CN105223547B - 一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法，该方法包括以下步骤：步骤一，在待定位区域部署无线AP，并记录每个AP的坐标，形成AP表；步骤二，建立服务器端的无线指纹数据库；步骤三，对IOS设备进行接收信号强度扫描，并实时定位。该方法不仅能够解决IOS设备因没有信号强度扫描API接口，无法在Wifi环境中通过指纹技术定位的问题，而且它也适用于所有带有Wifi功能的移动设备，对于Wifi室内定位的应用推广具有重要意义。

Description

一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法

技术领域

本发明属于无线通信室内定位技术领域，具体涉及一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的发展以及移动智能终端的逐渐普及，基于位置服务(Location Based Service，LBS)的应用已经成为了社会生活的重要组成部分。在室外等无遮挡的环境中，移动终端容易利用GPS卫星信号和通信基站信号进行定位。然而在室内等复杂环境中由于遮挡等原因，移动终端无法接收GPS卫星信号即无法实现GPS信号的定位导航，通信基站信号定位误差往往在数十米到数百米之间，满足不了室内定位的要求。近年来，在GPS卫星信号无法穿透的室内环境中越来越多的Wifi热点得到部署，基于Wifi信号的定位使移动终端在室内无法进行定位和导航的难题迎刃而解。同时利用Wifi信号实现室内定位的技术越来越成熟，尤其以运行在基于android系统的移动终端上的Wifi信号强度指纹定位技术为主，逐渐得到了大规模的商业应用。这种算法需要通过android系统提供API接口扫描移动终端周边部署的AP(无线接入点)的Wifi信号强度数据，根据扫描的数据应用相应的算法计算出移动终端坐标，再在终端地图上进行坐标显示。在IOS系统中没有上述API接口，即无法在IOS设备上对移动终端周围部署的AP的WIfi信号强度进行扫描，所以基于Wifi信号强度指纹定位技术无法直接在IOS设备上实现。因此运行IOS系统的移动终端无法在室内环境利用Wifi信号进行定位导航。

发明内容

本发明的目的在于提供一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法，通过该方法成功地实现了IOS设备的室内定位和导航。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，在待定位区域部署无线AP，并记录每个AP的坐标，形成AP表；

步骤二，建立服务器端的无线指纹数据库；

步骤三，对IOS设备进行接收信号强度扫描，并实时定位。

所述步骤一具体为：

(1)在待定位区域部署无线AP，无线AP均匀的分布在待定位区域，铺设原理为：根据IOS设备无线信号的覆盖范围划分点位以使IOS设备广播的无线Wifi信号在待定位区域的任意一点处能够被不小于3个AP探测到；

(2)铺设完毕后，记录每个AP的坐标，将AP的mac地址和坐标，以MAC_ap，[X_ap，Y_ap]的形式存储在定位服务器中，记为AP表；

(3)为了提高定位精度，AP需要扫描到IOS设备在每一个无线信道上广播的Wifi信号强度数据。

所述步骤二具体为：

(1)在待定位区域中按照一定的距离间隔规划一系列的指纹采集点；

(2)对规划的每一个采集点进行无线指纹采集，将运行IOS系统的移动终端置于第i个采集点，坐标为(X_i，Y_i)，离地的高度为1.5米，t1时刻开始向定位服务器发起建库请求，此时部署在第i个采集点周边的n个AP将采集到运行IOS系统的移动终端的mac地址与信号强度RSSI_ios，连同AP本身的mac地址MAC_ap上传到定位服务器，到t2时刻结束，定位服务器将t1到t2时刻所有AP采集到的对于移动终端的信号强度按照第一步AP表中AP的MAC地址进行排序，并且在所有的指纹数据采集和实时定位中接收信号强度均按照该排序方式排列，同时对于某个AP上报的移动终端在t1到t2时间段内的信号强度如果具有多个值，则将多个信号强度求平均值，用平均值作为该AP在t1到t2时间段扫描到IOS设备的信号强度，最终形成“坐标+RSSI向量”的基本指纹单元：([X_i，Y_i]，([MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n]))，其中：[X_i，Y_i]表示第i个采集点的坐标，([MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n])是在第i个采集点，待定位区域里所有AP对应的MAC地址及各个AP扫描到移动终端的信号强度值，如果AP离IOS设备太远而没有扫描数据，则将对应的RSSI置0，上述步骤直到待定位区域的所有规划指纹采集点都采集完毕；

