（计算机应用技术专业论文）无线局域网定位系统的研究与实现.pdf

华东师范大学硕士学位论文 摘要 自从8 0 2 1 l 无线局域网标准问世以来，无线通信市场一直增长迅猛。随着无线网络 的普及，定位技术的重要性日益显现。目前的定位服务主要有蜂窝无线定位和g p s ( 全球 定位系统) 两种。蜂窝无线定位的精度无法满足室内用户的需求；o p s 系统的信号很难穿 透建筑物，不适合室内环境的高精度定位。如何充分利用现有基础设施实现室内环境下高精 度的定位，同时尽可能减少定位成本，成为当前无线网络的研究热点之一。 本论文旨在研究利用现有无线局域网进行高精度室内定位的技术。 作者深入研究了现有无线定位技术和8 0 2 1 1 无线局域网的接入机制，广泛调研了国外 无线局域网定位技术的先进研究成果，从而确立了基于信号强度进行无线局域网定位的研究 方向。室内无线信号传播的特性，给基于信号强度的高精度定位带来了困难和挑战。作者通 过大量实验，归纳出室内无线信号传播特性对无线定位的影响。 本文主要的研究内容及创新点包括；充分挖掘室内环境下，与位置有关的无线局域网信 息；构建室内无线场强分布图时，运用误差理论进行数据处理，强调采样值的检验；提出逻 辑相邻区域概念，作为信号强度采样的基础和无线定位的重要辅助；依据信号强度采样值的 特点，给予不同逻辑区域不同的权重；将定位运算的重点从对信号强度的匹配移至对多个可 能位置的筛选。在上述研究的基础上，提出一个完整的室内无线局域网定位的算法方案。通 过大量的实验验证了本文提出的定位算法，并对定位算法中重要的参数作了比较和探讨。 目前没有现成可用的信号强度采集工具，作者研究了n d i s 机制，开发了无线定位专用 a p i ，在这套a p i 的基础上，自行开发了无线局域网信号强度采集工具，作为定位算法实验 的必备工具。在算法通过验证后，设计并实现了一个基于8 0 2 1 1 无线局域网的定位系统。 经过测试，该定位系统的客户端软件可以运行于w i n d o w sx p 、w i n d o w sx ps p l 、w i n d o w s2 0 0 0 s p 3 及以上、w i n d o w sc e 以及w i n d o w sx pf o rt a b l e tp c 操作系统。 关键词：无线局域网、室内无线定位技术、r s s i 、无线场强分布、逻辑相邻区域、信号 强度采集、位置筛选、n d i s 、无线局域网定位用a p i 、无线局域网定位系统 华东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t s l n e e8 0 21 1w i r e l e s sl a ns t a n d a r dc a m ei n t ob e i n g ，t h ew l r e i e s sc o m m u n l c a t l o n m a r k e t sh a v eb e e ng r o w i n gr a p i d l yt h en e e dt od e t e r m i n eu s e rl o c a t i o ni n c r e a s e s a sw i r e l e s sn e t w o r k sb e c o m em o r ea n dm o r ep o p u l a r t h e r ea r et w om a i n l o c a t i o n d e t e r m i n a t i o ns e r v i e e sa tp r e s e n t w i l d - a r e ac e l l u f a r b a s e dp o s i t i o n i n ga n dg p s t h el o c a t i n gp r e c i s i o no fc e l l u l a r b a s e dp o s i t i o n i n gc o u l d n tm e e ti n d o o rl o c a t i o n d e t e r m i n a t i o nd e m a n d s ，w h i l eg p se x h i b i t sd r a m a t i c a t l yd e g r a d e dp e r f o r m a n c ea n d a v a i l a b i l i t yi na r e a sw h e r es a t e l l i t e sa r eo b s c u r e d ，s u c ha si n d o o r s i th a sb e c o m e ah o t s p o tf o rr e s e a r c h i n ga sh o wt ou s eo f f s h e l fw i r e l e s sn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e s t ol o c a t eu s e r sw i t hp r e c i s i