基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计

本科生毕业设计（论文）题目：基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计姓名：学号：学院：专业：年级：校内指导教校外指导教学生姓名年级学号所在学院物理与信息工程学院所学专业电子信息工程毕业设计（论文）题目中文：基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计外文：TheIndoorPositioningSystemofIOSforthePositioningPortionBasedoniBeacons学生承诺我承诺在毕业设计（论文）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据，如有违规行为发生我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：指导教师承诺我承诺在指导学生毕业设计（论文）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人认真的核查，该同学的毕业设计（论文）中未发现有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果的现象，未发现篡改实验数据。指导教师（签名）：I基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计摘要在21世纪，我们进入了互联网时代，互联网的发展日新月异，对人们的生活工作产生了巨大的影响。现如今，我们难以想象没有互联网，我们的生活和工作将如何继续。而随着移动设备特别是智能手机的发展，移动互联网悄然兴起，各种移动互联网企业如雨后春笋般涌现。在移动互联网时代，定位成为了一个不可或缺的功能，地图导航需要定位，位置服务需要定位，手机丢失需要定位寻找等等，无一不在说明定位在我们的生活中的重要性。GPS主要应用于室外定位，能够提供高精度的定位，完全能够满足日常需求。但是对于室内定位，由于各方面因素的存在，室内常常无法收到GPS信号，或者只是收到非常微弱的GPS信号，根本无法完成室内定位。因此室内定位成为了定位的迫切需要解决的问题，同时也是为了满足人们对位置服务需求从室外到室内室外的转变，本文设计并且实现了基于iBeacons的室内定位系统。iBeacons是基于低功耗蓝牙传输技术的，以一定的频率发送信号，通过合理地部署iBeacons基站，可以进行室内定位导航，同时可以实现推送消息。iBeacons对于未来的物联网的意义必定是非同寻常的，潜力巨大，非常值得研究。本文首先通过分析iBeacons数据包，iBeacons通信协议，测距算法，传统室内定位算法，掌握了技术原理和要点，改进了RSSI测距算法以及室内定位算法，为室内定位iOS应用程序的开发做好理论基础。然后分析iOS系统平台的相关技术，掌握开发工作所需要具备的技术，为后期的实际开发打好实践基础。最后进行整个应用程序的框架构建，实现比较精准的室内定位的功能。关键词：iBeacons，IOS，室内定位，蓝牙IITheIndoorPositioningSystemofIOSforthePositioningPortionBasedoniBeaconsAbstractInthe21stcentury,wehaveenteredtheageoftheInternet,therapiddevelopmentoftheInternetonpeopleslifeandworkhadahugeimpact.Now,weimaginewithouttheInternet,howweliveandworkwillcontinue.Withmobiledevices,especiallythedevelopmentofsmartphones,mobileInternetsprungup,allkindsofmobileInternetcompanieshavesprungup.InthemobileInternetera,locatebecomeanindispensablefeature,youneedtolocatemapnavigation,location-basedservicesneedtolocate,search,etc.needtolocatethephoneislost,allintheimportanceofpositioninginourlives.GPSismainlyusedinoutdoorlocation,toprovidehigh-precisionpositioning,fullyabletomeetthedailyneeds.Butforindoorpositioning,duetovariousfactors,oftenyoucannotreceiveGPSsignalsindoors,orsimplyreceiveGPSsignalsareveryweak,couldnotcompletetheindoorlocation.Thereforeindoorpositioninghasbecomeanurgentneedtoaddresstheproblemofpositioning,butalsotomeetthepeoplesdemandtoshiftfromoutdoortoindoorandoutdoorlocationservices,designedandimplementedbasedindoorpositioningsystemiBeaconsof.iBeaconsisbasedonlow-powerBluetoothtechnologytoacertainfrequencyofthetransmittedsignal,throughtherationaldeploymentiBeaconsbasestationcanbeindoorpositioningandnavigation,andcanachievepushmessage.iBeaconsmeaningofthingsforthefuturemustbeextraordinaryandenormouspotential,veryworthyofstudy.Firstly,byanalyzingiBeaconspacket,iBeaconscommunicationprotocols,rangingalgorithm,thetraditionalindoorlocationalgorithm,masteredthetechnicalprinciplesandelements,aswellasimprovetheRSSIlocationalgorithmbasedindoorlocationalgorithmforindoorpositioningiOSapplicationdevelopersdotheorybasis.AndanalysisofrelevanttechnologyiOSPlatformdevelopmentworkneededtomasterthetechnologyavailable,tolaythefoundationfortheactualdevelopmentpracticelate.Finally,theentireapplicationframeworkconstructedtoachievemoreaccurateindoorpositioningcapabilities.Keywords:iBeacons，IOS，IndoorPositioning，BluetoothI目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11.1研究背景及意义.11.2研究现状.11.3研究课题主要工作.21.4研究课题创新点.21.5本章小结.3第2章设计与技术分析.42.1需求分析.42.2技术指标.42.3技术分析.52.4主要器件选择.52.5本章小结.6第3章IOS开发平台相关技术研究.73.1IOS系统架构.73.2IOS应用程序工作机制.83.3IOS应用程序开发.113.3.1开发工具.113.3.2开发语言Objective-C.123.4本章小结.13第4章室内定位算法.144.1基本室内定位方法.144.1.1基于电波传播时间（TOA）定位.144.1.2基于电波传播时间差（TDOA）定位.144.1.3基于电波入射角（AOA）定位.144.1.4基于信号强度(RSSI)定位.154.2基于RSSI定位算法.154.