Wifi环境下基于的RSS的室内移动定位系统开题报告

 2021-08-14 02:08

1. 研究目的与意义(文献综述)

1、目的及意义

位置是人类存在于社会生活中必不可少的元素之一,永远是人们关心的话题之一,随着无线通讯技术、空间定位技术的发展,以及人们对于位置服务需求的不断增大,定位导航与位置查询服务得到广泛的发展与应用,尤其是GPS定位技术的应用。然而随着社会的发展、技术的进步,人们工作、生活、娱乐的环境以逐步转向大型工作楼、商场、教室、体育馆等室内场所,而GPS作为卫星导航定位技术虽然以得到广泛利用,但其信号极易受到障碍物的干扰,在室内进行定位基本不能实现,因此人们对于室内位置定位服务的需求日益增大。

随着IEEE802.11标准的无线以太网以得到迅速发展,人们随身携带的手机、笔记本电脑、便携式移动设备可以很容易的获取无线信号,基于此进行室内定位极其方便。根据信号测量技术分类,定位方法有基于TOA(基于到达时间进行定位的方法)的定位、基于TDOA(基于时间差进行定位的方法)的定位、基于AOA

(基于信号到达角度定位的方法)的定位以及基于RSSI(基于接收信号强度进行定位的方法)的定位[10]。除了基于RSSI的定位方法需要额外的硬件且由于室内信号传播的复杂性信号很容易发生反射、衍射与多径等现象,TOA、TDOA、AOA不适合室内定位而且通过人们的大量实验表明基于RSSI的室内定位是最为合适的[11]

基于RSSI的室内定位可分为三边及三角定位、基于指纹匹配的定位[12]。由于人们对指纹定位研究较多,本文主要基于三角定位进行研究实现。

综上所述在Wi-Fi环境下基于的RSS的室内移动定位系统的实现有极为重要的意义。

2、国内外的研究现状分析

1)国外Wi-Fi定位技术研究现状

Wi-Fi技术在20 世纪90年代由澳洲政府的研究机构CSIRO发明并与1996年在美国成功申请了无线网技术专利。在1999年IEEE官方定义802.11标准的时候,IEEE选择并认定了CSIRO的无线网技术是世界最好的无线网技术,因此CSIRO的无线网技术标准就成了现在Wi-Fi的核心技术标准Wi-Fi技术的研究开始于20世纪末世界各地高校及公司进行广泛的研究,国外的主要有赫尔辛基大学研究的Ekahau系统、微软研发的RADAR定位系统与RADAR-2系统、马里兰大学提出的Horus系统,莱斯大学研究的Rice系统、加利福尼亚大学洛杉矶分校研发的Nibble系统等。RADAR系统是典型的基于接受信号强度值的定位系统,系统同时采用了指纹匹配法和基于信号传播模型两种方法来进行定位,其中指纹匹配法的定位精度为3m左右,而基于信号传播模型方法的定位精度为4.3m。RADAR-2系统是对RADAR系统中采用的NNSS算法进行改进,提出NNSS-AVG算法来进行定位匹配,具有更高的定位精度[1]-[4]。Rice系统采用健壮性强搞死自适应传感器模型并减少了采集工作,该系统的定位区域位置的精度达到95%,采集时间较小,但最终定位只能确定在某一个小区域内,定位精度不高。Ekahau系统同样采用了指纹匹配法进行定位,由于没有应用基于传播模型的定位技术,因此并不需要知道接入点的具体位置,该系统的特色在于它在定位时考虑到了环境中的特定因素并根据这些因素对待定设备进行跟踪,同时跟踪功能根据实际环境中室内的布置进行更精确的估计,该系统需根据现场环境来进行采集,工作量大,优点是能在1至2秒内进行定位,定位精度高[1]-[4]。Horus系统同样需要采集RSSI信号值完成RadioMap的建立,离线阶段同样需要事先确定采集点,并在采集点上完成环境中AP信号的采集,但不同之处在于该系统引入了概率模型,通过采集样本生成各个接入点的信号强度值在该参考点的分布直方图,并对这些信号分布图的位置进行分簇,提出了联合分簇法和增量三角分簇法,对整个信号空间进行分簇,并对这些簇进行有效的判定,仅对有效簇进行定位匹配,从而提升定位计算的速度[1]

