基于WIFI通信的目標識別與定位系統

摘 要：本文主要對WIFI網絡環境下的目標識別和目標定位相關功能實現進行了分析，首先簡要介紹了系統的實現原理和整體結構，然后分別從識別和定位兩個方面對各功能的實現進行了討論和研究，最后對系統的應用進行了總結。

關鍵詞：WIFI網絡；目標識別；目標定位

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 22-0000-01

目標識別和定位在市場生活中具有廣泛應用，對目標進行識別和定位不僅能夠實時的掌握相關對象的位置信息，還能夠通過實時跟蹤來提升工作效率或增強監控效果。傳統的戶外場景中所使用的定位技術主要是GPS和蜂窩網絡相結合的A-GPS定位技術，該技術通過衛星信號和基站信號等實現對目標的定位，但是其在室內環境下的定位效果非常差。而使用WIFI的目標定位技術則可以有效覆蓋室內通信環境，還可以在較低的成本，較簡單的結構下獲得較好的定位效果。因而WIFI定位技術在室內定位中具有廣泛的應用。

一、系統原理及總體結構

基于WIFI的目標識別與定位系統網絡拓撲結構如下圖1所示。

從圖中可以看到，整個目標識別與定位系統由服務器、接入點和客戶端三部分構成，其中目標識別主要是對客戶端的類型和用戶信息進行分析與識別，該內容可以通過目標唯一識別碼的方式實現，目標定位則是由系統多個組成部分相互協作共同完成。具體的，服務端負責具體的目標定位和識別，同時響應來自終端的定位請求。為提升系統的工作效率，避免出現運行故障，響應功能所使用的Web服務器與實現定位功能的定位服務器邏輯獨立，必要時兩者可以進行數據交互，這樣可以有效提升系統的資源利用率，實現負載均衡。客戶端則是負責對其周邊環境中的WIFI網絡的無線信號強度或其他參數進行數據采集，并將其提交到服務器端進行計算，獲得位置結果。為保證通信質量、增強系統兼容性，客戶端與服務器端的數據通信可以采用標準的HTTP協議。

二、目標識別功能實現

識別被定位目標的類型、屬性等信息可進一步地指導后續相關服務和應用的開展，對自動化管理、科學化管理等工作內容具有重要意義。

WIFI網絡下實現目標的識別較為容易，只需要為目標對象分配一個唯一識別碼，并分配具體的存儲單元存儲目標對象的基本特征與屬性信息即可。只要目標嘗試接入WIFI網絡時即可同時發送其識別碼到服務器端進行識別和認證即可。在后續的定位于跟蹤過程中，由于目標對象身份已知，故可以對其進行進一步的管理與維護。特別是在物聯網中，對目標進行識別可快速高效地完成目標管理需求相關任務，推動自動化、智能化在現代信息技術中的發展。

需要注意的是，為提升識別準確度和可靠性，應該制定統一的、規范的、標準的標識格式與存儲規則。

三、目標定位功能實現

為實現目標的定位，WIFI網絡內的目標應該首先向網絡服務器發送定位請求，Web服務器接收到該請求后對目標進行響應，并接受定位所需的相關信息，之后這些信息被傳送到定位服務器端進行數據處理和數據查詢，獲得目標的位置信息，并將其返回到目標端實現對目標的定位。

整個功能的實現包含定位算法模塊和數據庫管理模塊等兩部分。

（一）定位算法

無線網絡中可使用的定位算法依照所使用的參數不同可以分為三類，分別為基于信號傳播時間的、基于信號到達時間差的以及基于信號強度的定位算法。三類算法均需要使用多個參考接收點對目標發送信號進行接收和數據分析，但是不同算法具有與該算法相匹配的應用場景和應用環境。如基于信號傳播時間的定位算法和基于信號到達時間差的定位算法均需要信號具有一定的傳輸時間。但是WIFI網絡中單個AP可支持的最大傳輸距離在100米左右，而該段距離內的信號傳輸時間基本可以忽略，故前兩種算法并不適用于WIFI網絡的目標定位。

基于信號強度的目標定位算法則是以無線信號隨傳播距離的增加而衰減這一特性實現的目標定位。算法首先根據實際應用環境建立適當的無線信號空間模型和衰落模型，然后根據所接收到的信號的強度即可估算出收發雙方的距離。若WIFI網絡內部署多個AP構成拓撲結構，則可以獲得多個距離估計值，聯合這些估計值進行位置求解即可完成目標的定位。當然，為提升定位效率，增大定位精度，可以預設一個數據庫對目標位置信息進行匹配。

目標的信號強度獲取方法為射頻指紋定位方法，目標終端只需要在通信過程中接收WIFI環境中的AP的RSSI指紋特征即可獲得環境AP的信號強度。之后只需要對所獲得的參數進行計算與估值即可實現定位相關功能。

（二）數據庫管理

由系統結構圖可以看出，WIFI定位系統中包含Web服務器和定位服務器兩部分。每一部分服務器中均存儲了該服務器需要執行服務相關的數據內容。

在Web服務器中，其數據庫主要提供用戶及終端管理、定位信息查詢等功能。當用戶接入到WIFI網絡并使用定位服務后，Web服務器會對用戶需求進行響應，并為其建立用戶賬戶，用戶登錄服務器即可對位置信息或對個人身份信息等進行查詢、修改以及更新等操作。是用戶與系統交互的直接接觸層。

而定位服務器則存儲了WIFI網絡中所使用的定位算法和定位相關數據，定位算法可以對接收到的目標參數信息運算后獲得其空間位置信息，而定位相關數據則是負責對歷史記錄以及空間特征信息進行存儲。當目標接入WIFI網絡進行定位時可以先執行查詢操作進行位置匹配，若與預設信息匹配成功則說明目標位置已記錄，可直接返回定位結果，若匹配不成功則再進行定位運算，并將運算結果添加到數據庫中進行存儲和完善，這樣可以有效提升定位效率。

四、總結

WIFI網絡在實際無線通信中具有廣泛的應用，基于該網絡進行目標識別和目標定位不僅能夠滿足目標使用需求還能夠進一步拓展WIFI網絡的服務質量和功能內容，促進WIFI網絡的應用效果。基于WIFI通信的目標識別的關鍵在于識別標準的制定和識別信息的錄入，基于WIFI通信的目標定位的關鍵在于定位算法的選取和網絡結構下的服務器配置。為增強系統的適用性和定位精度，還需要對上述問題開展進一步的研究與分析。

參考文獻：

[1]張利.基于WiFi技術的定位系統的設計與實現[D].北京郵電大學，2009（12）.