2.1基于RRSI测距算法.154.2.2线性化定位算法.164.2.3传统质心定位算法.184.2.4全交点质心定位算法.184.3本章小结.20第5章系统实现与测试.215.1硬件EstimoteBeacons.215.2软件客户端.21II5.3软件客户端测试.255.3.1客户端测距功能测试.255.3.2客户端定位功能测试.255.3.3客户端推送功能测试.265.4本章小结.27结论.28参考文献.28致谢.30基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计1第1章绪论1.1研究背景及意义随着卫星定位系统的发展，室外定位已经非常成熟。无论是美国的GPS（GlobalPositioningSystem）1还是中国的北斗定位系统，对于室外定位的精度非常准确，但是对于室内定位依然存在很大的问题。这是因为当卫星导航信号到达室内环境时，信号衰减幅度大，导致定位误差大，无法准确定位设备。因此为了解决室内定位的这个问题，国内外发明了多种室内定位技术,同时提出相应的室内定位解决方案，推出对应的室内定位系统，来提高室内定位的精度。而蓝牙，作为一种支持设备间短距离数据交换的通信技术，特别是经过近几年的高速发展，身边基于蓝牙的数码产品越来越多，对人们的生活产生了非同寻常的影响。因为其无线通讯的通信方式，使得我们的生活能够更加便利，不必纠结于各种连接线。例如音响、电脑、鼠标、键盘，甚至是汽车，这些生活中常常接触的数码科技产品，使我们亲身体验到了蓝牙技术的发展为生活带来的方便。蓝牙技术发展到2010年时，蓝牙4.0版本就正式发布，因其低功耗的技术优势，传输速度最高可达到3MB/S，覆盖范围可达到100米，各类厂商加大了蓝牙产品的研究，推动了该技术的发展。蓝牙技术应用于室内定位，可以解决其它室内定位技术的缺陷，可实现精准的定位，更重要的是其传输效果好，功耗低，成本低。2013年苹果推出的iBeacons是真正具有实用的室内定位系统，给了研究人员一个正确的方向，推进了室内定位的发展。1.2研究现状室内定位(Indoorpositioning)2是指在室内环境中实现位置的定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。室内定位系统的特点是可以在一定室内环境范围内提供比较准确的位置信息，从而提高精准的位置服务。而当前的室内定位技术主要有蓝牙室内定位技术，超宽带定位技术，超声波定位技术，基于传感器的室内定位导航技术，LED定位技术，ZigBee室内定位技术，WIFI室内定位技术，POR行人航迹推算等3。而本课题研究的iBeacons4室内定位是基于低功耗蓝牙技术的定位系统，该系统需要布局beacon网络，每个beacon基站创建一个信号区域，定位精度可以做到区域定位，也可以通过RSSI与距离的关系公式计算出接收方与beacon基站之间的距离，在测量出距离的条件下利用三边定位算法、指纹定位算法等方法增加定位的精度。当有多个beacons，并且拓扑合理，可以达到良好的室内定位效果。随着苹果在2013年推出iBeacons系统到现在近三年福州大学本科生毕业设计（论文）2的发展，已经形成了iBeacons应用商，APP开发商，iBeacons方案提供商，芯片厂商以及基站生成厂商的iBeacons生态链。众所周知，苹果的技术向来都是闭源的，但是iBeacons协议却是公开的，只要蓝牙4.0以上均支持，其支持的设备包括了iOS系统平台下的iPhone4S及其以上设备，也包括了Android系统平台下配备Android4.3及其以上的安卓设备。表明了苹果对于iBeacons的重视，对于iBeacons的大力支持，是希望其在物联网的室内定位领域占据重要席位，在室内定位、服务市场中拥有话语权。随着国内外公司发展iBeacons的推动，相关技术会有更大的发展和更广泛的应用空间。本课题研究的iBeacons室内定位iOS客户端也正是在国内外室内定位系统发展火热的大环境下，以及各类产品质量以及体验效果不一的情况下，希望给出iOS平台下的室内定位特定环境应用下的解决方案，提高定位精度。1.3研究课题主要工作本课题设计并实现了一个基于蓝牙4.0技术（BLE）的室内定位iOS移动终端系统，该系统可应用于多种场景，例如大型商场，博物馆，图书馆等等需要室内定位的大型建筑。