o na tt h es a m et i m ec u td o w ne x t r al o c a t i n gc o s t t h i sp a p e ra i m sa tr e s e a r c ha n ds t u d yo fl o c a t i n gi n d o o ru s e r sw i t hp r e c i s i o n u s i n go f f s h e l fw i r e l e s sl a ne q u i p m e n t s w ef i r s tl o o k e di n s i g h tw i r e l e s sp o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yi ne x i s t e n c ea n d w i r e l e s sl a na c c e s sm e c h a n i s m a n dt h e ni n v e s t i g a t e da c h i e v e m e n t so n矾。a n p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yf r o mf o r e i g nc o l l e g e sa n da c a d e m e s t h i sp a p e rf o c u s e so n s i g n a ls t r e n g t hb a s e dw l a nl o c a t i n gt e c h n o l o g y r a d i os i g n a lp r o p a g a t i o n c h a r a c t e r i s t i c sb r i n gw i t ho b s t a c l e sa n dc h a l l e n g e st oa c c u r a t ep o s i t i o n i n gb a s e d o ns i g n a ls t r e n g t hr a d i os i g n a lp r o p a g a t i o n si m p a c t so nw i r e l e s sl o c a t i n gw e r e s u m m a r i z e da c c o r d i n gt oav o l u m eo fe x p e r i m e n t s t h em a i nr e s e a r c hw o r ka n di n n o v a t i o n so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ：d i gu pt h e w l a ni n f o r m a t i o nr e l a t e dt ou s e rp o s i t i o n ，e m p l o ye r r o rt h e o r yi n t od a t ap r o c e s s i n g m e a n w h i l ee m p h a s i z ed a t av e r i f y i n gb e f o r eb u i l d i n gu pi n d o o rr a d i om a p ，b r i n g f o r w a r dac o n c e p t i o nc a l l e dl o g i c a la d j a c e n ta r e aw h i c hi st h eb a s i so fs i g n a l s t r e n g t hs a m p l i n ga n dt h el o c a t i n ga u x i l i a r y ，s e tl o g i c a la r e aw i t hd i f f e r e n tw e i g h t b a s e do ns i g n a ls t r e n g t hc h a r a c t e r i s t i c s ，c o n c e n t r a t eo nl o c a t i o nf i i t e r i n gi n s t e a d o fs i g n a ls t r e n g t hp a t t e r nm a t c h i n g w ep r e s e n ta ni n t e g r a t e dm e t h o do fi n d o o r _ | 】l a n p o s i t i o n i n gb a s e do nr e s e a r c hw o r km e n t i o n e da b o v e a f t e re v a l u a t i n gt h ep o s i t i o n i n g m e t h o dw i t hv o l u m e so fe x p e r i m e n t s ，w ed