一种基于WiFi的室内定位系统设计与实现[图]

一种基于WiFi的室内定位系统设计与实现[图]

1. 引言

位置信息在人们的日常生活中扮演着重要的作用。在郊外、展览馆、公园等陌生环境中，使用定位导航信息可为观众游览提供更便捷的服务；在仓储物流过程中，对物品进行实时定位跟踪将大大提高工作效率；在监狱环境中，及时准确地掌握相关人员的位置信息，有助于提高安全管理水平，简化监狱管理工作。

目前全球定位系统（ GPS , GlobalPositioning System）是获取室外环境位置信息的最常用方式。近年来，随着无线移动通信技术的快速发展，GPS 和蜂窝网络相结合的A-GPS（Assisted Global Positioning System）定位方式在紧急救援和各种基于位置服务（LBS,Location-Based Services）中逐渐得到了应用。但由于卫星信号容易受到各种障碍物遮挡，GPS/APGS 等卫星定位技术并不适用于室内或高楼林立的场合，目前无线室内定位技术迅速发展，已成为GPS 的有力补充。

一般来讲，使用无线信号强度获取目标位置信息的过程，就是建立无线信号强度和位置信息稳定映射关系的过程。现有室内无线定位系统主要采用红外、超声波、蓝牙、WiFi（Wireless Fidelity）、RFID（Radio FrequencyIdentification）等短距离无线技术。其中基于WiFi 网络的无线定位技术由于部署广泛且低成本较低，因此备受关注。其中由微软开发的RADAR 系统是最早的基于WiFi 网络的定位系统。它采用射频指纹匹配方法，从指纹库中查找最接近的K 个邻居，取它们坐标的平均作为坐标估计。而文献[5]介绍的室内定位系统则基于RSSI 信号的统计特性，采用贝叶斯公式，通过计算目标位置的后验概率分布，来进行定位。

本文同样基于WiFi 网络，设计和实现了一种无线室内定位系统，但与上述定位方法不同，本文采用了基于权值选择的定位算法，在一定程度上减少了RSS.信号随机变化引起的定位误差，实验结果表明，该系统可获得较好的定位精度（4 米）。

2. 系统设计

本系统可为移动终端客户在展馆、商场、校园等应用场景提供定位服务。鉴于移动终端受到计算能力、存储容量和电池电量等诸多限制，所以仅完成简单的信号采集工作，定位计算由定位服务端完成。

定位系统的架构体系如图1 所示。服务端主要负责定位计算和响应终端的定位请求。基于负载均衡考虑，响应位置请求的Web 服务器和运行定位计算的定位服务器分离，数据交换方式采用客户端和Web 服务器相同的数据交换方式。客户端依附于具体对象，主要负责采集周边AP 的无线信号强度，并向服务端提交信号特征，服务器使用客户端采集的信号特征进行定位计算，获得移动终端的位置估计。

客户端和服务端通信采用标准的HTTP协议，编程方便，可扩展性好，客户端程序功能可根据需要进行扩充。

图1 定位系统网络结构

图2 为本定位系统的信息交互流程图。移动终端向Web 服务器提交GET 请求，GET 请求中包含了信号强度特征向量，Web 服务器收到请求后，以同样的方式传达给定位服务器，定位服务器查询数据库，并进行相关的定位运算操作，从而得到移动终端的位置估计。

图2 移动终端与服务器间的信息交互3. 系统实现

3.1. 客户端设计

本系统客户端采用Android 系统手机。

Android 系统是Google 在2007 年发布的基于Linux 平台的开源手机操作系统。近年来，基于此平台的手机市场占有率不断提高，加上其良好的开放性和丰富的API 接口，可以很方便地开发各种应用程序。

3.1.1. Android 系统架构简介

Android 系统架构见图3,它建立于Linux内核之上，包含了各种设备驱动和管理模块，囊括了非常齐全的类库和框架，包括轻量级数据库SQLite、浏览器Webkit 等。整个系统建立在Dalvik 虚拟机上，应用程序使用Java 语言编写。Android 系统提供了丰富的框

架（活动管理、位置管理等）来管理系统的软、硬件资源，整合了常用的应用程序（联系人、电话本等），并开放了很全面的API 供用户使用，整个平台具有良好的开放性和扩展性。

图3 Android 系统架构图

3.1.2. Activity 生命周期

Android 系统上运行的应用程序一般包含一个或多个Activity,主要由活动管理器进行管理，Activity 是Android 系统分配和管理资源的基本单位。每个Activity 都有其对

应的生命周期（图4）。

图4 Activity 生命周期

onCreate（）方法在活动开始时调用，并依次调用onStart（）方法和onResume（）方法，Activity 处于运行状态，如有新活动启动，则调用onPause（），活动转入后台；如内存不足，活动进程则被关闭。退出程序则会依次调用onStop（）和onDestroy（）。

活动管理器对Activity 的管理体现在不同生命周期对以上几个方法的调用上，用户可根据自己的需要重载这几个方法。一般来讲，主程序类继承Activity 类，用户的功能代码在重载这些方法中实现。