2)国内Wi-Fi定位技术研究现状

国内在Wi-Fi无线定位方面的研究起步较晚,但也取得了一些突破。北京航空航天大学设计了无线定位系统Weyes仍需根据RSSI信号来建立RadioMap,但该系统预先对RSS信号进行了处理以便获得RSS差值,然后将处理的差值保存起来从而完成信号分布图的构造,其特点在于消除设备引入的信号强度的误差,去除不用设备对于定位结果的影响[1]。复旦大学提出了一种新的基于区域划分的距离损耗模型,在将区域按一定规划进行划分并确定参数极高精度[1]。华东师范大学提出了一种基于信号强度经验值与估计融合的无线定位方法,其平均定位误差在3m左右[1]。北京邮电大学和武汉大学合作开发的定位系统采取区域分割技术,可以做到80%定位在3m以内,90%在5m以内,达到世界水平[1][2]

3)发展趋势

目前室内定位技术发展趋势主要体现4个发面:

1.提高室内定位精度。由于室内环境复杂,存在着较为严重的反射、衍射、多径等情况,对室内定位精度带来了巨大的挑战,提高室内定位精度是当前待解决的问题之一。

2.提高室内定位效率。为克服非视距等导致的误差影响,在当前的局域室内定位系统中,多采用网格定位技术。目前如要利用该方法实现高精度定位需要建立并储存大量的特征网格,并增加节点的布设密度。如何进一步提高室内定位效率,以较小的特征信息实现精确的室内定位成为研究热点。

3.降低室内定位信号覆盖成本。当前,WLAN、WSN等局域室内定位系统定位精度较高,但需在室内布设节点,信号覆盖成本较高。寻找可覆盖广域室内环境的定位信号,降低定位信号成本已成为室内定位的发展趋势。

4.融合室外定位系统。位置服务室外服务向室内外服务一体化方向发展。融合室外定位系统实现室内外无缝定位已成为室内定位发展的必然趋势[1]

4)待解决的问题

1.对于三角、三边定位来说,最难的在于明确待定位终端距离信号源的距离,而我们测到的则是信号强度,因此根据信号强度估算距离是此方法的关键,这就涉及到信号传输损耗模型,经查阅资料,目前典型的模型有两种,一种为距离损耗模型,一种为衰减因子模型,在研究中确定合适的信号传输损耗模型来缩减估算误差是最为关键的环节,其次确定AP位置信息也尤为重要[14]-[16]

2.在进行三角定位的时候,以已知位置的三个AP为圆心,以其各自到待测点的距离为半径做圆的时候,未必会出现三个圆交于一点的情况,对于不同的香蕉情况采取不同的解决算法是必要的。

2. 研究的基本内容与方案

3、基本内容和技术方案

基本内容:

基于RSSI的室内定位可分为三边及三角定位、基于指纹匹配的定位。由于人们对指纹定位研究较多,本文主要基于三角定位进行研究实现。

三角定位测量法已知条件为3个AP节点坐标,移动终端坐标。待测点首先接收来自三个不同已知位置AP的RSS,然后依照无线信号的传输损耗模型将其转换成待测目标到相应AP的距离。无线信号在传输过程中通常会受路径损耗、阴影衰落等的影响,接收信号功率随距离的变化关系可由信号传输损耗模型得出。

室内定位三角定位可分为测距阶段和定位阶段两个方面。

(1)测距阶段,确定三个AP的位置及待测点的RSS强度,然后在依据传输损耗模型将其转换成待测目标到相应AP的距离。

(2)通过三角形算法计算待测点位置,即分别以已知位置的三个AP为圆心,以其各自到待测点的距离为半径做圆,所得三个圆的交点即为待测点的位置[12]。然而,在实际应用中,由于测量误差的存在,三圆交于一点的情况基本不可能会出现,则会出现无解的情况,需针对不同的方法采取不同的解决算法。

