室内被动定位项目方案建议书

1、室内被动定位市场需求案例1:系统的基本设想是利用AP检测周围的打开wifi的wifi设备（主要是智能手机） 的信号，从而得到这些设备的MAC*址和wifi信号强度等信息。统计这些信息，并根据 信号强度可以计算出粗略的用户位置。 这些信息对于线下商场等商务场合统计用户信息，挖掘潜力用户是很有价值的；另一类是马路边统计车流。案例 2：主流技术手段及已有项目积累对于室内定位而言，确定性定位算法和概率性定位算法是两个主要的室内定位算法。确定性定位算法一般是基于TOA TDOA角度类信息来计算目标位置，这类方法多用于UWB抗多径能力强）、超声波系统（时间要求精度低）。概率性算法一般基于 RSSI构建 的

2、指纹库搜索定位或RSSI反推传播距离，这类算法定位精度低，多用于wifi、蓝牙等系 统。解决方案及系统架构考虑到本项目的应用目的，建议采用基于wifi/ 蓝牙的指纹定位方法，一方面不需要定制终端，直接利用手机自带的 wifi 模块或蓝牙模块即可完成定位；另一方面考虑到被动定位的需求，可以不再终端上安装任何软件，只在网络侧完成定位。下面对该定位方案及系统处理流程详述。基于地理指纹的室内被动定位所有的WiFi 终端有两种方式可以获取周围的无线网络：一种是被动扫描，移动终端通过监听周围AP发送的Beacon （信标帧），该帧提供了 AP及RSS信息；另一种是主动扫描， 移动终端主动发送一个探测请求帧

3、（Probe Request 帧） ， 通过收到探测响应帧（ProbeResponse）获取网络信号。本方案利用移动终端主动扫描接入AP时，AP被动接受其RSS来完成被动定位。研究发现，移动终端发出的探测请求帧里面包含有 MAC*址，监听由移动终端发出的 探测请求帧（Probe Request帧），提取其中的MACft址、时间戳、RSS基于以上分析， 本方案提供一种被动定位数据采集方法，移动终端MT （mobileterminal ）具有WiFi模块，利用移动端在 WiFi打开时，会发出扫描信号，通过室内部 署的AP检测扫描信号，捕获移动终端MT的信号强度RSS交由服务器在已经体现训练好 的指

4、纹数据库中进行匹配搜索，完成室内被动定位。方案示意图：本方案提供一种新型的获取RSSK术来监督无线终端。在获取RSSfi时，移动终端并 未和接入点设备链接，在移动终端仅仅打开 WiFi功能，即可实现移动终端的 RSS甫获。被动定位系统处理流程：1）构建地理指纹数据库：离线阶段在室内各个参考点处，检测移动终端的 RSS离散值，每个AP获取的RSSI& 成一个向量，同时计算在一段时间内每个 AP上RSSfi对应的先验概率。这些概率值和RSS 组成一个矩阵一一离线地图（地理指纹数据库）。预先标定每个参考点位置坐标，建立各AP端捕获移动终端接收信号强度矩阵（），一 段时间内，每个AP共获取n个RSSf

5、i,并在统计后获得各个 RSSfi对应的先验概率矩阵 （）；表1某参考点RSS矩阵AP1AP2APm时间点1RSS1RSSRSSi2RSS2RSS2RSS2n-1nRSSnRSSn表2某参考点RSS先验概率矩阵RSSRSSRSSAP1P11Pl2Pn2m-1mPmn注：构建以上两个矩阵时进行向量预处理，将不满足阈值的值剔除阈值：接收信号强度：90dBm RSS 1dBm;先验概率：3%2）在线定位：通过“先验概率最近邻”算法与指纹库里每个参考点的 RSSfi做匹配运算，取出差别 最小白前K个参考点,利用选出的参考点的坐标取平均值，得到最终定位结果。KNN#法：根据移动终端在测试点处 RSS值、

6、参考点RSSfi和先验概率，计算测试点 与参考点的欧氏距离（公式（1）,提取欧氏距离最短的前 K个参考点，求其坐标的平均 值作为测试点的定位坐标m 2D s JRSSt RSSj（1）、j其中，RS2表示移动终端在测试点处第j个AP接收的信号强度，共m个AR RSSj表示 第 j 个 AP的 RSSff-o定位算法之前简单起见，以KNNB法为例，介绍了整个定位流程，此处重点介绍P-KNNB法。RSSB计分布并不是服从高斯分布，大部分是偏左，这是因为室内条件下移动终端与AP间的视距条件，在恶劣情况下，甚至产生严重的2峰值。P-KNN将离线阶段每个RSSfi得先验概率运用到计算欧氏距离中（如公式

7、（2） m nD SPji RSSt RSSi（2）提取欧氏距离最短的前 K个参考点，作为地理指纹数据库中的参考点与测试点差别最小 的K个参考点。被动定位系统建设6.1 手机与AP建立连接的过程：移动终端与AP建立连接的过程包括以下几个步骤：1）终端在全部13个信道发送探测请求Probe request 。2） AP在收到请求之后做响应应答 Probe response 。3）终端通过选择应答数据包中信号最强的 AP连接。4）终端发送身份认证信息。5） AP认可了终端的认证信息并注册，建立连接。AP不广播SSID,移动终端是无法知道要向哪个信道去发送连接请求的，所以这时候 移动终端会向全部13

8、个信道发送探测请求，直到收到 AP的应答，然后就能进行后面的 连接过程了。手机探测请求帧的结构：RSSI信号强度获取最上层是Ethernet帧格式。前面12字节分别是目标 MA04址以及源MACM址。Type字段可以为0 x0800,代表后面的数据是IP包；当Ethernet帧要在无线网络上传输时，必须先将其转换为LLC帧，如中间一层所示。这种华换方法由RFC 1042a定。它主要在MAC headers和Type之间增加了 4 个字段。它们统称为SNAP header；最下层是无线局域网中的帧，网卡添加在MAC头部前的数据，记录了信号强度、噪声强度和传输速率等物理层信息。2）找至I prob

9、e Request 帧：3）找到时间戳和MAC!址注（iOS8 使用随机 mac发送 probe-request ）路由器获得“探测请求帧”的设备改造1）使用开源AP通过装有openwrt的wifi设备可以获取到的主要指标就是周围处于打开状态的 wifi 设备的MAC*址和这些设备的wifi信号强度。原理是通过抓取 monitor模式的无线网 卡的MACB的管理包。即可分辨出这些设备的 MAG口信号强度。使用到的程序包括iw,iwcap,iwinfo,等五个程序。所有的这五个程序都是运行在Openwrt平台上的,前三个程序是C程序，后两个是简单的shell script程序。前两个 是系统支持的工具，后三个是我们自主完成的程序。表3 Openwrt所加载的程序程序作用iw辅助完成openWR琮统的网卡的管理，创建 一个monitor模式的网卡iwinfo获取已连到当前AP的wifi设备列表及设备的 MACW信号强度iwcap抓取特定的prorequest数据包，并且截取这个包中的源MACfe址信息和信号强度数据。经过简单的数据格式的处理后用 TCP协议发送到指定的服务器的程序（也是一个TCP客户端）iwcap程序会调用这个脚本，获取本AP的MACS址调用iwin