本应用程序目前虽然只具有室内定位的功能以及简单的信息推送，但是后期要加上导航的需求，只需在定位的基础上，进行开发，也是相对来说，比较容易实现的。毕竟定位是系统最基础也是最重要的，只要定位的精度误差小，后面的一切需求便不再困难。因此本系统要实现的是能够计算出用户与基站间的距离，在距离基础上精确定位用户当前位置，并且在用户靠近目标时，弹出相应的推送消息，达到一个实时定位，实时推送的目的。具体的工作要点如下：（1）基于配备蓝牙4.0协议的iOS8.2开发平台进行蓝牙信号的场强测量，场强测量值误差小于1db。（2）单个EstimoteBeacons下，iOS8.2开发平台的能完成基于信号场强衰减曲线的测距算法。（3）在20平方米内基于三个及以EstimoteBeacons基站，二维定位精度差在4平方米之内。（4）完成二维平面内的连续定位，平均每秒完成一次定位，形成导航航迹。（5)有事件触发功能，当接近EstimoteBeacons时，自动触发事件，弹出相应事件框，完成地理信息对应的信息发布。(6)有良好的用户界面（UI）。1.4研究课题创新点课题研究的是近两年来室内定位技术最热门的iBeacons技术，本身iBeacons技术便是一种技术上的创新，把蓝牙技术运用到室内定位上来，解决了其它技术在室内定位上的一基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计3些问题，牢牢把握物联网这个大方向，创新却不与发展相违背，创新却紧贴社会需求。研究出更为精确的距离算法以及定位算法，加上iBeacons技术，提高了室内定位的精度，提高了基站的续航能力，同时也降低了整个系统的复杂性，最主要的是降低了系统设备的成本，更符合市场的需求，这就使得本课题对于iBeacons技术的研究有了实际的意义，更具备研究价值和市场价值。1.5本章小结本章的内容主要是介绍了室内定位技术的课题背景，室内定位技术的发展现状分析，清楚明白了本课题的主要研究工作内容以及对课题创新点的具体分析。在详细分析技术和查阅相关技术资料，从而对本课题的研究内容的实际实施进行一个深入的探讨和研究的必要性。福州大学本科生毕业设计（论文）4第2章设计与技术分析2.1需求分析现如今随着互联网的高速发展以及物联网的兴起，定位软件成为了当前人们不可或缺的使用工具。特别是移动设备上，当我们出行时，经常需要使用导航定位软件来进行日常出行的导航需求。还有基于LBS位置服务的提供，也需要定位来实现。而通常这类软件所使用的技术大多是在GPS系统下的，或者是北斗导航系统下的，只能在室外使用，一到室内，由于各方面因素的影响，导致定位精度误差太大，以至于无法完成定位。所以，室内定位成为了一大难题，如果能解决好这个最后“一米”的问题，地球将没有盲点，无论你身处何地，你都能准确定位自己的位置。总之，所有的位置服务都能够实现。而iBeacons技术作为蓝牙4.0低功耗技术的代表，实际上为上述的问题提供了一个非常好的理论技术依据。iBeacons技术具有低功耗，传输距离远，传播范围大，设备安装简便，定位精度误差小等特点，国内外各大公司投入了一定的人力，物力和财力，力争将室内定位技术实现质的突破，减小定位误差，为用户提供更好的定位服务，抢占物联网的入口。因此本论文研究的内容实际上不但具有科学价值，还具有巨大的商业价值。2.2技术指标为了达到室内定位的目的，并开发出相应的iOS应用程序，我们需要用科学的理论及其现有的产品来进行分析，从而推断这个项目是否具有可行性，应用程序的功能是否可以达到人们预期的需求。经过系统而详细的分析，技术指标经归纳后，总结为下面7个小点：（1）EstimateBeacons基站作为iBeacons信号发射器，发出iBeacons数据包。（2）移动设备端接收iBeacons数据包，并解析出主要数据段。（3）移动设备解析出UUID、Major、Minor，MeasuredPower以及RSSI值。（4）移动设备端利用距离算法，实时显示移动端和基站之间的距离。（5）移动设备端利用定位算法，实时显示移动设备在二维平面上的位置。（6）移动设备与基站距离小于1米时，推送相应的信息。（7）良好的用户界面。基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计52.3技术分析iBeacons是苹果公司在2013年的WWDC上推出的一项基于低功耗蓝牙的精准微定位技术。