基于WIFI技术的物联网定位探讨

1基于Wi-Fi技术的物联网定位探讨摘要：当前Wi-Fi技术的高速发展，Wi-Fi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，通过网络进行定位，可以弥补全球卫星定位系统在建筑密集区或者室内应用的限制，扩大定位服务的应用行业和领域的同时，很大程度上能提高定位精准度。关键词：Wi-Fi；物联网；定位2目录一、前言.............................................................................................3二、WI-FI技术简介...........................................................................3三、物联网简介..................................................................................4四、基于Wi-Fi技术的物联网定位中工作流程分析......................5（一）信号采集............................................................................5（二）测距....................................................................................6（三）初始位置估计....................................................................6（四）结果修正............................................................................6五、基于Wi-Fi技术在物联网定位中技术分析............................6（一）短程感应技术....................................................................6（二）三角定位技术....................................................................6（三）指纹识别技术....................................................................7（四）惯性导航技术....................................................................7六、总结...............................................................................................7参考文献........................................................................................83一、前言无线定位技术目前应用于多个技术领域，在物联网、军事通信以及社交网络方面都有着广泛的应用。当前Wi-Fi技术的高速发展，Wi-Fi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，通过网络进行定位，可以弥补全球卫星定位系统在建筑密集区或者室内应用的限制，扩大定位服务的应用行业和领域的同时，很大程度上能提高定位精准度。本文基于Wi-Fi技术的物联网定位进行探讨。二、WI-FI技术简介Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路。无线网络上网可以简单的理解为无线上网，几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。实际上就是把有线网络信号转换成无线信号。无线网络无线上网在大城市比较常用，虽然由Wi-Fi技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非4常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以Wi-Fi上网相对也是最安全健康的。由于无线网络的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的，因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。用户可以在Wi-Fi覆盖区域内快速浏览网页，随时随地接听拨打电话。而其它一些基于WLAN的宽带数据应用，如流媒体、网络游戏等功能更是值得用户期待。有了Wi-Fi功能我们打长途电话（包括国际长途）、浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等，再无需担心速度慢和花费高的问题。Wi-Fi技术与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。Wi-Fi定位技术具有良好的精度和可扩展性，其独特优势在于Wi-Fi芯片已经在各类用户智能终端（智能手机、平板电脑等）中得到广泛普及，并且随“无线城市”的发展，国内各大城市电信运营商、公司与家庭均已安装了大量的WiFi热点与网关，通过利用现有的这些Wi-Fi设施，能够显著降低建设与长期运营成本，快速实现项目预定目标。这些都是开展Wi-Fii技术为主的无缝定位技术研究和推动LBS应用的最佳基础条件与保证。三、物联网简介物联网是在互联网的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。物联网是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格5式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开，一方面是机场、公路、建筑物，另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球。故也有业内人士认为物联网与智能电网均是智慧地球的有机构成部分。总之，物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，使人与物智慧对话，创造一了个智慧的世界。四、基于Wi-Fi技术的物联网定位中工作流程分析（一）信号采集信号采集是整个Wi-Fi技术在物联网定位中发挥作用的先决条件。相较于室外空旷环境，室内空间狭小、环境复杂、人员走动以及物品陈列都会对无线信号传播产生较为严重的影响，因此信号采集需要使用先进设备，通过运用高斯分析模型，对收集到的多个ReceivedSignalStrengthIndication(RSSI)数值进行分析处理，选取干扰性强的数据，运用临界点常数来排除不相关数据或者数据偏差值较大数据的影响，继而提高信号采样的准确性，为信号采集工作服务。6（二）测距测距工作主要是计算待测点与各个接入点之间的实际距离，即将室内空间根据接入点的位置以及信号传播特性划分为多个测量区域，在定位过程中根据上一接入点的信号衰弱程度来选取室内信道模型，继而计算出待测点与接入点之间距离，达到测距的目的[。（三）初始位置估计初始位置估计是根据待测点与接入点之间距离来计算待测点坐标位置。为了能够有效降低系统复杂程度，提高定位效率以及准确定，实现三位定位，基于Wi-Fi技术在物联网定位中采用了几何法来计算待测点位置坐标。根据待测点到四个测量点之间已知距离，运用四边测量方法以及非线性最优化计算方法来确定待测点初始位置估计结果。（四）结果修正结果修正工作采用卡尔曼滤波对上一步所得到的初始位置估计结果进行修正。卡尔曼滤波主要作用为消除待测点移动轨迹中存在的跳变点，以提高检测数值的精度，实现室内准确三维空间定位。在修正过程中，将变化范围较大、移动轨迹不明显的跳变点进行删除，防止因为跳变点过多影响最重修正结果。五、基于Wi-Fi技术在物联网定位中技术分析（一）短程感应技术短程感应不过分强调定位位置的精确程度，而是运用信号采集方式来将用户处于信号范围内大致活动距离进行估算，划定室内活动空间，以方便进一步进行数据收集分析工作。实际运用中可以通过基站标示以及物理联系方法，技术应用较为简便，不仅降低了基于Wi-Fi技术在物联网定位中的总成本，也将实际信号收集测量工作推向了一个更高的发展阶段。（二）三角定位技术三角定位技术是利用三点定一个平面空间的原理，使用测量到的角度以及距离来估计移动终端位置。实际运用中可以根据基站所接受到的移动终端信号以确定其所处角度，再根据基站自身地理位置信息来计算待测点准确的地理位置信息7以及距离，将数据结果呈现在使用此系统的用户面前，继而达到三维空间定位的目的，数据相对较为准确，误差基本上处在系统允许范围内，不影响测量精度。（三）指纹识别技术指纹识别方法主要是提取某个位置的信号强度信息、空间谱信息、图像信息等，通过寻找与之相关联的位置信息，假若每个位置信息所包含的数据资料都是唯一的，那么将大量具有关联性的位置信息整合成一个独特的指纹信息并建立相应的位置指纹数据库。根据实际需求通过查找相关的指纹数据信息来实现空间三维定位。（四）惯性导航技术惯性导航(inertialnavigation)依据牛顿惯性原理，通过使用惯性元件来测量惯性物体本身的加速度、角速度，通过运用不同计算方法来得出惯性物体的速度、所处位置以及姿态等信息，从而实现对惯性物体惯性导航定位的目的。在运用惯性导航技术时需要严格注意累计误差所导致的定位漂移问题，防止对精确定位测量造成较为严重的干扰现象。六、总结综上所述，基于Wi-Fi技术在物联网定位中是目前常用手段之一，随着技术的不断发展完善，相信Wi-Fi技术在物联网定位中将会取得更为显著的进步，测量结果也会更加精确，为实际工作提供更优质的服务。8参考文献[1]金纯，杨吉云