i s c u s s e da n dc o m p a r e ds e v e r a li m p o r t a n t p a r a m e t e r si n v o l v e di no u rp o s i t i o n i n ga l g o r i t h m t h e r ei sn os i g n a ls t r e n g t hm e a s u r et o o la th a n df o ro u ra l g o r i t h me x p e r i m e n t s t h e r e f o r ew ei n v e s t i g a t e dn d i sm e c h a n i s ma n dd e v e l o p e dw l a np o s i t i o n i n ga p ia sw e l l a saw l a ns i g n a ls t r e n g t hm e a s u r et 0 0 1 w h i c hi st h en e c e s s i t yo fo u re x p e r i m e n t a f t e rf i n i s h i n ga l g o r i t h me v a l u a t i o n ，w ed e v e l o pa n8 0 2 i i bw l a nb a s e dp o s i t i o n i n g s y s t e m t h ew l a np o s i t i o n i n gc l i e n ts o f t w a r eh a v eb e e nt e s t e do nw i n d o w sx p ，w i n d o w s x ps p l w i n d o w s2 0 0 0s p 3a n da b o v e ，w i n d o w sc ea sw e l la sw i n d o w sx pf o rt a b i e tp c o p e r n t i n gs y s t e m 。 k e yw o r d s ：w i r e l e s sl a n 、i n d o o rw i r e l e s sp o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y 、r s s i 、r a d i o m a p 、l o g i c a la d j a c e n ta r e a 、s i g n a l s t r e n g t hs a m p i i n g 、l o c a t i o i lf i i t e r i n g 、n d i s 、 w i r e l e s s1 0 c a t i n ga p i 、w l a np o s i t i o n i n gs y s t e m 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 学位论文使用授权声明 日期：b 0 0 4 f | 。z , o 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 遍一 学位论文作者签名： 至幸召 导师签名： 歹砀也 日期：迎墨：! ! ：墨o j 期：。2 璺翌垡。f f ，f 6 o r i g i n a l i t yn o t i c e i np r e s e n t i n gt h i st h e s i si np a r t i a lf i l l f i l l m o n to f 也er e q u i r e m e n t sf o rt h em a s t e r s d e g r e ea te a s tc h i n an o r m a lu m v e 】r s i t y , 1w a r r a n tt h a tt h i st h e s i si so r i 西n a la n da n y o ft h et e c h n i q u e sp r e s e n t e di nt h et h e s i sh a v eb e e nf i g u r e do u tb ym e a n yo ft h e r e f e r e n c e st ot h ec o p 徊g h t ，t r a d e m a r k ，p a t e n t ，s t a t u t o r yr i g h t ，o rp r o p r i e t y 打g h to f o t h e r 8h a v eb e e ne x p l i c i t l ya c k n o w l e d g e dm a di n e l u d e di nt h er e f e r e n c e ss e c t i o na t t h ee n do f t h i st h e s i s s i g n a t u r e c o