当用户手持安装有iBeacons应用的设备靠近一个Beacon基站时，设备可以感应接收到beacon信号，实现室内微定位。iBeacons发射器是类似于GPS卫星的只发射不接收的信号发射器。该发射器以一定间隔时间持续发出编码的beacon信号，接收器根据接收到的信号可知发射器的发射功率，发射器编号及发射器内部组编码等信息，也就是所谓的信标信号。发射器X的发射功率P与其发出的功率值编码C一致，接收器收到信标信号时，通过电路检测出接收到的某发射器X的信号到达功率值D，与得到信号编码中获得到发射源功率值C。无线信号的功率随距离而衰减，C、D的值代入相应的衰减方程可以推算出信号源和接收器之间的距离，从而得到接收器和特定信标X的直线距离。由接收器到多个不同信标的直接距离可以得到接收器的的当前坐标，从而实现定位功能。图2-1iBeacons系统架构iBeacons发射器以一定间隔的时间不断地发出蓝牙信号，由接收器接收各beacon基站的beacon信号，由打开的iBeacons应用程序计算得到当前定位坐标或将距离信息由运营商网络传送到相应的服务器，服务器再将计算得到的相应内容推送给接收端应用程序。2.4主要器件选择发射模块：EstimateBeacons基站模块。接收设备系统：iOS系统。接收显示设备：iPhone。福州大学本科生毕业设计（论文）62.5本章小结本章介绍了室内定位系统的需求分析，设计iOS室内定位系统的一些技术指标，进行技术分析，包括创新点，以及本系统主要用到的器件。对整个系统研究有了一个方向性，在研究开发道路上将会遇到什么样的难题，心里也有个底。基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计7第3章IOS开发平台相关技术研究3.1IOS系统架构iOS系统是目前几大手机操作系统中，给用户的体验是最好的，其系统无与伦比的流畅度，拥有其它系统无法与之媲美的安全性，以及其苹果公司创新性，精美的用户界面，成为了当前用户首选的操作系统。而本论文开发的应用程序便是基于iOS系统的。iOS系统是不同于Android系统的，Android系统是基于Linux的，而iOS则是基于UNIX的。图3-1iOS系统结构图核心操作系统层（CoreOS)、核心服务层（CoreServiceslayer）、媒体层（Medialayer）和可触摸层（CocoaTouchlayer）5。（1）核心操作系统层作为iOS系统架构的最底层，作为基础层，其可以直接和硬件设备进行交互，因此其重要性自然不言而喻了。该层主要包括了电源管理，文件系统，内存及其操作系统任务等等，一般情况下，我们不需要用到该层，直接调用其接口。（2）核心服务层提供了基础的系统服务，用它访问系统服务。该层具备许多重要的组件，例如Collections、AddressBook、Networking、CoreLocation等组件。（3）媒体层顾名思义就是可以访问系统的媒体文件，主要包括了音视频的录制技术，图形的动画绘制技术等媒体技术服务。其包含的框架有:PDF、Quartz、CoreAnimation、CoreAudio、OpenGL、AudioMixing等等。（4）可触摸层是与开发者密切打交道的一层，它包含了开发所需要的关键框架和基础框架。例如UIKit、CoreMotion、Camera、UIFoundation等，因此开发者在进行应用程序开发时，必须用到这些框架，用于构建良好的用户界面。例如每个iOS的应用程序都基于UIKit框架进行开发，UIKit提供了运行应用程序的关键对象且协调了用户输入处理和屏幕内容的显示6。福州大学本科生毕业设计（论文）83.2IOS应用程序工作机制（1）IOS应用程序进入前台图3-2应用程序进入前台如图3-2所示，形象地展示了iOS应用程序进入前台的工作情况。（2）IOS应用程序进入后台基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计9图3-3应用程序进入后台从图3-3可以清楚地理解iOS应用程序进入后台工作时，各部分是如何工作的。（3）IOS应用程序后台运行福州大学本科生毕业设计（论文）10图3-4应用程序后台运行iOS应用程序在进入后台时，会调用applicationDidEnterBackgound方法，该方法大概会提高5秒的时间给APP，让APP处理相应的任务。