基于WINCE平臺下園區(qū)內(nèi)WIFI定位可靠性的研究與實(shí)現(xiàn)

魯 曉，曾連蓀

（上海海事大學(xué) 信息工程學(xué)院，上海 210306）

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平普遍提高，人們的消費(fèi)觀念也發(fā)生了很大的變化，從滿足于物質(zhì)生活轉(zhuǎn)為追求身心的健康和享樂，旅游就是大家備受推崇的方式。

傳統(tǒng)的旅游過程中，一方面導(dǎo)游人員需要充分了解景區(qū)，還要根據(jù)不同游客的需求，為游客提供有針對的服務(wù)；另一方面人工導(dǎo)游費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高，人員素質(zhì)也不盡相同，這就導(dǎo)致為旅游提供的服務(wù)質(zhì)量大打折扣。

所謂的智能導(dǎo)游系統(tǒng)應(yīng)該有智能性，每到一個(gè)新景點(diǎn)，就能知道游客的方位，從而為游客自動進(jìn)行景區(qū)講解。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)智能引導(dǎo)功能，比如電子地圖功能和路徑導(dǎo)航功能。這也是未來電子導(dǎo)游的發(fā)展趨勢。電子導(dǎo)游系統(tǒng)在國內(nèi)外已經(jīng)有了相應(yīng)的產(chǎn)品，大都是基于GPS技術(shù)的電子導(dǎo)游系統(tǒng)。

隨著無線接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，802.11無線局域網(wǎng)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展和普及，基于無線AP（Access Point）的局域網(wǎng)技術(shù)也有了快速的推廣，文中提出一種WINCE平臺下基于WIFI的園區(qū)內(nèi)定位方案，并提出了保證定位可靠性的算法。

1 解決方案

1.1 AP識別原理及過程

在使用任何網(wǎng)絡(luò)之前，首先必須找到網(wǎng)絡(luò)的存在。對于無線網(wǎng)絡(luò)，移動終端在進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)之前必須要對周圍網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行識別工作。移動終端有兩種方式可以獲取周圍的無線網(wǎng)絡(luò)信息：分別是主動掃描和被動掃描。主動掃描是指移動終端在掃描的同時(shí)主動發(fā)送Probe Request幀，通過收到Probe Response幀獲取網(wǎng)絡(luò)信號；被動掃描是指移動終端通過偵聽AP定期發(fā)送的Beacon幀發(fā)現(xiàn)周圍的無線網(wǎng)絡(luò)，從而獲取周圍的無線網(wǎng)絡(luò)信息[1]。文中采用被動掃描的方式，主要基于節(jié)省電量，同時(shí)還能滿足應(yīng)用需要。AP識別過程如圖1所示。

圖1 AP識別過程Fig.1 Ap identification process

1.2 識別準(zhǔn)確性決策

移動終端移動的過程中，無線AP會出現(xiàn)信號強(qiáng)度衰減現(xiàn)象。終端移動中，隨著距離的增加，AP1的信號強(qiáng)度逐漸衰減，當(dāng)衰減到一定程度時(shí)，區(qū)域里兩AP信號強(qiáng)度劇烈變化，終端就會在兩個(gè)AP間來回切換，產(chǎn)生所謂的“乒乓效應(yīng)”，由此產(chǎn)生定位的不穩(wěn)定性和不準(zhǔn)確性[2]。閾值判決策略的基本思路：設(shè)置移動終端判決時(shí)無線AP信號強(qiáng)度的最低界限值，當(dāng)移動終端與當(dāng)前關(guān)聯(lián)的無線AP的信號強(qiáng)度小于此判決值時(shí)，那么終端與新的無線AP進(jìn)行關(guān)聯(lián)，閾值的大小可以根據(jù)實(shí)際情況獲取[3]。此策略既能保證定位的精確性和穩(wěn)定性，同時(shí)又能避免因AP間頻繁的判決，導(dǎo)致耗費(fèi)系統(tǒng)資源。具體如圖2所示。

