無(wú)線局域網(wǎng)中基于信號(hào)強(qiáng)度的室內(nèi)定位

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為了都市生活的一部分，如今無(wú)論是網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上訂餐或是網(wǎng)上約車都已經(jīng)變?yōu)榱顺B(tài)化。在這一系列的變化中我們應(yīng)當(dāng)知道的是這一切的改變都離不開(kāi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的助力。除了無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，我們對(duì)于定位系統(tǒng)的依賴也越來(lái)越嚴(yán)重，無(wú)論是GPRS汽車導(dǎo)航還是網(wǎng)上訂餐和約車我們都需要用到定位系統(tǒng)。但是我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性通常較低，為了改變這一問(wèn)題各國(guó)都開(kāi)始利用無(wú)線局域網(wǎng)與定位系統(tǒng)相結(jié)合，給予無(wú)線局域網(wǎng)的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)對(duì)信號(hào)接收設(shè)備進(jìn)行定位，這樣的技術(shù)大大提高了室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：無(wú)線局域網(wǎng) 信號(hào)強(qiáng)度 定位

中圖分類號(hào)：TN925.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0037-01

定位系統(tǒng)隨著智能手機(jī)的普及與我們的生活距離越來(lái)越近，尤其是我們目前經(jīng)常使用的網(wǎng)上訂餐和網(wǎng)上約車系統(tǒng)都需要定位系統(tǒng)的支持。我們目前使用的定位系統(tǒng)大多是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)也就是GPRS，這種定位系統(tǒng)是通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)來(lái)對(duì)我們的位置進(jìn)行定位的，這種技術(shù)在我們生活領(lǐng)域?qū)嶋H上已經(jīng)有很長(zhǎng)的時(shí)間了，不過(guò)其雖然能夠?yàn)槲覀兲峁┒ㄎ?，但是其?zhǔn)確性卻受到了很多方面的制約，尤其是在大廈林立的都市中GPRS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)常會(huì)被建筑物阻擋造成定位不準(zhǔn)甚至是無(wú)法定位的情況，尤其是GPRS在室內(nèi)定位的效果就更是差強(qiáng)人意了，在這樣的情況下給予無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)強(qiáng)度的室內(nèi)定位成為了一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，并且至今已經(jīng)取得了一定的成就，今天筆者就和大家來(lái)談一談關(guān)于無(wú)線局域網(wǎng)中局域信號(hào)強(qiáng)度的室內(nèi)定位。

1 室內(nèi)定位系統(tǒng)的發(fā)展

室內(nèi)定位系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)當(dāng)追溯到二十世紀(jì)的九十年代末，當(dāng)時(shí)由于人們逐漸的發(fā)現(xiàn)GPRS在室內(nèi)的定位準(zhǔn)確性較低且受到的影響因素較多，于是科學(xué)家們就開(kāi)始對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)了研究，在這期間有過(guò)很多較為優(yōu)秀的室內(nèi)定位系統(tǒng)，例如Active Badges項(xiàng)目和改進(jìn)后的Active Bats都是具有代表性的室內(nèi)定位系統(tǒng)，除此之外，微軟還研究出了Easy Living項(xiàng)目，還有名噪一時(shí)的Georgia Tech項(xiàng)目，這些室內(nèi)定位技術(shù)的出現(xiàn)可謂是“江山一時(shí)多少豪杰”，這些室內(nèi)定位技術(shù)很多都能十分精確的進(jìn)行室內(nèi)定位，其準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GPRS系統(tǒng)，但是其本身卻都有一個(gè)致命的局限性，那就是這些室內(nèi)定位技術(shù)都需要專門(mén)的定位工具才能使用，并且其維護(hù)費(fèi)用很高昂，而系統(tǒng)的布置卻又過(guò)于復(fù)雜，這使得這些室內(nèi)定位系統(tǒng)都注定無(wú)法被普及。在室內(nèi)定位系統(tǒng)一直在研發(fā)的時(shí)候，無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)也正在悄然興起。

2 基于信號(hào)強(qiáng)度的無(wú)線局域網(wǎng)定位技術(shù)