p y r i g h tn o ti c e ih e r e i na g r e et h a tt h el i b r a r yo f e c n us h a l lm a k ei t sc o p i e sf r e e l y a v a i l a b l ef o ri n s p e c t i o n if u i t h e l a g r e et h a te x t e n s i v ec o p y i n go f t h et h e s i si s a l l o w a b l eo n l yf o rs c h o l a r l yp u r p o s e s , i np a r t i c u l a r , s t o r i n gt h ec o n t e n to f t h i st h e s i s i n t o r e l e v a n t d a t a b a s e s a s w e l la s c o m p i l i n g 础p u b l i s h i n g t h e t i t l e a n da b s w a c t o f t h i st h e s i s , c o n s i s t e n tw i t h ”f a i ru s e ”a sp r e s c r i b e di nt h ec o p y r i g h tl a wo f t h e p e o p l e sr e p u b l i co fc h i e t a s i g n a t u r e ： d 8 l e ：2 般珥，儿；d 劢d 矿。，占 华东师范大学硕士学位论文 a o a a p b s s b s s i d c c a c c k c d f c s m a c a c t s d c p d s d s s d s s s e s s p s s s g p s i b s s i e e e i r l l c l 删 m a c n a v n d i s n n s s o f d m o i d p c f p d a p h y r s s i r t r t s s s t d o a w l a n 缩略语 a n g l eo fa r r i v a l a c c e s sp o i n t b a s i cs e r v i c es e t b a s i cs e r v i c es e ti d e n t i f i c a t i e n c 1 e a rc h a n n e la s s e s s m e n t c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g c u m u l a t eo i s t r i b u t i o nf u n c t i o n c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l is i o na v o i d a n c e c l e a rt os e n d d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n d i s t r i b u t i o ns y s t e m d i s t r i b u t i o ns y s t e ms e r v i c e d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m e x t e n d e ds e r v i c es e t f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m i n d e p e n d e n tb a s i cs e r v i c es e t i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s i n f r a r e d l o g i c a ll i n kc o n t r o l l o c a t i o nm e a s u r e m e n tu n i t m e d i u ma c c e s sc o n t r o l n e t w o r ka 1 l o c a t i o nv e c t o r n e t w o r kd e v i c ei n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n n e a r e s tn e i g h b o r si ns i g n a ls p a c e o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u i t i p l e x i n g o b j e c ti d e n t i f i e f p o i n