胡嘉捷

摘 要：文章以WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)為研究對象，采用理論結(jié)合實際的方法，從數(shù)據(jù)庫中獲得RSSI序列，將之與指紋庫的信息進行比對，最終獲得了定位終端的位置，同時總結(jié)了定位系統(tǒng)的缺陷以及未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位；無線局域網(wǎng)；非參數(shù)化定位

隨著無線局域網(wǎng)的發(fā)展和成熟，WLAN為人們提供了快速介入互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)終端接入位置的信息。通過分析位置信息的及時性的強烈需求，對軍事醫(yī)療等領(lǐng)域的定位服務(wù)給予準確的位置信息，將各國研發(fā)的全球定位系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等運用到商業(yè)領(lǐng)域中。其中的室內(nèi)定位系統(tǒng)就是具有精確終端定位技術(shù)的無線定位技術(shù)，不僅實現(xiàn)了人們在室內(nèi)的AP接入，還實現(xiàn)了無線局域網(wǎng)自身的定位，為基于WLAN的室內(nèi)定位提供了硬件基礎(chǔ)。

1 無線定位技術(shù)說明

WLAN技術(shù)發(fā)展循序，讓網(wǎng)絡(luò)的運行擺脫了線路的束縛，在不添加硬件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位，文章提供了幾種常見的無線定位技術(shù)，并進行了對比，如表1所示。

通過網(wǎng)絡(luò)的無線定位，物體在坐標系中的坐標被物體應(yīng)用在導(dǎo)航技術(shù)上，能夠幫助物體通過引導(dǎo)順利達到目標位置。第二，通過對物體位置的獲取，能夠及時地獲取物體的實時移動軌跡。運用圖形化的方式為用戶呈現(xiàn)直觀的物體的位置。通過物體增值服務(wù)的開發(fā)獲取關(guān)于物體位置的增值服務(wù)，得到廣域定位的短距離定位，最終用于室外定位，獲得紅外線等短距離定位的方式[1]。

室內(nèi)環(huán)境由于空間相對封閉，因此信號的覆蓋范圍非常有限，不同的建筑物，包括室內(nèi)的布置，建筑材料以及布局的結(jié)構(gòu)等都會有很大的環(huán)境差異，當接收端收到的信號受到建筑物的阻礙發(fā)生信號損耗，則信號的覆蓋范圍可能受到影響，出現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)信號分布不均的情況[2]。

2 室內(nèi)環(huán)境下無線信道的特性

無線信號在室內(nèi)進行傳播的時候往往受到眾多因素的干擾，包括電磁波顏射、建筑內(nèi)部的干擾、室內(nèi)環(huán)境中的大型金屬物等，所有這些都會對WLAN無線信號的接收產(chǎn)生干擾，如表2所示。室內(nèi)的無線電波的傳輸，受到建筑材料、結(jié)構(gòu)以及布局的影響，衰減的程度會發(fā)生不同。通過對障礙物穿過的WLAN信號的衰減情況的分析，可以得到隔墻衰減因子的數(shù)值。

3 常見的室內(nèi)定位方法

3.1 基于紅外線的定位方法

這是采用紅外線發(fā)射器和光學(xué)接收器進行發(fā)射，產(chǎn)生位于微波和可見光之間的電磁波，將定位系統(tǒng)中的位置固定在紅外線的發(fā)射器上，采用定位精度較高的紅外線系統(tǒng)進行定位，沿著直線傳播紅外線，定位中會產(chǎn)生很多的盲點，衰減紅外線在空氣中的傳播，將紅外線在空氣中的傳播采用短距離定位的方法，最終造成一定程度的干擾，對精準度產(chǎn)生影響[3]。

3.2 基于超聲波的定位方法

這是采用固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)3種介質(zhì)進行傳播的方法，隨著環(huán)境溫度的升高，超聲波的耐性好，使用TDOA的方法進行定位，優(yōu)勢在于定位的精度較高，單個器件的結(jié)構(gòu)簡單，室內(nèi)的多徑效應(yīng)嚴重，衰減較為明顯，定位的范圍會產(chǎn)生波速的變化，通過大量硬件設(shè)備的鋪設(shè)，會產(chǎn)生較高的系統(tǒng)成本。

3.3 基于超寬帶的室內(nèi)定位技術(shù)