2.1 室內(nèi)無(wú)線局域網(wǎng)的定位方法

室內(nèi)局域網(wǎng)由于其局域網(wǎng)覆蓋的廣度通常都在100米左右，或者說(shuō)每一個(gè)AP的覆蓋距離不會(huì)超過(guò)100米，在這樣的情況下，網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的時(shí)間是極為短暫的，其電波從發(fā)送到接受所需要的時(shí)間趨近于零，在這樣的情況下TOA與TDOA這兩種信號(hào)傳輸距離對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位的技術(shù)是無(wú)法被應(yīng)用的。不過(guò)我們都知道在室內(nèi)是有墻壁等會(huì)對(duì)信號(hào)起到發(fā)散作用的障礙物的，這種障礙物會(huì)對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的信號(hào)造成影響，使其無(wú)法較為通常的進(jìn)行傳播，這就使得接受信號(hào)的設(shè)備實(shí)際上是在信號(hào)已經(jīng)發(fā)生了多次分散之后才能接收到，這種分散會(huì)使得信號(hào)發(fā)生失真效應(yīng)。所以在這樣的情況下基于到達(dá)角度測(cè)距的AOA技術(shù)也無(wú)法在室內(nèi)定位當(dāng)中起到明顯的作用。

2.2 室內(nèi)無(wú)線信號(hào)模型的建立

無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)在視距傳播過(guò)程中，它的路徑損耗與T-R距離成對(duì)數(shù)關(guān)系。但是室內(nèi)無(wú)線型號(hào)的傳播方式與視距傳播是有所不同的，在室內(nèi)墻壁等設(shè)施都會(huì)成為無(wú)線型號(hào)的障礙物，無(wú)線型號(hào)穿過(guò)這些信號(hào)物就會(huì)對(duì)其信號(hào)強(qiáng)度造成衰減，其中對(duì)信號(hào)衰減最強(qiáng)的就是墻壁。加之，無(wú)線信號(hào)衰減的速度也是不一樣的，其余信號(hào)發(fā)射點(diǎn)的距離決定了其衰減的速度，離信號(hào)發(fā)射點(diǎn)越緊其衰減的程度也就越小，因此在室內(nèi)建立無(wú)線信號(hào)數(shù)學(xué)模型的方式是很難精準(zhǔn)計(jì)算目標(biāo)位置的。

2.3 建立經(jīng)驗(yàn)值數(shù)據(jù)庫(kù)

無(wú)線信號(hào)在室內(nèi)的使用過(guò)程中，存在一定的不確定性，用戶發(fā)射出的信號(hào)和接收設(shè)備的距離并不是確定的，因此無(wú)法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)其模擬運(yùn)算。如果我們想要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行較為精準(zhǔn)的計(jì)算就必須通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)室內(nèi)進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安裝的時(shí)候我們應(yīng)當(dāng)對(duì)信號(hào)圖事先進(jìn)行繪制，將室內(nèi)存在的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行連接和統(tǒng)計(jì)，對(duì)于每個(gè)接受設(shè)備的位置和其功率也要進(jìn)行確定才能夠根據(jù)用戶發(fā)射信號(hào)的時(shí)間和方向進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)的收錄工作。

2.4 信號(hào)強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)值與估計(jì)的融合

建立經(jīng)驗(yàn)值數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效定位的辦法雖然是一個(gè)最為精準(zhǔn)的方式，但是我們也應(yīng)該清楚地了解到在我們實(shí)際的生活當(dāng)中，我們是無(wú)法耗費(fèi)如此大的資源對(duì)于每個(gè)移動(dòng)用戶進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)值數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，我們無(wú)法想象如果為每個(gè)用戶都進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)值數(shù)據(jù)庫(kù)的建立需要耗費(fèi)多么龐大的資源。因此我們必須采用一種耗費(fèi)資源較小且同樣能夠在一定程度上較為精準(zhǔn)對(duì)用戶進(jìn)行定位的方式，盡管這樣可能會(huì)損失一定的精準(zhǔn)性但是卻無(wú)傷大雅。最終我們采用了估計(jì)值數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)用戶進(jìn)行定位計(jì)算，雖然這樣的精準(zhǔn)性略微下降但是結(jié)果的準(zhǔn)確性還是能夠得到一定保證的。估計(jì)至數(shù)據(jù)庫(kù)的工作了較小，我們可以采取對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)值與實(shí)際估計(jì)值二者進(jìn)行融合進(jìn)行較為綜合的考慮。

3 結(jié)語(yǔ)

利用基于無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)為用戶提供定位服務(wù)，這應(yīng)當(dāng)說(shuō)是目前除了GPRS之外最為適用且方便的一種定位方式，目前很多智能機(jī)也開(kāi)始對(duì)這種定位服務(wù)進(jìn)行支持。相信在無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越普及的未來(lái)，這種基于無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)的定位服務(wù)的前景應(yīng)該會(huì)越來(lái)越美好。

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收稿日期：2016-08-21

作者簡(jiǎn)介：任建（1973—），男，四川瀘州人，大專，畢業(yè)于太原經(jīng)貿(mào)學(xué)院，程序員（助理），現(xiàn)就職于山西焦煤集團(tuán)屯蘭礦。