CN103796163A - 一种接收信号强度排序指纹的室内定位方法 - Google Patents

Abstract

一种接收信号强度排序指纹的室内定位方法，属于无线定位领域，首先确定遍布整个定位区域的采样点个数；遍历采样点，在每个采样点处检测得到k个无线接入点AP的信号强度的RSSI值，并进行排列得到RSSI序列，每个RSSI对应一个MAC地址，RSSI序列和MAC地址共同构成采样点位置指纹；将采样点的坐标和位置指纹保存到指纹数据库中；在未知位置处扫描AP，获取未知位置C处的位置指纹，将位置C的位置指纹中的MAC地址序列和指纹库中所有采样点的位置指纹中的MAC地址序列进行匹配；匹配一致的采样点所对应的地理坐标作为未知位置C的当前位置。本发明把不同AP的RSSI的相对次序作为指纹，避免了由于不同无线终端扫描RSSI绝对值不同而导致的定位误差。

Description

一种接收信号强度排序指纹的室内定位方法

技术领域

本发明涉及无线定位领域，尤其涉及一种适用于异构终端的WiFi室内定位方法。

背景技术

近年来，随着移动互联网的迅速发展，数据和多媒体业务快速增加，人们对于室内定位的需求日益增加。城市生活中，实现低成本、高精度的室内定位，具有重要的现实意义：在超级商场，通过获得消费者个人位置信息和目标商品位置信息，可以进行路线指引，实现智能导购；在突发灾难现场，通过室内定位，可以引导救援人员快速解救被困人员；在医院，对于病人、医生及医疗设备的定位监管，有利于实现效率提升。

目前应用较多的GPS卫星定位仅在相对地域较空旷、高层建筑不多、云层阻挡不大的地方才能实现精准定位。当GPS的接收机在高楼相当密集的城市或者室内运行时，由于信号强度受到建筑物、墙壁、其他物体的影响而大大衰减，导致定位精度受到影响甚至不能够完成定位过程。

近年来，无线局域网（WiFi）技术已被广泛应用于各个领域，WiFi网络的接入点遍布于大型商厦、咖啡馆、学校、大型医院、公交站、地铁站等场所。通过WiFi技术来进行定位，可以弥补GPS在高层建筑较多或者室内障碍物较多的限制，提高现有WiFi网络的利用率，此外也能降低定位所需的部署成本。

目前，国内外已有很多基于WiFi的定位系统，如Ekahau公司研发的WiFi网络的实时定位技术，能够提供大楼、楼层甚至房间级别的定位精确度。优频科技公司是我国最早的WiFi实时定位服务系统的提供商之一，其开发的定位系统采用比对移动轨迹、对信号进行修正等方法来达到降低干扰带来的定位误差。

目前国内外的WiFi定位厂商大多采用指纹定位方法，一般的Wi-Fi指纹是指在某个位置从多个WiFi无线接入点（AP）接收到的信号强度（RSSI）。实施定位之前，需要先对待定位区域进行指纹采样建立完善的指纹数据库。实际进行定位时，定位算法根据实测得到的信号强度值（该信号指纹）与位置指纹数据库中的信号强度值（信号指纹）进行比较，最接近的信号指纹所在的采样点被认为是用户的当前位置。

采用接收信号强度的室内定位技术中，由于不同类型WiFi/移动终端的软、硬件差异，当接入相同的WiFi AP时，其接收信号强度可能不同而导致定位误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是不同终端接入相同AP时，RSSI差异所导致的定位误差，用以提高定位精度。

本发明的基本原理为：终端接入相同AP时，虽然不同类型终端扫描到AP的RSSI绝对值不同，但对每个终端而言，扫描到的这些AP的RSSI值的大小顺序基本一致。

本发明提供的室内定位方法如图1，具体实现步骤如下：

步骤（1）：首先确定遍布整个定位区域的采样点个数；

步骤（2）：使用具备WiFi功能的终端在第m个采样点处检测得到k个无线接入点AP的信号强度的RSSI值，即RSSI₁,RSSI₂,...,RSSI_k；

步骤（3）：对测量得到的k个RSSI值进行升序排序或者降序排列，得到第m个采样点对应的RSSI序列I_m，即I_m=[RSSI_i,...,RSSI_j]^T，其中，i、j∈[1，...，k]；

步骤（4）：每个RSSI对应一个MAC地址ID，RSSI序列和每个RSSI对应的MAC地址共同构成采样点位置指纹FP，其中第m个采样点的位置指纹 ${\mathrm{FP}}_m={\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{RSSI}}_i& ...& {\mathrm{RSSI}}_j\\ {\mathrm{ID}}_i& ...& {\mathrm{ID}}_j\end{array}\right]}^T,$ ID_i表示RSSI_i对应的MAC地址；

步骤（5）：记录第m个采样点的坐标FP_m(x,y)，并将第m个采样点的坐标FP_m(x,y)和该采样点的位置指纹FP_m保存到指纹数据库中；

步骤（6）：重复步骤（2）到步骤（5），直到遍历采样区域内所有采样点，建立采样区域完整的指纹数据库；

步骤（7）：采用支持WiFi功能的终端设备，在未知位置C处扫描AP，记下扫描到的k个AP的RSSI值，并按照步骤（3）、（4）获得未知位置C处的位置指纹，即得到位置C处RSSI序列以及每个RSSI对应的MAC地址；

