基于WLAN的室內定位技術研究

胡嘉捷

摘 要：文章以WLAN室內定位系統為研究對象，采用理論結合實際的方法，從數據庫中獲得RSSI序列，將之與指紋庫的信息進行比對，最終獲得了定位終端的位置，同時總結了定位系統的缺陷以及未來的發展方向。

關鍵詞：室內定位；無線局域網；非參數化定位

隨著無線局域網的發展和成熟，WLAN為人們提供了快速介入互聯網的服務以及網絡終端接入位置的信息。通過分析位置信息的及時性的強烈需求，對軍事醫療等領域的定位服務給予準確的位置信息，將各國研發的全球定位系統和衛星導航系統等運用到商業領域中。其中的室內定位系統就是具有精確終端定位技術的無線定位技術，不僅實現了人們在室內的AP接入，還實現了無線局域網自身的定位，為基于WLAN的室內定位提供了硬件基礎。

1 無線定位技術說明

WLAN技術發展循序，讓網絡的運行擺脫了線路的束縛，在不添加硬件的基礎上，實現了網絡的室內定位，文章提供了幾種常見的無線定位技術，并進行了對比，如表1所示。

通過網絡的無線定位，物體在坐標系中的坐標被物體應用在導航技術上，能夠幫助物體通過引導順利達到目標位置。第二，通過對物體位置的獲取，能夠及時地獲取物體的實時移動軌跡。運用圖形化的方式為用戶呈現直觀的物體的位置。通過物體增值服務的開發獲取關于物體位置的增值服務，得到廣域定位的短距離定位，最終用于室外定位，獲得紅外線等短距離定位的方式[1]。

室內環境由于空間相對封閉，因此信號的覆蓋范圍非常有限，不同的建筑物，包括室內的布置，建筑材料以及布局的結構等都會有很大的環境差異，當接收端收到的信號受到建筑物的阻礙發生信號損耗，則信號的覆蓋范圍可能受到影響，出現無線網絡信號分布不均的情況[2]。

2 室內環境下無線信道的特性

無線信號在室內進行傳播的時候往往受到眾多因素的干擾，包括電磁波顏射、建筑內部的干擾、室內環境中的大型金屬物等，所有這些都會對WLAN無線信號的接收產生干擾，如表2所示。室內的無線電波的傳輸，受到建筑材料、結構以及布局的影響，衰減的程度會發生不同。通過對障礙物穿過的WLAN信號的衰減情況的分析，可以得到隔墻衰減因子的數值。

3 常見的室內定位方法

3.1 基于紅外線的定位方法

這是采用紅外線發射器和光學接收器進行發射，產生位于微波和可見光之間的電磁波，將定位系統中的位置固定在紅外線的發射器上，采用定位精度較高的紅外線系統進行定位，沿著直線傳播紅外線，定位中會產生很多的盲點，衰減紅外線在空氣中的傳播，將紅外線在空氣中的傳播采用短距離定位的方法，最終造成一定程度的干擾，對精準度產生影響[3]。

3.2 基于超聲波的定位方法

這是采用固態、液態和氣態3種介質進行傳播的方法，隨著環境溫度的升高，超聲波的耐性好，使用TDOA的方法進行定位，優勢在于定位的精度較高，單個器件的結構簡單，室內的多徑效應嚴重，衰減較為明顯，定位的范圍會產生波速的變化，通過大量硬件設備的鋪設，會產生較高的系統成本。

3.3 基于超寬帶的室內定位技術

這種技術采用高速無線數據進行短程無線通信，UWB定位技術擁有的定位準確度較高，但是由于現行的協議標準不成熟，因此應用的范圍不夠廣泛。

3.4 藍牙定位系統

這是對設備通信進行短距離無線電的點到點通信，與WLAN的技術協議相同，室內安裝藍牙局域網進行接入點的連接，可以搭配出多用戶的連接模式，獲得用戶的實時位置信息。

3.5 基于WLAN基礎上的數據傳輸的無線通信技術

目前在很多場合中得到廣泛的應用，除了通過WLAN接入Internet之外，WLAN還為人們進行室內的定位提供了多硬件的基礎，如智能手機等為代表的室內定位技術。

無線定位隨著中間介質的不同，呈現出無線信號的強度衰減的特性，隨著傳播逐漸變小而發生了波動，當AP和客戶端的位置固定不變，接收到的AP信號強度會發生小幅度的變化。

目前基于WLAN室內定位系統做得較為成功的就是由微軟公司開發的系統，這是一種建立在WiFi技術基礎上的定位跟蹤系統。

4 基于WLAN的室內定位模型

基于室內定位分類的方法采用最多的是建立在位置感知定位技術基礎上的三角關系的定位，這種關系是因位置干技術為基準進行了3個方面的分類：一類是三角關系，一類是臨近關系，一類為場景分析。

室內定位技術在傳感器類型的分類上，可以分為基于RFID系統的定位，基于UWB的定位，基與超聲波系統的定位以及基于遠紅外線和藍牙系統的定位。

指紋定位方法在定位精度方面的限制因素，在某種程度上可以采用多徑效應引起的信號的畸變，解決特殊環境下的路徑損耗模型的誤差，使得室內定位區域無線信號的數據，得到認真的分析，包括室內環境中光纜開關的狀態、信號接收端的改變，接收信號的強度變化等。

5 WLAN室內定位系統的設計

定位系統的設計方法主要有兩種，一種是建立信號傳播距離損耗模型的方法，這種方法的優勢在于對衰減進行精確的模型的計量，一種是基于RSSI位置指紋的定位方法，這種信號傳播損耗模型的建立，是具有較高的定位標準精度的，而且不必考慮多線信號的多種效應的影響，采用RSSI位置指紋的定位方法獲得現有WLAN網絡中需要添加的硬件設備。

制作室內環境的縮略圖，使用位置拓撲圖的方法，強化采樣時的可視化管理。利用室內環境進行AP位置的部署，配置好AP和AC，無線局域網通過AP上網，也可以對室外周邊的無線信號進行掃描，形成具有AP信號強度的AP信號強度序列。

這種定位方法定位精度取決于離線時所建立的指紋庫，采樣點在位置視圖中的擺放位置需要合理規劃，同時需要存儲大量的經驗數據，信號傳播損耗模型無需建立離線階段的指紋庫，定位精度應當盡可能符合實際，位置部署也盡量覆蓋室內的各個區域。

6 結語

經過幾十年的發展，無線網絡技術基本已經在全球廣泛部署，并由于其部署的靈活性和便捷性受到國內外用戶的歡迎以及專家學者的廣泛關注。無線定位技術也由最初的參數化定位方法向非參數化定位方法過渡，而且非參數化定位對信號的傳播環境沒有特殊要求，在室內領域的定位精度更高，使得利用其進行室內定位成為可能。