圖2 無線終端在AP間切換過程Fig.2 Wireless terminal in the AP switch between process

在整個(gè)識別準(zhǔn)確性決策中，首先進(jìn)行掃描使得移動終端獲取周圍無線AP的列表信息，對于信號強(qiáng)度低于一定值的AP（RSSI低于-90 dbm）可以直接忽略；其次對于大于-65 dbm的無線AP可以利用取其信號最強(qiáng)作為判決依據(jù)；而當(dāng)移動終端處于-65 dbm至-90 dbm時(shí)，預(yù)先設(shè)定最大掃描次數(shù)參數(shù)MaxScanNumber和判決觸發(fā)參數(shù)DecisionNumber，用于決策時(shí)的判定準(zhǔn)則，對于獲取的無線AP信號的RSSI進(jìn)行一次均值計(jì)算得到RssiAverage，結(jié)合掃描的次數(shù)，對每次掃描計(jì)算出無線AP信號強(qiáng)度的平均值再求其均值，以此作為判決當(dāng)前AP可靠性的閾值RssiAll。這一參數(shù)反映出當(dāng)前環(huán)境中AP信號強(qiáng)度的好壞，作為對當(dāng)前AP判決的基本要求；此外，移動終端在移動的過程中無線環(huán)境發(fā)生變化，而這一閾值實(shí)時(shí)調(diào)整，利用確保對當(dāng)前AP判決的準(zhǔn)確性[4]。

文中準(zhǔn)確性決策方案中，需要設(shè)定判決決策門限，還有2個(gè)計(jì)數(shù)器：掃描計(jì)數(shù)器和判決觸發(fā)計(jì)數(shù)器。每次掃描都會觸發(fā)掃描計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，若當(dāng)前無線AP的信號強(qiáng)度小于判決門限，移動終端并不進(jìn)行判決，而是觸發(fā)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，間隔一段時(shí)間再次監(jiān)測AP信號強(qiáng)度[5]。在MaxScanNumber范圍內(nèi)，如果當(dāng)前AP的信號強(qiáng)度低于此閾值的次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的參數(shù)DecisionNumber，那么就認(rèn)為當(dāng)前AP的信號強(qiáng)度有持續(xù)衰減的趨勢，就判決移動終端進(jìn)入另一個(gè)園區(qū)。判決過程如圖3所示。

判決過程的算法過程如下：

1）掃描并更新AP列表信息，掃描計(jì)數(shù)器加一；

2）忽略低于一定信號強(qiáng)度的AP信息，并求出單次掃描AP信號強(qiáng)度的平均值RssiAverage，然后存儲；

圖3 判決過程Fig.3 Decision process

3）根據(jù)掃描次數(shù)求出每次掃描得到的RssiAverage的均值，作為決策門限值；

4）若當(dāng)前無線AP的信號強(qiáng)度RSSI小于決策門限值時(shí)，決策計(jì)數(shù)器加一；

5）判決次數(shù)器計(jì)數(shù)次數(shù)等于DecisionNumber時(shí)，跳出掃描，開始執(zhí)行判決，若不足則執(zhí)行下一步；

6）比對掃描計(jì)數(shù)器，若掃描次數(shù)等于MaxScanNumber，歸零，結(jié)束掃描，不執(zhí)行判決，否則等待一段時(shí)間后跳轉(zhuǎn)至1）。

通過以上過程，選出信號強(qiáng)度最好的無線AP，同時(shí)保證了園區(qū)內(nèi)定位的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.3 具體實(shí)施過程

本方案基于具有WIFI的WINCE6.0平臺，運(yùn)用visual studio開發(fā)工具，具體實(shí)施如下：

1）獲取信號的SSID及其RSSI

2）根據(jù)決策算法，選取最優(yōu)信號方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為充分體現(xiàn)本方案的優(yōu)越性，對本方案和傳統(tǒng)方案進(jìn)行了比較。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)組建一個(gè)小型的局域網(wǎng)，手持移動終端在兩個(gè)AP重疊覆蓋范圍內(nèi)來回移動，這樣使得終端不斷的掃描無線信號強(qiáng)度，在不同的方案下測試判決的準(zhǔn)確性和可靠性。圖4給出了兩組數(shù)據(jù)的比較。從實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果看，本方案確實(shí)優(yōu)于一般方案。

3 結(jié)束語

文中在傳統(tǒng)的無線信號接入技術(shù)原理下，通過加入判別決策算法，使得在WINCE平臺下利用WIFI設(shè)備進(jìn)行園區(qū)定位的精度明顯提高[6]，同時(shí)利用WIFI設(shè)備可以為園區(qū)提供更加方便快捷的服務(wù)，為游客提供更加智能、人性化的導(dǎo)游。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Fig.4 Comparison of the experiment results

隨著智慧城市的推廣，城市熱點(diǎn)的普及與布設(shè)，利用攜帶wifi的移動終端可以為游客提供更好的服務(wù)；同時(shí)國家不斷的加快智慧旅游建設(shè)，希望本文能夠?qū)Υ似鸬揭欢ǖ慕梃b作用。

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