)幀（Probe Response）獲取網(wǎng)絡(luò)信號。本方案利用移動終端主動掃描接入AP時，AP被動接受其RSS來完成被動定位。研究發(fā)現(xiàn)，移動終端發(fā)出的探測請求幀里面包含有MAC地址，監(jiān)聽由移動終端發(fā)出的探測請求幀（Probe Request幀），提取其中的MAC地址、時間戳、RSS。基于以上分析，本方案提供一種被動定位數(shù)據(jù)采集方法，移動終端MT（mobile terminal）具有WiFi模塊，利用移動端在WiFi打開時，會發(fā)出掃描信號，通過室部署的AP檢測掃描信號，捕獲移動終端MT的信號強度RSS，交由服務(wù)器在已經(jīng)體現(xiàn)訓(xùn)練好的指紋數(shù)據(jù)庫中進行匹配搜索，完成室被動定位

4、。方案示意圖：本方案提供一種新型的獲取RSS技術(shù)來監(jiān)督無線終端。在獲取RSS值時，移動終端并未和接入點設(shè)備，在移動終端僅僅打開WiFi功能，即可實現(xiàn)移動終端的RSS捕獲。被動定位系統(tǒng)處理流程：構(gòu)建地理指紋數(shù)據(jù)庫：離線階段在室各個參考點處，檢測移動終端的RSS離散值，每個AP獲取的RSS組成一個向量，同時計算在一段時間每個AP上RSS值對應(yīng)的先驗概率。這些概率值和RSS組成一個矩陣離線地圖（地理指紋數(shù)據(jù)庫）。預(yù)先標定每個參考點位置坐標，建立各AP端捕獲移動終端接收信號強度矩陣（ REF _Ref434167799 h * MERGEFORMAT 表 1），一段時間，每個AP共獲取n個RSS值，并

5、在統(tǒng)計后獲得各個RSS值對應(yīng)的先驗概率矩陣（ REF _Ref434168102 h * MERGEFORMAT 表 2）；表 SEQ 表 * ARABIC 1*參考點RSS矩陣AP1AP2APm時間點1RSS11RSS21RSSm12RSS12RSS22RSSm2n-1nRSS1nRSSmn表 SEQ 表 * ARABIC 2*參考點RSS先驗概率矩陣RSSj1RSSj2RSSjnAP1P11P12P1n2m-1mPmn注：構(gòu)建以上兩個矩陣時進行向量預(yù)處理，將不滿足閾值的值剔除閾值：接收信號強度：；先驗概率：在線定位：通過先驗概率最近鄰”算法與指紋庫里每個參考點的RSS值做匹配運算，取出差別

6、最小的前K個參考點，利用選出的參考點的坐標取平均值，得到最終定位結(jié)果。KNN算法：根據(jù)移動終端在測試點處RSS值、參考點RSS值和先驗概率，計算測試點與參考點的歐氏距離（公式 GOTOBUTTON ZEqnNum558923 * MERGEFORMAT REF ZEqnNum558923 * Charformat ! * MERGEFORMAT (1)），提取歐氏距離最短的前K個參考點，求其坐標的平均值作為測試點的定位坐標 MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic

7、* MERGEFORMAT 1)其中，表示移動終端在測試點處第j個AP接收的信號強度，共m個AP；表示第j個AP的RSS平均值。定位算法之前簡單起見，以KNN算法為例，介紹了整個定位流程，此處重點介紹P-KNN算法。RSS統(tǒng)計分布并不是服從高斯分布，大部分是偏左，這是因為室條件下移動終端與AP間的視距條件，在惡劣情況下，甚至產(chǎn)生嚴重的2峰值。P-KNN：將離線階段每個RSS值得先驗概率運用到計算歐氏距離中（如公式 GOTOBUTTON ZEqnNum203909 * MERGEFORMAT REF ZEqnNum203909 * Charformat ! * MERGEFORMAT (2)）

8、MACROBUTTON MTPlaceRef * MERGEFORMAT SEQ MTEqn h * MERGEFORMAT ( SEQ MTEqn c * Arabic * MERGEFORMAT 2)提取歐氏距離最短的前K個參考點，作為地理指紋數(shù)據(jù)庫中的參考點與測試點差別最小的K個參考點。被動定位系統(tǒng)建設(shè)手機與AP建立連接的過程：移動終端與AP建立連接的過程包括以下幾個步驟：終端在全部13個信道發(fā)送探測請求Probe request。AP在收到請求之后做響應(yīng)應(yīng)答Probe response。終端通過選擇應(yīng)答數(shù)據(jù)包號最強的AP連接。終端發(fā)送身份認證信息。AP認可了終端的認證信息并注冊，建立連

9、接。AP不廣播SSID，移動終端是無法知道要向哪個信道去發(fā)送連接請求的，所以這時候移動終端會向全部13個信道發(fā)送探測請求，直到收到AP的應(yīng)答，然后就能進行后面的連接過程了。手機探測請求幀的結(jié)構(gòu)：RSSI信號強度獲取最上層是Ethernet幀格式。前面12字節(jié)分別是目標MAC地址以及源MAC地址。Type字段可以為0*0800，代表后面的數(shù)據(jù)是IP包；當Ethernet幀要在無線網(wǎng)絡(luò)上傳輸時，必須先將其轉(zhuǎn)換為LLC幀，如中間一層所示。這種轉(zhuǎn)換方法由RFC 1042規(guī)定。它主要在MAC headers和Type之間增加了4個字段。它們統(tǒng)稱為SNAP header；最下層是無線局域網(wǎng)中的幀，網(wǎng)卡添加

10、在802.11 MAC頭部前的數(shù)據(jù)，記錄了信號強度、噪聲強度和傳輸速率等物理層信息。找到probe Request幀：找到時間戳和MAC地址注（iOS8使用隨機mac發(fā)送probe-request）路由器獲得探測請求幀”的設(shè)備改造使用開源AP通過裝有openwrt的wifi設(shè)備可以獲取到的主要指標就是周圍處于打開狀態(tài)的wifi設(shè)備的MAC地址和這些設(shè)備的wifi信號強度。原理是通過抓取monitor模式的無線網(wǎng)卡的MAC層的管理包。即可分辨出這些設(shè)備的MAC和信號強度。使用到的程序包括iw,iwcap,iwinfo,getmac.sh,getclient.sh等五個程序。所有的這五個程序都是運行在Openwrt平臺上的，前三個程序是C程序，后兩個是簡單的shell script程序。前兩個是系統(tǒng)支持的工具，后三個是我們自主完成的程序。表 SEQ 表 * ARABIC 3 Openwrt所加載的程序程序作用iw輔助完成openWRT系統(tǒng)的網(wǎng)卡的管理，創(chuàng)建一個monitor模式的網(wǎng)卡iwinfo獲取已連到當前AP的wifi設(shè)備列表及設(shè)備的MAC和信號強度iwcap抓取特定的prorequest數(shù)據(jù)包，并且截取這個包中的源MAC地址信息和信號強度數(shù)據(jù)。經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)格式的處理后用TCP協(xié)議發(fā)送到指定的服務(wù)器的程序（也是一個TCP客戶端）getmac.shiwcap程序會調(diào)用這個腳本，獲