技术方案:

(1)选择合适的场所采集所有AP的位置信息,选择几个相应的测试点,测试其位置及对应于相应三个AP的RSS,进行测试,选择合适的信号传输损耗模型。

(2)根据确定的信号传输损耗模型,进行三角定位算法的实现(针对不同的三圆相交情况做出不同的算法以确定其位置)。

(3)在网络基础上,研究和设计了基于Android手机平台的室内定位技术,并搭建基于定位的服务器,在实验环境下,进行离线阶段创建数据库以及在线阶段的定位测试,并记录呈现在定位客户端上的定位结果,统计分析对应的定位性能。

3. 研究计划与安排

4、进度安排

2016.3.5-2016.3.8 收集整理资料,查看论文

2016.3.8-2016.3.20 撰写开题报告

2016.3.21-2016.3.26 采集分析数据

2016.3.27-2016.4.3 三角定位算法的研究与实现

2016.4.4-2016.4.26 基于Android手机进行开发,完成系统

2016.4.27-2016.4.30 进行算法验证与系统检查

2016.5.1-2016.5.20 整理资料及数据,撰写论文初稿

4. 参考文献(12篇以上)

5、参考文献

参考文献:

[1]邓中亮、余彦培、徐连明、袁协.室内外无线定位与导航[M].北京邮电大学出 版社,2013.12

[2]阮卫华.常见的室内无线定位技术简介[J].科技信息,2009,33:874

[3]杨章林.基于RSSI的WLAN定位系统研究与实现[D].大连:大连理工大学,2009

[4]罗利.基于Android的WIFI室内定位研究[D].西南交通大学,2014.5

[5]顾聪,基于平台的室内系统的研究与实现.湘潭大学硕士[D],2011

[6]徐伟.基于Android手机的室内定位技术研究与实现[D].华中师范大学,2014.5

[7]Jiang T,HuangY,WangY.Studyon improved LANDMARC node localization

algorithm[M].Advances inelectrical engineering and automation.SpringerBerlin Heidelberg,2012.415-421

[8]BealeR. Improving the Accuracy and Reliability of Wireless Location Systems: ACase Study[C]. Artificial Intelligence, 2008. MICAI '08. Seventh MexicanInternational Conference, 2008, 383-387

[9]Shi W,Liu K,Ju Y,et al.An Efficient Indoor Location Algorithm Based on RFID Technology[C].6th International Conference on Wireless CommunicationsNetworking and Mobile Computing (WiCO M). 2010: 1-5

[10]于明. 基于WIFI无线局域网定位算法的研究[D]. 兰州理工大学,2013.

[11]卢恒惠、刘兴川、张超、林孝康.基于三角形与位置指纹算法的Wi-Fi定位比较[J],2010.10:72-76

[12]林玮、陈传峰.基于RSSI的无线传感器网络三角形质心定位算法[J],2009,2:180-182

[13]黄俊. 基于 RSSI 的室内无线定位算法研究[D].西南科技大学,2015.5

[14]李瑶怡、赫晓星、刘守印.基于路径损耗模型参数实时估计的无线定位方法[J].传感技术学报,2010.9(23):1328-1332

[15]毕京学、甄杰、郭英.室内定位无线接收信号强度测距模型的研究[J].导航定位学报,2014.2(4):9-11

[16]徐燕、石江宏、吴晓芳.无线传感器网络中基于RSSI差值的改进定位算法[J].厦门大学学报(自然科学版),2008, 47(03): 361-364

[17]CongL,Zhuang W H. Hybrid TDOA/AOA Mobile User Location forWideband CDMACellular Systems [J]. IEEE Trans. Wireless Communications.2002,1(3): 439-447.

[18]ChenYQ,Yang Q,Yin J, Chai XY. Power-Efficient Access-Point SelectionforIndoor Location Estimation[J]. IEEE Trans. Knowledge and Data Engineering.2006,18(7): 877-888.

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。