tc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t p h y s i c a ll a y e r r e c e i r e ds i g n a ls t r e n g t hi n d i c a t o r r o a m i n gt h r e s h o l d r e q u e s tt os e n d s t a t i o ns e r v i c e t i m eo i f f e r e n c eo fa r r i v a l w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 华东师范大学硕士学位论文 第一章引言 据市场研究公司i n s t a t m d r 最新发表的题为 2 0 0 3 2 0 0 8 年中国无线局域网市场分析 与预测的研究报告称，中国市场对无线局域网设备和服务的需求正在升温。这家市场研究 公司预测，到2 0 0 8 年，中国市场的无线局域网设备销售收入将从2 0 0 4 年的大约5 4 0 0 万美 元增氏到1 6 0 亿美元，混合年增长率接近3 3 。无线局域网设备和笔记本电脑价格的下降 也推动了中国无线局域网市场向上增长的势头。人们对随时随地保持连接的无线服务的需求 增长迅速，使得越来越多的企业考虑应用或已经部署了无线局域网。2 0 0 4 年中国市场的笔 记本电脑销售量将增长3 0 ，并且越来越多的笔记本电脑将配置无线局域网功能。虽然安全 问题和人们对无线局域网仍然了解不够等制约市场增长的因素仍然存在，但是，i n s t a t m d r 认为，中国无线局域网市场在预测期内将强劲增长。 在移动办公系统、展览和会议、智能仓库、证券市场、学校校园网络、工矿企业厂区、 自动化控制、银行金融证券城区网、军事流动网、医护管理等应用领域，无线网络正日益普 及。笔记本电脑、个人数字助理的广泛应用使得越来越多的企业和运营商部署了无线网络。 在随时随地保持连接的环境下，定位技术的需求日益显现。无论在锁定非法用户、贵重物品 追踪、遇险急救还是展会导航、产品宣传等领域，无线定位技术都将会发挥极其重要的作用。 目前的无线定位服务主要有蜂窝无线定位和g p s ( 全球定位系统) 【3 钟两种。蜂窝无线 定位的精度无法满足室内用户的需求：o p s 信号很难穿透建筑物，不适用于室内环境的高 精度定位。如何实现在室内环境下高精度的定位? 如何充分利用现有基础设施、尽可能减少 定位成本? 成为当前无线网络的研究熟点之一。 1 1 无线局域网发展现状 宽带化和无线化是互联网发展的趋势，无线局域网兼有以上两个特点，因此具有强大的 生命力。目前，i e e e8 0 2 1 i m 标准已经成为无线局域网的事实上的标准。 1 9 9 7 年，i e e e8 0 2 11 无线局域网标准正式颁布，1 9 9 9 年8 月，i e e e8 0 2 1 l 标准得到 了进一步修订和完善。1 9 9 7 年版本的i e e e8 0 2 1 i 标准主要规范了开放式系统互连参考模 型( i s o r m ) 的物理层( p h y ) 和媒介访问控制层( m a c ) 。物理层确定了数据传输的信号特 征和调制方法，定义了红外线( i r ) 、直接序列扩频( d s s s ) 和跳频扩频( f h s s ) 三种不同 的物理媒介，其中d s s s 和f h s s 为射频传输标准。m a c 层采用载波检测多址接入冲突避免 2 华东师范人学硕士学位论文 ( c s m a c a ) 的方式共享无线媒介。8 0 2 11 标准工作在2 4 g h z 频段，支持的数据传输速率 为1 m b i t s 一- 2 m b i t s 。1 9 9 9 年8 月对8 0 2 1 i 标准的修订内容包括用个基丁简单网络管理 防议( s n m p ) 的管理信息库( m i b ) 来代替原先基于i s o 协议的m i b 。另外，还增加了两项 新内容：i e e e8 0 2 1 l a 和i e e e8 0 2 1 l b 。 i e e e8 0 2 1 l a 扩充了已有的物理层标准，工作在5 g h z 频段，采用正交频分复用( o f d m ) 技术调制数据，传输速率范围为6 m b i t s - - 5 4 m b i t s ，该速率能满足室内和室外应用的带宽 需求。i e e e8 0 2l l b 是8 0 2 1 1 标准的另一个扩充，于1 9 9 9 年9 月通过，规定了2 4 g h z 频 段的物理层标准。8 0 2 ，1 l b 的调制方法为补码键控( c c k ) ，数据传输速率为1 m b i t s s 、 2 m b i t s 、5 5 m b i t s 和l l m b i t s ，并向下兼容之前的8 0 2 1 1 标准。当由于用户终端之间距 离过长或干扰太大造成信噪比低于某个门限值时，8 0 2 i i b 的多速率机制媒介接入控制 ( m a c ) 技术确保传输速率自动地由1 i m b i t s 降至5 5 m b i t s 、2 m b i t s 直至1 m b i t s 。 