超过限定的时间，不管任务有没有完成，应用程序都会被系统强制关闭从内存中清除。如果还需要更长时间的运行任务，可以调用beginBackgroundTaskWithExpirationHandler这个方法，调用此方法请求后台运行时间大概是600秒左右的时间来执行应用程序的任务，超过时间，应用程序依然会被系统强制终止。而如果需要一直在后台运行，则需要更为复杂的工程设置，而且应用必须满足苹果方面要求的音频，位置服务等功能，应用程序才会被系统允许一直在后台保持运行。(4)IOS应用程序返回前台运行基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计11图3-5应用程序返回前台运行当应用程序处于挂起状态的时候，它是无法执行任何代码的，所以它不能处理在挂起期间发过来的影响程序展现的或状态的通知。因此在程序返回后台或前台时，程序需要正确的处理这些通知。(5)IOS应用程序终止如果用户设备的操作系统是iOS4.0以前的系统，或者是用户设备安装的应用程序是在iOS4.0之前的SDK开发的，或者是用户当前设备并不支持多任务，程序进入后台或者处于挂起状态时，程序运行就会终止。当然还有个情况就是，在工程设置里面的info.plist中程序包含了UIApplicationExitsOnSuspend。还有个最直接最方便的方法是，手动直接关闭应用程序。3.3IOS应用程序开发3.3.1开发工具Xcode是iOS系统必须用到的开发工具，是苹果公司开发的，给苹果开发者用来构建iOS应用程序的完整工具集7。对于Xcode强大的功能，我们必须掌握Xcode开发代码编写、调试、Storyboard的使用等基本的功能，正是由于其强大的功能使得开发工作变得越来越容易，产品的开发周期越来越短。Xcode工作区是来进行核心开发任务的，具有创建、删除、增加界面的功能。工程开福州大学本科生毕业设计（论文）12发是Xcode开发中的关键单元，包含了构建应用程序所需的所有元素、框架、插件以及其它软件产品，并维持相关元素之间的联系。图3-6Xcode工作区编辑区(EditorArea)：顾名思义编写代码的区域，所有的代码都可以在此区域查看，编辑。程序代码出错，警告都会在编辑区显示，便于开发者优化程序。在此区域，常用的编辑器是：sourceeditor、InterfaceBuilder、Projecteditor。导览区(NavigatorArea)：整个工程文件列表可以在这个区域清晰地展示，方便地找到需要的文件，添加文件或者文件夹，还可以定位任何字符串的位置。工具区(UtilityArea)：提供了开发常用的系统工具，特别是在storyboard或者XIB中使用率特别高，对于界面设计的作用非常重要。调试区(DebuggerArea)：提供调试、输出等程序调试信息，我们可以查看变量，断点调试，进行程序bug的定位，跟调试的终端交互，还可以控制程序的运行。3.3.2开发语言Objective-CObjective-C是一门简单的计算机编程语言，可以支持真正的面向对象编程，是C语言的超集。虽然苹果的Xcode开发工具支持多种语言，但是Objective-C是目前苹果开发者使用最为广泛的开发语言。鉴于Swift语言刚发布，其的稳定性不强，因此使用率不高，基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计13本论文研究的课题需要开发的应用程序选择稳定性以及资源更丰富的Objective-C语言来开发。Objective-C不仅提供了类，对象，方法以及属性的语法，还有代理，协议等扩展性功能，充分将面向对象的优越性展现得淋漓尽致。因为Objective-C跟C+的语言特点是有较多的共同点的，因此本论文不展开介绍。3.4本章小结本章的主要内容是系统描述了iOS系统架构，介绍了系统各层次的组成和作用。接着比较详细地介绍了iOS应用程序的运行机制，然后对iOS开发工具和语言做一个相对简单的介绍。本章为后续的应用程序开发做了开发程序必备基础。福州大学本科生毕业设计（论文）14第4章室内定位算法4.1基本室内定位方法室内定位算法是实现定位的关键，而由于室内环境的复杂性，定位算法也成为了室内定位定位精度的技术瓶颈，只有解决好定位算法，研究出一个适用于大多数室内场景下的算法，才能将iBeacons的技术发挥到极致，实现精准微定位的愿景。