基于位置指紋算法的Android平臺WiFi定位系統(tǒng)

　　近年來，隨著城域無線基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，熱點(AP)的覆蓋率大幅度提高，由于定位服務(wù)需求的增加以及WiFi應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，WiFi定位成為一種有效的定位方式。GPS衛(wèi)星定位是最主要的定位方式，它需要在相對空曠、高層建筑不密集的地方獲得較準(zhǔn)確的定位，當(dāng)人們處在室內(nèi)或高樓林立的市區(qū)，定位精度明顯降低甚至不能定位。此時，利用無處不在的WiFi網(wǎng)絡(luò)將能夠彌補(bǔ)GPS定位的不足。目前大多數(shù)的WiFi無線定位算法主要為：基于到達(dá)時間、到達(dá)角度、到達(dá)時間差的模型定位及基于接受信號強(qiáng)度(RSSI)的位置指紋定位算法，由于位置指紋算法的無線定位方式不需要已知AP的位置信息及準(zhǔn)確的信道模型，該算法在定位性能以及可用性上具有更大的優(yōu)勢。因此，本文首先設(shè)計了整體的系統(tǒng)框架，通過研究分析了該算法目前存在的問題，提出了改進(jìn)方案，并在Android平臺上實現(xiàn)完整的定位系統(tǒng)。

　　1系統(tǒng)整體設(shè)計

　　本系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)是在Android智能終端上實現(xiàn)實時WiFi定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括客戶端、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及定位服務(wù)器。為了使定位過程和服務(wù)器通信過程相對獨立，分別設(shè)置了專門用于定位的AP熱點和客戶端與服務(wù)器之間的通信AP熱點，可有效降低系統(tǒng)環(huán)境搭建的初期成本。本方案的系統(tǒng)框架如圖1所示。其中的通信AP熱點需要與局域網(wǎng)相連，保證定位區(qū)域內(nèi)WiFi信號良好，確保數(shù)據(jù)傳輸及處理的及時性。客戶端和服務(wù)器端通過TCP連接實現(xiàn)可靠傳輸。

　　圖1系統(tǒng)框架圖

　　2系統(tǒng)實現(xiàn)

　　2.1客戶端模塊設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器(c/s)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，客戶端的定位過程主要包括WiFi無線信號掃描、數(shù)據(jù)傳輸、界面顯示等，該過程的流程圖如圖2所示。

　　圖2客戶端定位模塊流程圖

　　WiFi信號掃描是利用Android API提供的WiFiManager類實現(xiàn)。首先，判斷WiFi是否開啟;其次取得WiFiManager及WmInf0對象，通過startScan()、getScanResuits()等方法開始掃描并得到掃描結(jié)果mScanResult;最后，將數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器端進(jìn)行定位計算。Android平臺為用戶提供豐富的界面顯示控件，本設(shè)計使用ListView顯示服務(wù)器返回的定位位置信息。

　　2.2服務(wù)器端模塊設(shè)計

　　服務(wù)器端首先需要不斷監(jiān)聽指定端口，當(dāng)監(jiān)聽到客戶端的請求時，創(chuàng)建新進(jìn)程，該進(jìn)程負(fù)責(zé)處理客戶端的請求，其處理過程如圖3所示。監(jiān)聽數(shù)據(jù)，如果接收到該數(shù)據(jù)，則進(jìn)行CRC校驗并結(jié)束鏈接幀，根據(jù)請求內(nèi)容查詢數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行定位運(yùn)算，最后返回定位結(jié)果，通過數(shù)據(jù)傳輸反饋給客戶端界面顯示定位信息。

　　圖3服務(wù)器端流程圖

　　3定位算法設(shè)計

　　在室內(nèi)或室外環(huán)境下，由于信號傳播途中受地形、障礙物的影響和人體的阻擋，將引起無線信號的折射、衍射等多徑傳播、多址傳播，以不同的時間到達(dá)終端，造成傳播信號在幅度、頻率和相位上的改變。其使得在同一位置，不同時間采集到的RSS值很不確定，即使在同一時間相同位置使用不同的定位設(shè)備采集到的RSS大小也會不同，會影響定位的精確性，無線信號傳播的衰減模型難以良好地表征距離和信號強(qiáng)度間的映射關(guān)系。因此本文采用基于位置指紋的定位算法，同時針對造成定位誤差的主要原因，提出了改進(jìn)的定位算法以提高定位魯棒性。