(3)将采集完毕的指纹数据写入数据库服务器中，记为指纹数据表。

所述步骤三具体为：

布置在待定位区域的所有AP不停地扫描环境中的所有IOS设备的mac地址和信号强度并以3秒的时间间隔按(MAC_ap，([MAC_ios1，RSSI₁]，[MAC_ios2，RSSI₂]……[MAC_iosn，RSSI_n]))的格式上报给定位服务器，定位服务器将收到的各个AP上报的扫描数据及收到的时间T以(MAC_ap，([MAC_ios1，RSSI₁，T]，[MAC_ios2，RSSI₂，T]……[MAC_iosn，RSSI_n，T]))的格式存储到内存中，同一个AP在下一个时间间隔上报的扫描数据，定位服务器收到后，针对同一个IOS设备，只更新其内存中对应的信号强度值和服务器接收时间，对于内存中不存在的IOS设备，则将设备的MAC地址、信号强度和服务器接收时间添加到内存中；

IOS设备在t1时刻向定位服务器发出定位请求，计算IOS设备位置的步骤如下：

(1)将从t1时刻往后倒退10秒的时刻记为t’时刻，定位服务器接收到定位请求后，从定位服务器的内存中查找从t’时刻到t1时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP的MAC地址及IOS设备的信号强度，以[MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n]的格式输出，同时按信号强度从高到低的方式进行排序，这里将排序后的数据命名为data，如果没有在内存找到t’时刻到t1时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP信息，则返回定位失败，在这里t’时刻的取值是一个反复实验得到的经验值；

(2)用data中第一个AP的mac地址去数据库的AP表中查找，看AP表中是否存在该mac地址，存在的话则进行下面一步，如果不存在，则用data中第二个AP的mac地址去AP表中查找，直到找到AP表中存在的AP的mac地址，进入下面一步，如果找不到则定位失败，在这里将找到的AP的mac地址标记为MAC_max；

(3)在指纹数据表中查找包含了AP的mac地址为MAC_max，并且对应的RSSI值不为0的所有指纹数据，将data中的每一项与查找出的数据逐一计算相关系数，将相关系数最大的前四个指纹数据中的x和y坐标分别求均值，得到坐标(Δx,Δy)，返回给请求定位的IOS设备；

(4)为了达到更好的用户体验，在IOS设备端将Wifi定位的IOS坐标(Δx,Δy)与加速度、方向等传感器数据进行融合、滤波处理后，再输出IOS设备的位置坐标(x，y)。

本发明的原理及有益效果为：

本发明提供一种针对IOS设备的集中式Wifi室内定位方法，由于IOS设备不能主动扫描部署在周围环境中AP(无线接入点)广播的Wifi信号的强度，所以本发明在AP端主动扫描IOS设备广播的Wifi信号强度信息，通过多个AP同时扫描同一个IOS设备的信号强度，得到信号强度向量并定时上报给定位服务器，再通过建立服务器端的Wifi信号强度指纹库与实时定位两个阶段完成一个完整的室内定位系统。该方法不仅能够解决IOS设备无法在Wifi环境中通过指纹技术定位的问题，而且它也适用于所有带有Wifi功能的移动设备，对于Wifi室内定位的应用推广具有重要意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例架构图；

图2为本发明实施例定位区域AP部署示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明的一种实施例，本发明IOS设备的Wifi室内定位方法的结构主要包括IOS设备、定位服务器、数据库服务器以及多个无线访问接入点。通过图1所示的架构方式，对IOS设备进行实时定位，其具体的步骤如下：步骤一，在待定位区域部署无线AP，并记录每个AP的坐标，形成AP表；

步骤二，建立服务器端的无线指纹数据库；

步骤三，对IOS设备进行接收信号强度扫描，并实时定位。

图2展示了步骤一中待定位区域AP部署示意图

图2为一个长大约为18米，宽大约12米，面积约两百平米左右的待定位区域，部署了三个AP，编号分别为AP1，AP2，AP3。当IOS设备进入待定位区域后，IOS设备广播的Wifi无线信号能同时被三个AP探测到。分别记录下3个AP的坐标，将每个AP的MAC地址和坐标以{MAC_i,(X_i,Y_i)}的形式存储在数据库服务器，记为AP表，如下表所示；

AP编号	MAC地址	坐标
			AP1	MAC1	(X1,Y1)
AP2	MAC2	(X2,Y2)
			AP3	MAC3	(X3,Y3)