后来i e e e 又分别在8 0 2i i b d 8 0 21 l a 的基础上进行扩展，在它们的m a c 层追加了服务质 量( q o s ) 功能和安全功能，提高了传输语音数据和数据流数据的能力，相对应的标准分别 是i e e e8 0 2 。l l e 和i e e e 8 0 2 1 l i 。此外，为了便于8 0 2 1 l a $ f 1 8 0 2 ，1 l b 之间的过渡，2 0 0 1 年1 1 月，i e e e 推出了候选标准i e e e8 0 2 1 l g ，同时采用8 0 2 1 i b 中c c k 和8 0 2 1 l a 3 0 f d m 调制方式， 其最高数据传输速率在1 1 m b i t s 的基础上有了很大的提高，仍然使用2 4 g h z 频段。8 0 2 1 1 9 于2 0 0 3 年正式通过，无线应用的灵活性得到了进一步扩展。有关下一代高速无线l a n 规格i e e e 8 0 2 1 i n 的研究也已经开始。 作为开发无线局域网标准的另一个主要组织机构，欧洲电信标准协会( e t s i ) 正在开发 h i p e r l a n 标准，以便满足未来对互联网的宽带访问的需求。h i p e r l a n 包括四种标准： h i p e r l a n i 、h i p e r l h n 2 、h i p e r l i n k 和h i p e r a c c e s s 。其中h i p e r l a n l 和h i p e r l a n 2 用于高 速w l a n 接入，h i p e r l i n k 用于室内无线主干系统，h i p e r a c c e s s 用于室外对有线通信设施提 供固定接入。 h i p e r l a n l 标准用来组建a d h o e 网络，提高8 0 2 1 1 的数据传输速率。由于它工作在欧 洲专用频段5 1 g h z 一6 3 g h z 上，因此无须采用扩频技术。h p e r l a n l 利用定义的5 个蚓定 信道，可提供2 3 5 i b it s 的数据传输速率。该标准采用基于分组t 孔、优先级和m a c 层重 发的c s m a c a 协议。h i p e r l a n l 虽然提供了传输时限业务方式，但是无法控制或保证实时业 务在无线链路上的服务质量。针对异步业务和对时延要求高的业务，e t s i 开发了h i p e r l a n 2 标准。f i p e r l a n 2 工作在5 g b z 频段，和i e e e8 0 2l l a 的物理层相同，因此可以采用相同的 部件，从而降低了成本。它在高速率下支持q o s ，对视频雨i 活音等实时业务提供了新的途径： 3 华东师范大学硕士学位论文 对多种类型的网络基础结构( 如以太网、a t m 等) 提供连接支持，并且每种连接都具有安全 认证和加密功能；此外，h i p e r l a n 2 还具有自动频率管理功能。 1 2 无线定位技术研究现状 g p s ( 全球定位系统) 是目前应用最广的无线定位系统，能够满足户外定位的需求，然 而由于无线电波的固有特点，g p s 信号通常无法穿透建筑物，因此在室内环境下无法对移动 设备进行精确定位。越来越多的场馆( 如博物馆、展览馆、仓库、大型超市等) 需要定位功 能，这就对适用于室内环境的无线定位系统提出了迫切需求。同时，基于1 e e e8 0 2 1 1 的无 线局域网正日益普及，运营商在机场、咖啡店等公共场所布置了大量热点，企业内部网络也 逐步布设了无线局域网。人们开始研究基于无线局域网的定位技术。 微软研究院的r a d a r ”3 。“1 ”1 系统是最早出现的基于无线局域网的室内定位系统，它从软 件角度出发，利用8 0 2 1 l 标准中的接收信号强度指示r s s i ，通过比对不同位置上接收到的 信号强度与事先测量的信号强度之间的相似性，实现定位功能。由于r a d a r 信号比对的特征 值仅仅为信号强度的平均值，没有充分利用与位置相关的其他信息，因此定位的性能受到一 定影响。r a d a r 系统报告的中值误差距离为2 6 5 米。 无线局域网定位的另一研究成果是m a r y l a n d 大学的h o r u s “1 。c s l i t 3 系统。h o r u s 系统将 信号强度这一物理量看作一个统计变量，采用贝叶斯网络来描述整个定位问题，在r a d a r 的基础上有了很大改进。但是，h o r u s 机械地使用大量样本集来确定类条件概率密度函数， 每个采样点需要采样2 0 0 次以上，使整个定位系统的布设时间大大增加，从而影响了整个系 统的易用性。h o r u s 系统9 0 的定位误差在3 6 6 米以内。 此外，赫尔辛基大学的c o m p l e xs y s t e m sc o m p u t a t i o ng r o u p 1 项目组对无线局域 网定位技术也有研究成果他们把位置推测看作机器学习问题，将信号强度经验值用统计直 方图的形式表示，强调信号强度采样值的验证。