CN111479232A - 一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内wifi定位系统 - Google Patents

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朱晗
陶佳伟
蒋进
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Abstract

本发明涉及一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WIFI定位系统，其特征在于：包括移动式智能终端设备、提供室内WIFI定位服务的定位服务器设备，和室内WIFI热点。定位服务器线下采集室内WIFI热点信号强度，并建立指纹数据库，线上为智能终端提供定位服务。智能终端扫描WIFI热点的信号强度、本地产生虚拟位置点，然后通过无线通信发送扫描的WIFI信号强度和与虚拟位置点相对应的虚拟WIFI信号强度给定位服务器，请求室内定位服务。本发明通过以虚拟位置点为载体，实现地理空间和WiFi信号空间的变换，设计了轻量级的保护隐私的室内WIFI定位系统，推动室内定位系统的落地实施，增强用户体验。

Description

一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WIFI定位系统
技术领域
本发明涉及车联网中隐私保护技术领域，特别是涉及一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WIFI定位系。
背景技术
WiFi室内定位在学术界和工业界都受到广泛关注。研究人员已经在WiFi室内定位技术上取得了很大的进步，同时很多公司，例如Google、Navizon、Skyhook和WiFiSLAM也都提供室内定位服务。然而，用户的位置隐私被不可信的服务器窃取。更糟糕的是，用户也因此会受到严重的攻击，例如大量的垃圾邮件、敲诈勒索、身体暴力，电子邮箱和银行账户被入侵等等。因此，在室内WiFi定位中，保护用户的位置隐私是非常有必要的。
现有的位置隐私保护工作主要采用同态加密的方法。但是，这些方法需要大量的计算和通信开销。在实际室内WiFi定位场景中，随着用户位置的不断更新，所需要的计算和通信开销会急剧增加，严重影响服务质量、用户体验。因此，研究轻量级的保护隐私的室内WiFi定位系统是很有必要的。
但是，轻量级隐私保护技术，k匿名算法和基于虚拟位置点的算法，由于其固有的缺陷，因而在WiFi定位场景中很难实现位置隐私的保护。具体来说，k匿名技术严重依赖于一个可信的第三方(服务器)，但是，在实际WiFi定位场景中不存在绝对可信的第三方。此外，基于虚拟位置点的方法容易受到时空关联攻击，因而无法实现位置保护。此外，以上两种算法的输出都是匿名的位置点，而在室内WiFi定位系统中，匿名的位置点是非法输入。
发明内容
本发明的目的是：通过以虚拟位置点为载体，实现地理空间和WiFi信号空间的变换，设计轻量级的保护隐私的室内WiFi定位系统，推动室内定位系统的落地实施，增强用户体验。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WiFi定位系统，其特征在于，包括移动式智能终端设备、提供室内WiFi定位服务的定位服务器设备和室内WiFi热点，其中：
智能终端装用户端APP，该用户端APP具有室内定位服务，用于扫描WiFi热点的信号强度、本地产生虚拟位置点，通过输入隐私参数k在本地执行定位查询，然后通过无线通信发送扫描的WiFi热点信号强度和与虚拟位置点相对应的(k-1)个虚拟WiFi信号强度给定位服务器，向定位服务器请求室内定位服务；
定位服务器线下采集室内WiFi热点信号强度，并建立指纹数据库，线上为移动式智能终端设备提供定位服务，定位时，分别根据发送自智能终端的热点WiFi信号强度和虚拟WiFi信号强度运用相关定位算法进行定位，通过在指纹数据库中搜索最近的WiFi指纹来估计用户的位置和虚拟WiFi信号强度对应的(k-1)个位置，将结果返回给用户，智能终端在接收到的k个估计位置中识别出真实位置。
优选地，当所述定位服务器接收到来自所述智能终端的定位查询请求时，定位服务器计算定位查询中每个WiFi信号强度与所述指纹数据库中每个WiFi指纹之间的平方欧式距离，以搜索最近的WiFi指纹，对于定位查询中的每个WiFi信号强度，定位服务器201将其相应的最近WiFi指纹位置的质心返回给所述智能终端作为所述k个估计位置。
优选地，设楼层布局划分为N个网格，则定位服务器线下采集室内WiFi热点信号强度，并建立指纹数据库时，定位服务器测量WiFi指纹<i,(xi,yi),Vi>在第i格i∈(1,2,…,N)，其中，(xi,yi)是这个WiFi指纹的位置；Vi＝(v1,v2,…,vj,…,vm)为实测WiFi信号，m是APs的数量，vj是第j位AP的RSSI。
具体而言，本发明具有如下优点：
1)本发明是轻量级的保护隐私的室内WiFi定位系统：其采用虚拟位置点为载体，通过地理空间和信号空间的变换，实现室内WiFi定位中的位置隐私保护，大大较少了计算和通信开销。
2)本发明不依赖于任何可信任的第三方：其在原有室内WiFi定位系统的基础上，不额外引入任何设备，彻底杜绝了现有相关工作对可信第三方设备的依赖，更有助于推动室内定位系统的商用落地。
3)本发明还可以抵抗时空关联攻击：其不仅可以实现保护终端用户的位置隐私不被不可信的定位服务器窃取，同时还能实现抵御来自系统外界的敌手的时空关联攻击，为终端用户提供双重保护。
附图说明
图1是实施例的室内定位环境的示意图；
图2是实施例的本发明提供的基于虚拟位置点的保护隐私的室内WIFI定位系统框图；
图3(a)及图3(b)是实施例的测量WiFi指纹和建立指纹数据库的示意图；
图4(a)至图4(c)是实施例的在线阶段的示意图，其中：图4(a)为查询WiFi定位服务，图4(b)为定位服务器的定位结果，图4(c)为用户识别下载其位置。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一)系统设置
本发明提供的一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WiFi定位系统由一个客户端202(装在用户终端设备上)和一个定位服务器201组成。客户端202负责查询室内WiFi定位服务，接收定位服务器201返回的位置信息。定位服务器201在离线训练阶段采集室内WiFi信号强度并建立指纹数据库，在在线阶段为客户端202提供定位服务。客户端202的开发环境是AndroidStudio(resp.Tomcat和Myeclipse)。
如图1所示，楼层布局划分为110(11×10)个网格，每个网格的尺寸为1×0.5m2。在离线阶段，定位服务器201测量WiFi指纹<i，(xi，yi)，Vi>在第i格i∈(1，2，...，110)，其中，(xi，yi)是这个WiFi指纹的位置；Vi＝(v1，v2，...，vj，...，vm)为实测WiFi信号，m是APs的数量，vj是第j位AP的RSSI。之后将测得的WiFi指纹Vi上传到定位服务器201，建立指纹数据库。
在图2所示的在线阶段，客户端202首先在其位置上测量室内WiFi信号强度。然后本地生成不小于(k-1)个虚拟WiFi信号强度，最后将测量到的WiFi信号强度和生成的虚拟WiFi信号强度发送到定位服务器201。当接收到来自客户端202的定位查询请求时，定位服务器201计算定位查询中每个WiFi信号强度与指纹数据库中每个WiFi指纹之间的平方欧式距离，以搜索最近的WiFi指纹。最后，对于定位查询中的每个WiFi信号强度，定位服务器201将其相应的最近WiFi指纹位置的质心返回给客户端202。客户端202在接收到这些估计的位置时，识别下载该用户的位置信息。
二)系统实现
在离线阶段，首先输入WiFi指纹的ID，然后在网格中测量WiFi信号强度400次。测量间隔为1s，取平均信号强度为WiFi指纹。一个WiFi指纹i#dMAC1＝RSSI|jMAC2＝RSSI2|MAC3＝RSSI3...由MAC和信号强度RSS组成。它首先在本地存储，然后上传到定位服务器201。图3(a)和图3(b)分别展示了指纹测量过程和上传过程。
在在线阶段，每个用户都可以通过输入隐私参数k(如k＝3)在本地执行定位查询，如图4(a)所示。k越大，用户位置被识别的概率就越小，但是这会导致更大的计算和通信开销。当用户查询定位服务时，客户端202开始测量WiFi信号强度RSS，同时在本地生成(k-1)个虚拟WiFi信号强度RSSs。这(k-1)虚拟WiFi信号强度RSSs连同其测量的信号强度RSS都被发送到定位服务器。定位服务器201通过搜索最近的WiFi指纹来估计k个位置(包括用户的位置和虚拟WiFi信号强度RSSs对应的(k-1)个位置)，如图4(b)所示。最终将结果返回给用户，用户端202在k个估计位置中识别出它的真实位置，如图4(c)所示。