這種技術(shù)采用高速無線數(shù)據(jù)進行短程無線通信，UWB定位技術(shù)擁有的定位準確度較高，但是由于現(xiàn)行的協(xié)議標準不成熟，因此應(yīng)用的范圍不夠廣泛。

3.4 藍牙定位系統(tǒng)

這是對設(shè)備通信進行短距離無線電的點到點通信，與WLAN的技術(shù)協(xié)議相同，室內(nèi)安裝藍牙局域網(wǎng)進行接入點的連接，可以搭配出多用戶的連接模式，獲得用戶的實時位置信息。

3.5 基于WLAN基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線通信技術(shù)

目前在很多場合中得到廣泛的應(yīng)用，除了通過WLAN接入Internet之外，WLAN還為人們進行室內(nèi)的定位提供了多硬件的基礎(chǔ)，如智能手機等為代表的室內(nèi)定位技術(shù)。

無線定位隨著中間介質(zhì)的不同，呈現(xiàn)出無線信號的強度衰減的特性，隨著傳播逐漸變小而發(fā)生了波動，當AP和客戶端的位置固定不變，接收到的AP信號強度會發(fā)生小幅度的變化。

目前基于WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)做得較為成功的就是由微軟公司開發(fā)的系統(tǒng)，這是一種建立在WiFi技術(shù)基礎(chǔ)上的定位跟蹤系統(tǒng)。

4 基于WLAN的室內(nèi)定位模型

基于室內(nèi)定位分類的方法采用最多的是建立在位置感知定位技術(shù)基礎(chǔ)上的三角關(guān)系的定位，這種關(guān)系是因位置干技術(shù)為基準進行了3個方面的分類：一類是三角關(guān)系，一類是臨近關(guān)系，一類為場景分析。

室內(nèi)定位技術(shù)在傳感器類型的分類上，可以分為基于RFID系統(tǒng)的定位，基于UWB的定位，基與超聲波系統(tǒng)的定位以及基于遠紅外線和藍牙系統(tǒng)的定位。

指紋定位方法在定位精度方面的限制因素，在某種程度上可以采用多徑效應(yīng)引起的信號的畸變，解決特殊環(huán)境下的路徑損耗模型的誤差，使得室內(nèi)定位區(qū)域無線信號的數(shù)據(jù)，得到認真的分析，包括室內(nèi)環(huán)境中光纜開關(guān)的狀態(tài)、信號接收端的改變，接收信號的強度變化等。

5 WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)的設(shè)計

定位系統(tǒng)的設(shè)計方法主要有兩種，一種是建立信號傳播距離損耗模型的方法，這種方法的優(yōu)勢在于對衰減進行精確的模型的計量，一種是基于RSSI位置指紋的定位方法，這種信號傳播損耗模型的建立，是具有較高的定位標準精度的，而且不必考慮多線信號的多種效應(yīng)的影響，采用RSSI位置指紋的定位方法獲得現(xiàn)有WLAN網(wǎng)絡(luò)中需要添加的硬件設(shè)備。

制作室內(nèi)環(huán)境的縮略圖，使用位置拓撲圖的方法，強化采樣時的可視化管理。利用室內(nèi)環(huán)境進行AP位置的部署，配置好AP和AC，無線局域網(wǎng)通過AP上網(wǎng)，也可以對室外周邊的無線信號進行掃描，形成具有AP信號強度的AP信號強度序列。

這種定位方法定位精度取決于離線時所建立的指紋庫，采樣點在位置視圖中的擺放位置需要合理規(guī)劃，同時需要存儲大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，信號傳播損耗模型無需建立離線階段的指紋庫，定位精度應(yīng)當盡可能符合實際，位置部署也盡量覆蓋室內(nèi)的各個區(qū)域。

6 結(jié)語

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基本已經(jīng)在全球廣泛部署，并由于其部署的靈活性和便捷性受到國內(nèi)外用戶的歡迎以及專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。無線定位技術(shù)也由最初的參數(shù)化定位方法向非參數(shù)化定位方法過渡，而且非參數(shù)化定位對信號的傳播環(huán)境沒有特殊要求，在室內(nèi)領(lǐng)域的定位精度更高，使得利用其進行室內(nèi)定位成為可能。