步骤（8）：将位置C的位置指纹中的MAC地址序列和指纹库中所有采样点的位置指纹中的MAC地址序列进行匹配；

步骤（9）：将匹配一致的采样点所对应的地理坐标作为未知位置C的当前位置。

有益效果

本发明定义的指纹不同于一般的仅限RSSI绝对大小的指纹，而主要是基于RSSI排序序列和AP MAC组成的广义指纹。与一般采用接收信号强度RSSI绝对值作为指纹相比，本发明的优点在于：把不同AP的RSSI的相对次序作为指纹，避免了由于不同无线终端扫描RSSI绝对值不同，而导致的定位误差。

附图说明

图1RSSI排序指纹的室内定位流程图。

图2室内定位采样点设置平面图：

其中，·表示采样点的位置。

具体实施方式

以一个长宽均为5米的室内房间，且存在5个无线接入点AP覆盖的环境为例，说明本发明提供的室内定位方法的具体实施步骤：

步骤（1），首先根据该房间的平面图，建立直角坐标系，将原点标记为第一个采样点，记为参考点1（0,0），之后每隔一米建立一个采样点，以此类推，则遍布该平面图共标记了36个采样点，即36个参考点，如图2所示；

步骤（2），当具备WiFi功能的终端在参考点1（0,0）时，可以扫描到5个访问节点AP，此时WiFi终端设备在采样点处可以检测到AP1～AP5的接收信号强度值RSSI，即-66，-73，-100，-90，-80，单位：dBm；

步骤（3），终端对测量的5个RSSI值进行排序，排序后的次序表示为[-66，-73，-80，-90，-100]^T；也可以采用降序方式；

步骤（4），5个RSSI值-66，-73，-100，-90，-80对应的MAC地址分别为ID₁，ID₂，ID₃，ID₄，ID₅；则参考点1的指纹表示为 ${\mathrm{FP}}_1={\left[\begin{array}{c}-66,-73,-80,-90,-100\\ {\mathrm{ID}}_1,{\mathrm{ID}}_2,{\mathrm{ID}}_5,{\mathrm{ID}}_4,{\mathrm{ID}}_3\end{array}\right]}^T;$

步骤（5），WiFi终端记录参考点1的坐标FP₁(0,0)，并将采集到的该位置指纹 ${\mathrm{FP}}_1={\left[\begin{array}{c}-66,-73,-80,-90,-100\\ {\mathrm{ID}}_1,{\mathrm{ID}}_2,{\mathrm{ID}}_5,{\mathrm{ID}}_4,{\mathrm{ID}}_3\end{array}\right]}^T$ 和采样点地理坐标FP₁(0,0)，保存到指纹数据库中，完成参考点1的指纹采样；

步骤（6）：重复步骤（2）到步骤（5），直到遍历采样区域内36个采样点，建立采样区域完整的指纹数据库，并将指纹数据库上传到后台服务器中；

步骤（7），采用支持WiFi功能的终端在未知位置C处扫描AP1～AP5，记下扫描到各个AP的RSSI值，即-70，-75，-104，-95，-82，以及对应的MAC地址[ID1，ID2，ID3，ID4，ID5]，然后采用与步骤3中相同的排序方式进行排序，得到当前位置处的指纹： ${\mathrm{FP}}_c={\left[\begin{array}{c}-70,-75,-82,-95,-104\\ \mathrm{ID}1,\mathrm{ID}2,\mathrm{ID}5,\mathrm{ID}4,\mathrm{ID}3\end{array}\right]}^T;$

步骤（8），终端自行下载后台服务器指纹库，将位置C的位置指纹中的MAC地址序列[ID₁，ID₂，ID₅，ID₄，ID₃]与当前服务器指纹库中36个采样点的位置指纹中的MAC地址序列进行指纹匹配；

步骤（9），将与指纹FP_c排序一致的指纹采样点FP₁所对应的地理坐标FP₁(0,0)作为未知位置C的当前位置。

Claims (1)

1.一种接收信号强度排序指纹的室内定位方法，其特征在于，包括以下实现步骤：

步骤（1）：首先确定遍布整个定位区域的采样点个数；

步骤（2）：使用具备WiFi功能的终端在第m个采样点处检测得到k个无线接入点AP的信号强度的RSSI值，即RSSI₁,RSSI₂,...,RSSI_k；

步骤（3）：对测量得到的k个RSSI值进行升序排序或者降序排列，得到第m个采样点对应的RSSI序列I_m，即I_m=[RSSI_i,...,RSSI_j]^T，其中，i、j∈[1，...，k]；

步骤（4）：每个RSSI对应一个MAC地址ID，RSSI序列和每个RSSI对应的MAC地址共同构成采样点位置指纹FP，其中第m个采样点的位置指纹 ${\mathrm{FP}}_m={\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{RSSI}}_i& ...& {\mathrm{RSSI}}_j\\ {\mathrm{ID}}_i& ...& {\mathrm{ID}}_j\end{array}\right]}^T,$ ID_i表示RSSI_i对应的MAC地址；

步骤（5）：记录第m个采样点的坐标FP_m(x,y)，并将第m个采样点的坐标FP_m(x,y)和该采样点的位置指纹FP_m保存到指纹数据库中；

步骤（6）：重复步骤（2）到步骤（5），直到遍历采样区域内所有采样点，建立采样区域完整的指纹数据库；

步骤（7）：采用支持WiFi功能的终端设备，在未知位置C处扫描AP，记下扫描到的k个AP的RSSI值，并按照步骤（3）、（4）获得未知位置C处的位置指纹，即得到位置C处RSSI序列以及每个RSSI对应的MAC地址；

步骤（8）：将位置C的位置指纹中的MAC地址序列和指纹库中所有采样点的位置指纹中的MAC地址序列进行匹配；

步骤（9）：将匹配一致的采样点所对应的地理坐标作为未知位置C的当前位置。

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