步骤二，建立服务器端的无线指纹数据库

如图2，将待定位区域按3-4米的间隔，划分为了1-35个采集点，将采集点记为K_j，j＝1,2,3……，35，记录下每个采集点的坐标，得到(x₁，y₁)，(x₂，y₂)、……、(x₃₅，y₃₅)等35个坐标。

然后将IOS设备置于第1个采集点，在t1时刻，IOS设备向定位服务器发送建库请求，t2时刻通知定位服务器采集完毕。实施过程中t1与t2相差10秒，在10秒内，AP保证至少能够扫描到一次IOS设备的MAC地址和信号强度。假设在t1～t2时刻内，AP对IOS设备进行了N次无线指纹采集，则每个AP将N次采集到的信号强度求平均得到在t1～t2时刻内的信号强度；其中，在同一个采集点，同一个AP采集到IOS设备的MAC地址相同，但信号强度可以相同也可以不同；

最后将每个AP采集到IOS设备的MAC地址MAC_ios与信号强度RSSI_i，连同采集点K₁的坐标(x₁,y₁)和AP_i本身的MAC地址MAC_i上传到数据库服务器；

数据库服务器接收到采集点K₁上传的数据后，按照{(x₁,y₁),MAC_ios,[(MAC_i,RSSI_i)]}的指纹单元保存在数据库中，完成IOS设备在该采集点的无线指纹采集；

当下一个周期到来后，将IOS设备置于下一个采集点K₂进行无线指纹采集，重复上述步骤，直到IOS设备置于待定区域中的最后一个采集点，完成无线指纹采集，并将采集完的指纹数据存入到数据库服务器的指纹数据库表；

步骤三，实时定位

布置在待定位区域的所有AP不停地扫描环境中的所有IOS设备的mac地址和信号强度并以3秒的时间间隔按(MAC_ap，([MAC_ios1，RSSI₁]，[MAC_ios2，RSSI₂]……[MAC_iosn，RSSI_n]))的格式上报给定位服务器，定位服务器将收到的各个AP上报的扫描数据及收到的时间T以(MAC_ap，([MAC_ios1，RSSI₁，T]，[MAC_ios2，RSSI₂，T]……[MAC_iosn，RSSI_n，T]))的格式存储到内存中，同一个AP在下一个时间间隔上报的扫描数据，定位服务器收到后，针对同一个IOS设备，只更新其内存中对应的信号强度值和服务器接收时间，对于内存中不存在的IOS设备，则将设备的MAC地址、信号强度和服务器接收时间添加到内存中；

IOS设备在t1时刻向定位服务器发出定位请求，计算IOS设备位置的步骤如下：

(1)将从t1时刻往后倒退10秒的时刻记为t’时刻，定位服务器接收到定位请求后，从定位服务器的内存中查找从t’时刻到t1时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP的MAC地址及IOS设备的信号强度，以[MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n]的格式输出，同时按信号强度从高到低的方式进行排序，这里将排序后的数据命名为data，如果没有在内存找到t’时刻到t1时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP信息，则返回定位失败，在这里t’时刻的取值是一个反复实验得到的经验值；

(2)用data中第一个AP的mac地址去数据库的AP表中查找，看AP表中是否存在该mac地址，存在的话则进行下面一步，如果不存在，则用data中第二个AP的mac地址去AP表中查找，直到找到AP表中存在的AP的mac地址，进入下面一步，如果找不到则定位失败，在这里将找到的AP的mac地址标记为MAC_max；

(3)在指纹数据表中查找包含了AP的mac地址为MAC_max，并且对应的RSSI值不为0的所有指纹数据，将data中的每一项与查找出的数据逐一计算相关系数，将相关系数最大的前四个指纹数据中的x和y坐标分别求均值，得到坐标(Δx,Δy)，返回给请求定位的IOS设备；

(4)为了达到更好的用户体验，在IOS设备端将Wifi定位的IOS坐标(Δx,Δy)与加速度、方向等传感器数据进行融合、滤波处理后，再输出IOS设备的位置坐标(x，y)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，在待定位区域部署无线AP，并记录每个AP的坐标，形成AP表；

步骤二，建立服务器端的无线指纹数据库；

步骤三，对IOS设备进行接收信号强度扫描，并实时定位；

所述步骤一具体为：(1)在待定位区域部署无线AP，无线AP均匀的分布在待定位区域，铺设原理为：根据IOS设备无线信号的覆盖范围划分点位以使IOS设备广播的无线Wifi信号在待定位区域的任意一点处能够被不小于3个AP探测到；(2)铺设完毕后，记录每个AP的坐标，将AP的mac地址和坐标，以MAC_ap，[X_ap，Y_ap] 的形式存储在定位服务器中，记为AP表；(3)为了提高定位精度，AP需要扫描到IOS设备在每一个无线信道上广播的Wifi接收信号强度数据；