该定位系统报告的中值误差距离约为25 7 米。 目前尚未发现国内大学或研究机构基于无线局域网定位系统的研究报告。 1 3 本文的主要研究工作和本文的组织 本论文将在国外先进研究成果的基础上，改进无线局域网定位算法。算法主要的研究内 容和创新点包括：充分挖掘室内环境下，与位置有关的无线局域网信息；对于信号强度采样 4 华东师范大学硕= e ：学位论文 值，运用误差理论进行数据处理，强调采样值的检验；对测量值进行过滤与筛选，以便加快 信号强度匹配速度；提出逻辑相邻区域概念，作为信号强度采样的基础和定位的重要辅助； 依据信号强度采样值的特点，给予不同逻辑子区域不同的权重：将定位运算的重点从对信号 强度的匹配移至对多个可能位置的筛选。在上述研究内容的基础上，提山一个完整的室内无 线局域网定位的算法方案。 本文首先深入研究了现有无线定位技术和无线局域网的接入机制，目的是充分认识无 线局域网环境和当前无线定位的研究现状，以便对定位算法加以改进：目前没有现成的定位 实验用信号强度采集工具，本文研究了n d i s ( n e t w o r kd e v i c ei n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ) ”“”1 技术，开发了无线定位专用a p i ，在这套a p i 的基础上，自行开发了无线局域网信号 强度采集工具，作为定位实验的必各工具；用大量的实验数据验证了本文提出的定位算法， 并针对定位算法中重要的参数作了比较和探讨。最后，实现了一个基于8 0 2 1 1 无线局域网 的定位系统。 本文的组织结构如下：第一章概括阐述了无线局域网发展现状及无线定位技术的研究 现状；第二章介绍了本文的技术背景，包括i e e e8 0 2 1 1 无线局域网、现有无线定位技术及 国外无线局域网定位技术的研究成果：第三章是本文的重点，详述了高精度无线局域网定位 算法的研究过程，给出理论依据及算法思路，用大量实验对算法做了验证，给出不同参数对 定位结果影响的比较；第四章详细介绍了基于无线局域网的定位系统的设计与实现，该定位 系统经过严格测试，已经通过项目专家组的验收。最后一章对本文做了总结，提出尚未解决 的问题和有待提高之处，并对无线局域网定位技术的应用前景做了展望。 华东9 耐蓖大学硕士学位论文 第二章技术背景 2 1 i e e e8 0 2 1 1 无线局域网 自从i e e e8 0 2 1 1 无线局域网标准问世以来，无线通信市场一直增长迅猛。在现有高速 无线局域网条件下，用户凭借轻量级可移动的计算设备( 如笔记本电脑、掌上型电脑和个人 数字助理等) ，就能随时随地接入互联网。无线局域网具有高速、组网方便、可移动性等特 点，并且在特定环境中能达到有线网络不能达到的联网要求。其主要特点可以概括如下： ( 1 ) 高数据带宽：无线局域网技术能够提供高速数据速率，其中i e e e8 0 2 1 l h 能 够提供在2 4 g h z 频段上的l 船i t s 1 1 m b i t s 的数据带宽，i e e e8 0 2 1 l a 能提供工作在5 g h z 频段上的6 m b it s - - 5 4 m b i t s 数据带宽，i e e e8 0 2 1l g 能提供在2 4 g h z 频段上的2 2 m b i t s - - 5 4 m b i t s 数据带宽； ( 2 )开放的频段：i e e e 建议对8 0 2 1 l a 和8 0 21 1 b 使用开放的频段，即无需执照 即可部署。各国在实施时做法不同，在中国8 0 21 l b 的2 4 g h z 频段是开放的， 而8 0 2 1 l a 的5 g h z 频段则需要执照； ( 3 ) 局部覆盖与移动：无线局域网技术提供局部无线覆盖能力，其中i e e e8 0 2 1 1 b 在开阔地域能覆盖大约1 5 0 m - - 3 0 0 m 的范围，i e e e8 0 2 i l a 在开阔地域能覆 盖大约7 5 m 1 5 0 m 的范围，i e e e8 0 2 1 l g 的覆盖范围介于前荫者之间； ( 4 ) 节约成本：由于有些无线局域网技术( 如i e e e8 0 2 1 l b ) 使用的频段是免费 的，同时网络设备价格低廉，和其他移动网络( 如g p r s ) 相比较无线局域网 的部署和建设成本较低； ( 5 ) 高逻辑端口密度：无线局域网理论上一个信道可以由多个用户共享，大大提 高了设备的逻辑端口密度，很适合在用户密集的热点地区( 如机场、会场等) 部署。 基于i e e e8 0 2l l b 标准的无线局域网己成为无线数据通信的主流，其工作频段为 24 g h z 2 4 8 3 5 g h z ，总带宽为8 35 m h z ，划分成多个子频道，每个子频道带宽为5 m h z 。在多 个子频道同时r 作的情况下，为保证频道之间互不干扰，要求每两个频道的中心频率间隔不 低于2 5 m h z 。在我国，国家无线电管理局规定，24 g h z 频段是无线局域网、无线接入系统、 蓝牙( b j u et o o t h ) 技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统等各娄无线电台站的共用频 6 华东师范大学硕士学位论文 段。 