Claims (3)

1.一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WiFi定位系统，其特征在于，包括移动式智能终端设备、提供室内WiFi定位服务的定位服务器设备和室内WiFi热点，其中：
智能终端装用户端APP，该用户端APP具有室内定位服务，用于扫描WiFi热点的信号强度、本地产生虚拟位置点，通过输入隐私参数k在本地执行定位查询，然后通过无线通信发送扫描的WiFi热点信号强度和与虚拟位置点相对应的(k-1)个虚拟WiFi信号强度给定位服务器，向定位服务器请求室内定位服务；
定位服务器线下采集室内WiFi热点信号强度，并建立指纹数据库，线上为移动式智能终端设备提供定位服务，定位时，分别根据发送自智能终端的热点WiFi信号强度和虚拟WiFi信号强度运用相关定位算法进行定位，通过在指纹数据库中搜索最近的WiFi指纹来估计用户的位置和虚拟WiFi信号强度对应的(k-1)个位置，将结果返回给用户，智能终端在接收到的k个估计位置中识别出真实位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WiFi定位系统，其特征在于，当所述定位服务器接收到来自所述智能终端的定位查询请求时，定位服务器计算定位查询中每个WiFi信号强度与所述指纹数据库中每个WiFi指纹之间的平方欧式距离，以搜索最近的WiFi指纹，对于定位查询中的每个WiFi信号强度，定位服务器201将其相应的最近WiFi指纹位置的质心返回给所述智能终端作为所述k个估计位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟位置点的保护隐私的室内WiFi定位系统，其特征在于，设楼层布局划分为N个网格，则定位服务器线下采集室内WiFi热点信号强度，并建立指纹数据库时，定位服务器测量WiFi指纹＜i，(xi，yi)，Vi＞在第i格i∈(1，2，...，N)，其中，(xi，yi)是这个WiFi指纹的位置；Vi＝(v1，v2，...，vj，...，vm)为实测WiFi信号，m是APs的数量，vj是第j位AP的RSSI。
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