所述步骤二具体为：

(1)在待定位区域中按照一定的距离间隔规划一系列的指纹采集点；

(2)对规划的每一个采集点进行无线指纹采集，将运行IOS系统的移动终端置于第i个采集点，坐标为(X_i，Y_i)，离地的高度为1.5米，t1时刻开始向定位服务器发起建库请求，此时部署在第i个采集点周边的n个AP将采集到运行IOS系统的移动终端的mac地址与信号强度RSSI_ios，连同AP本身的mac地址MAC_ap上传到定位服务器，到t2时刻结束，定位服务器将t1到t2时刻所有AP采集到的对于移动终端的信号强度按照第一步AP表中AP的MAC地址进行排序，并且在所有的指纹数据采集和实时定位中接收信号强度均按照该排序方式排列，同时对于某个AP上报的移动终端在t1到t2时间段内的信号强度如果具有多个值，则将多个信号强度求平均值，用平均值作为该AP在t1到t2时间段扫描到IOS设备的信号强度，最终形成“坐标+RSSI向量”的基本指纹单元：([X_i，Y_i]，([MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n]))，其中：[X_i，Y_i]表示第i个采集点的坐标，([MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n])是在第i个采集点，待定位区域里所有AP对应的MAC地址及各个AP扫描到移动终端的信号强度值，如果AP离IOS设备太远而没有扫描数据，则将对应的RSSI置0，上述步骤直到待定位区域的所有规划指纹采集点都采集完毕；

(3)将采集完毕的指纹数据写入数据库服务器中，记为指纹数据表。

2.根据权利要求1所述的一种IOS设备的集中式Wifi室内定位方法，其特征在于，所述步骤三具体为：

布置在待定位区域的所有AP不停地扫描环境中的所有IOS设备的mac地址和信号强度并以3秒的时间间隔按(MAC_ap，([MAC_ios1，RSSI₁]，[MAC_ios2，RSSI₂]……[MAC_iosn，RSSI_n]))的格式上报给定位服务器，定位服务器将收到的各个AP上报的扫描数据及收到的时间T以(MAC_ap，([MAC_ios1，RSSI₁，T]，[MAC_ios2，RSSI₂，T]……[MAC_iosn，RSSI_n，T]))的格式存储到内存中，同一个AP在下一个时间间隔上报的扫描数据，定位服务器收到后，针对同一个IOS设备，只更新其内存中对应的信号强度值和服务器接收时间，对于内存中不存在的IOS设备，则将设备的MAC地址、信号强度和服务器接收时间添加到内存中；

IOS设备在t1时刻向定位服务器发出定位请求，计算IOS设备位置的步骤如下：

(1)将从t1时刻往后倒退10秒的时刻记为t’时刻，定位服务器接收到定位请求后，从定位服务器的内存中查找从t’时刻到t1时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP的MAC地址及IOS设备的信号强度，以[MAC_ap1，RSSI₁]，[MAC_ap2，RSSI₂]……[MAC_apn，RSSI_n]的格式输出，同时按信号强度从高到低的方式进行排序，这里将排序后的数据命名为data，如果没有在内存找到t’时刻到t1时刻之间扫描到了IOS设备数据的AP信息，则返回定位失败，在这里t’时刻的取值是一个反复实验得到的经验值；

(2)用data中第一个AP的mac地址去数据库的AP表中查找，看AP表中是否存在该mac地址，存在的话则进行下面一步，如果不存在，则用data中第二个AP的mac地址去AP表中查找，直到找到AP表中存在的AP的mac地址，进入下面一步，如果找不到则定位失败，在这里将找到的AP的mac地址标记为MAC_max；

(3)在指纹数据表中查找包含了AP的mac地址为MAC_max，并且对应的RSSI值不为0的所有指纹数据，将data中的每一项与查找出的数据逐一计算相关系数，将相关系数最大的前四个指纹数据中的x和y坐标分别求均值，得到坐标(Δx,Δy)，返回给请求定位的IOS设备；

(4)为了达到更好的用户体验，在IOS设备端将Wifi定位的IOS坐标(Δx,Δy)与加速度、方向等传感器数据进行融合、滤波处理后，再输出IOS设备的位置坐标(x，y)。