论。 无线局域网存在着服务质量、安全和漫游等问题，这些不是本文的研究范围，故不做讨 2 1 1 i e e e8 0 2 1 1 无线局域网概述 在计算机网络模型中，对于不同的物理介质，逻辑链路层( l l c ) 以上的各层可以是相 同的，因此，i e e e8 0 2 i i 无线局域网标准主要规定的是物理层( p h y ) 和媒介访问控制层 ( m a c ) 的标准。 i e e e8 0 2 t lm a c 规范的是独立于物理媒介的规程，m a c 层采用了c s m a c a 机制。p h y ， 规范了实质的信号功能和如何访问物理介质的规程。i e e e8 0 2 1 1 中，物理层独立于y a c 层， 从而保证了当新的频带或新的调制技术出现时，网络易于升级。i e e e8 0 2 1 l 协议栈构成如 图2 1 所示，它对应于o s i 模型中的物理层和数据链路层中的m a c 子层。 |llcl8022) 微j2 嘴4 g h s z 黼n f r ai 懈2 4 g m h z 旧引| 黝；i lil 图2 1i e e e8 0 2 1 1 协议栈构成 2 1 1 。1 i e e e8 0 2 1 1 的拓扑结构 2 1 1 1 1 a d - h o c 网络 a d h o c 网络是最简单的基于对等通信的无线局域网结构。称为i b s s ( i n d e p e n d e n tb a s i c s e r v i c es e t ) 。无线结点通过无线网络适配器进行通信和资源互访，可以选定其中一个结点 作为代理执行接入点功能。a d h o c 网络至少由两个移动站组成。这种组网方式只适用于移 动设备之间的直接互连和通信，不能用来开展公众无线接入服务。a dh o c 网络的结构图如 图2 2 所示。 华东师范大学硕j 一学位论文 禽蕊 2 1 1 1 2 工n f r a s t r u c t u r e 仁习络 i n f r a s t r u c t u r e 网络是无线局域网最典型的拓扑结构，适合用于开展无线接入服务， 其中至少有一个接入有线网络的a p 以及若干无线终端设备。a p 的主要功能是在有线网络和 无线网绍之间起桥接的作用。移动站不再以点对点的方式通信所有移动站之间、移动站和 有线网络中的主机之间的通信都通过a p 。e s s ( e x t e n d e ds e r v i c es e t ) 是一种由许多b s s 通过d s ( d i s t r i b u t i o ns y s t e m ) 连接起来的系统，是另一种i n f r a s t r u c t u r e 网络。s 通 常是以太网，也可是无线网络，i e e e8 0 21 1 中没有指定它的类型，具体由实施者来决定。 典型的i n f r a s t r u c t u r e 网络结构如图2 3 所示。本文第四章的无线局域网定位系统就是基 于8 0 2 11i n f r a s t r u c t u r e 网络的架构。 图2 3i n f r a s t r u c t u r e 网络示意图 华东师范大学l i it ：学位论文 2 1 1 2 i e e e8 0 2 服务及状态 i e e e8 0 2 1 1 指定了两类服务：s s ( s t a t i o ns e r v i c e ) 和d s s ( d i s t r i b u t i o ns y s t e m s e r v i c e ) 。s s 是移动站提供的服务。s s 服务为m a c 子层实体所使用。d s ( d is t r i b u t i o n s y s t e m ) 提供的服务称为d s s 。 s s 有四种类型的服务：a u t h e n t i c a t i o n 、d e a u t h e n t i c a t i o n 、p r i v a c y 和m s d u d e l i v e r y 。为了控制对无线局域网的访问，s s 包含了认证服务。移动站若想加入网络，它 必须使用这个服务，把移动站的身份告知a p 。d e a u t h e n t i c a t i o n 服务能够中止移动站和 a p 的a u t h e n t i c a t i o n 关系。如果移动站和a p 建立了a s s o c i a t i o n 关系，d e a u t h e n t i c a t i o n 服务也能中止这个关系。 d s s 提供了咀下五神服务：a s s o c i a t i o n 、d i s a s s o c i a t i o n 、d i s t r i b u t i o n 、i n t e g r a t i o n 和r e a s s o c i a t i o n 。为了经由a p 发送数据给网络或从网络接收数据，移动站必须和该a p 建立a s s o c i a t i o n 关系。在任何时刻，