因此我们的第一步是必须把移动终端到基站间的距离计算出来，这也就是常说的测距，所以我们要保证定位算法的可靠性和精准性，必须得出正确的测距算法。而在基于测距的定位方法中，常用的用于测量两个无线设备间距离的技术方法大概可分为：基于电波传播时间（TOA）定位、基于电波传播时间差（TDOA）定位、基于电波入射角（AOA）定位以及基于信号强度（RSSI）定位四种方法8。下面就这四种定位方法做一个简单的介绍。4.1.1基于电波传播时间（TOA）定位基于电波传播时间定位技术9通过三个已知位置的基站，根据到达时间算出距离，从而确定当前设备终端的位置这样一种定位方法。系统的时间误差是TOA算法定位精度最大的影响因素，一个非常细小的误差，都会造成非常大的定位误差。4.1.2基于电波传播时间差（TDOA）定位在基于电波传播时间定位方法的基础上，根据信号到达两个基站的时间差，则可以确定移动终端位于以这两个基站为焦点的双曲线上。当有三个以上的基站,则可以建立起多个双曲线方程，这些双曲线方程的交点就是移动终端的二维坐标位置。这就是TDOA定位的原理。4.1.3基于电波入射角（AOA）定位基站通过接收端的天线阵列测量出移动端发送信号的入射角，确定一条从基站到移动端的焦径线。通过多个基站对移动端无线信号的测量，可以得到多条焦径线，焦径线的交点便是移动端的坐标。但是无线信号具有多径衰落等特性，所以AOA定位方法可应用的环境是比较局限的，环境复杂，障碍物多，定位精度就比较低，还有部署定位硬件设备成本高。基于iBeacons的室内定位IOS终端系统定位部分设计154.1.4基于信号强度(RSSI)定位任何信号的传播都会随着传播距离的增加，信号强度也按照一定的规律衰减的，通过研究信号强度衰减的规律，利用高等数学的数学方法，结合信号与系统的知识，提出正确的信号衰减模型。依据接收终端接收到的信号强度，利用相应的信号衰减的模型，计算出接收终端与发射对应信号的基站之间的距离，当收到的距离值达到定位所需的数量，将距离值代入定位算法中，从而计算出接收终端的当前位置，达到定位的目的。相对于其它的定位方法，基于RSSI定位方法是比较方便的，并不需要太多复杂的设备，就可以达到定位的目标。虽然本方法容易受到较多环境因素的影响，但是由于我们定位的场景是室内。而室内定位的范围通常不会超过50米的范围，并且目前室内定位所依据的信号是无线信号，我们都知道无线信号的传播速度是3.0x108m/s，因此如果时间上出现了误差，哪怕是一点点细小的误差，TOA，TDOA之类的方法定位精度误差都会被放得很大。但基于信号强度的测距方法则不用担心这个问题，而且本定位方法的信号模型在小范围内是接近于理论值，所以当前的室内定位技术采用基于RSSI是比较普遍的。因此本论文研究的室内定位系统是基于信号强度的定位。4.2基于RSSI定位算法4.2.1基于RRSI测距算法RSSI测距传播模型可分为：自由空间传播模型、对数正态阴影模型、对数距离路径损耗模型10。在这三种模型中，对数正态模型是目前使用较广的，因为其它两种模型都有许多缺陷，在实际运用中，对数正态模型可以解决大多数的实际环境的干扰因素。对数正态模型为：00010X)d/dlg(n)d(PL)d(PL(4-1)在(4-1)式中，dPL为经过距离为d后的路程损耗的接收信号强度；0d为参考距离，一般情况下是取1米；为参考距离任何方向下的信号强度值；0X为均值为0的随机变量，以dB为单位服从高斯分布；n是信号衰减因子，环境因素决定n的值。接收端接收到的信号强度为：)d(PGP)d(PLTTR(4-2)上式中，dPR为接收端的接收信号强度也就是RSSI；TP为发射端的发射信号功率；福州大学本科生毕业设计（论文）16TG为发射天线增益。根据该原理，IEEE802.15.4标准给出了简化后的信号衰减模型：md,d),dlg(.Pmd,d),dlg(.PRSSITT8133105588121024000(4-3)实际应用中，考虑到环境、成本、定位精度等因素，实际情况中这个测距模型还可以进一步简化为：AdlgnRSSI10(4-4)(4-4)式中，n是信号衰减因子，环境因素决定n的值；d是移动端到基站的距离；A是移动端到基站的距离d为1米时的信号强度。(4-4)式是基于信号强度测距的经典模型，根据这个模型，如果知道移动端接收到的信号强度可以计算出和基站之间的距