解谜手机定位的奥秘

1、解谜手机定位的奥秘 数据恢复四川省重点实验室 王宁目录引言：3第1章 手机定位的基本概念3第2章 卫星定位(GPS)技术32.1 GPS定位原理32.2 GPS系统的构成42.2.1 空间部分42.2.2 控制部分52.2.3 用户部分52.3 美国政府的GPS策略5第3章 基站定位(LBS)技术63.1 GSM蜂窝网络基础结构73.2 基站定位的几种方法73.2.1 蜂窝小区(COO)定位73.2.2 MSC城市定位83.2.3 多点测算定位83.2.4 到达角度(AOA)定位103.2.5 基于场强的定位103.2.6 多方式定位10第4章 WiFi无线定位技术114.1 什么是WiFi?

2、114.2 WiFi与WLAN、无线AP的区别124.2.1 WLAN的基本概念124.2.2 WiFi的基本概念134.2.3 无线AP的基本概念134.2.4 无线AP与无线路由器的区别：144.3 WiFi应用快速增长的现状144.4 WiFi无线定位的原理154.4.1 每一个无线AP都有一个全球唯一的MAC地址154.4.2 移动设备开启Wi-Fi获取周围无线AP的MAC地址154.4.3 位置服务器完成移动设备的定位计算164.4.4 定位数据准确性离不开位置数据库的不断更新和补充164.5 WiFi无线定位应用的广泛性16第5章 辅助卫星定位(A-GPS)技术175.1 A-GP

3、S技术出现的背景175.2 A-GPS定位原理185.3 A-GPS的MSB和MSA两种定位方式195.4 A-GPS定位的特点19第6章GPS-One混合型定位技术20第7章 移动定位技术的比较217.1 混合定位A-GPS和GPS-One的比较217.2 几类定位技术的性能对照表217.3 定位精度比较的实例21第8章 定位参数获取、移动站识别及其它238.1 移动站的识别238.1.1 IMEI或MEID码238.1.2 IMSI码258.1.3 MAC地址278.1.4 MAC、IMSI、IMEI码在手机定位中的作用298.2 地理位置数据的收集方法308.2.1 基站信号塔数据308

4、.2.2 WiFi热点数据318.2.3 IP地址位置数据328.2.4 用户报告的位置数据338.3 手机中的定位操作痕迹34参考文献35引言：地理定位，不多年以前还是一个比较专业性的词汇。然而，在智能手机和移动互联网应用广泛普及的今天，人们对它已不再陌生了。我们日常生活中经常使用手机查天气预报、查快递、寻路导航，查找周围的朋友和附近的美食、商场、各种服务设施等等，甚至手机拍照时都要在照片中记录拍照地点，这些都涉及到地理定位技术的应用。那么，手机定位是怎么实现的呢？很多人即便是经常都在使用这项功能，恐怕对于这一点还是不知其所以然。本文比较系统地介绍了手机定位的几种方式和基本原理，用一些图表和

5、应用实例诠释了有关的技术概念。中间穿插了一些对于平时生活中有关手机定位方面谜团的解读，如为什么会总是收到与自己常去的地方有关的短信推送？为什么自己的购物和消费习惯被商家所知并经常收到骚扰电话？读了本文之后，你或许会对手机定位的知识有了大概的了解，或者能够解开心中的某些疑惑，这也正是本文的目的。第1章 手机定位的基本概念手机定位是指通过特定的技术来获取手机或移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在电子地图上标出被定位对象位置的技术或服务。手机定位技术是在全球定位系统(GPS)技术的基础上发展而来的，智能手机内嵌入了GPS芯片模块来接收和处理卫星发送的定位参数，经过复杂的计算后确定自己的地理位置(

6、经纬度)。由于智能手机又是移动互联网终端设备，与以前单一性能的GPS定位终端相比具有了更多利用互联网技术进行多种方式定位的优势。目前用于手机定位的技术主要有：GPS卫星定位技术，LBS基站定位技术，以及最近几年随智能手机和移动互联网技术快速发展而兴起的WiFi无线定位技术、A-GPS辅助卫星定位技术和GPS-One混合定位技术。第2章 卫星定位(GPS)技术GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等

7、一些军事目的。到1994年，由全球覆盖率高达98%的24颗卫星构成的GPS卫星系统己布设完成。2.1 GPS定位原理GPS定位，实际上就是通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。在下面的图中，GPS接收器为当前要确定位置的手机，卫星1、2、3、4为本次定位要用到的四颗卫星，它们的当前位置(空间坐标)已知。实际上，太空中的每一颗GPS卫星都在时刻不停地通过卫星信号向全世界广播自己的当前位置坐标信息，同时也会附加上该数据包发出时的时间戳。GPS接收器收到数据包后，用当前时间(这里，手机的时间与GPS同步非常重要)减去时间戳上的时间，就是数据包在空中传输所用的时间。传输时间乘上卫星无线电波的

8、传送速度(理想为光速)，就是数据包在空中传输的距离，也就是该卫星到GPS接收器的距离了。四颗卫星的距离分别为d1、d2、d3、d4。 GPS卫星系统 四星定位示意图根据立体几何知识，三维空间中，三对位置,距离这样的数据就可以确定一个点了。为什么这里需要四对呢？理想情况下，的确只需要三颗卫星就可以实现GPS定位了。但是事实上，由于电波速度也会受到空中电离层的影响，因此会有误差；再有，GPS卫星广播的自己位置也可能会有误差，还有其它一些因素也会影响数据的精确度。因此，在GPS接收器定位运算函数中多用了一组数据，正是用来消除或减小误差，保证定位有效。这也就是GPS为什么必须有四颗卫星才能定位的原因。

9、GPS接收器或智能手机的GPS芯片对收到的四颗卫星播放的定位数据进行计算，确定自己的位置坐标，并将定位数据从空间坐标形式转换成经纬度坐标形式。如果手机在进行实时地图导航的话，由于位置是在不断移动的，就需要不间断地接收GPS卫星的空间坐标和时间戳数据，并且根据这些数据不断地计算出自己的位置并标识在电子地图中。这个过程要消耗大量CPU和内存资源，对手机电源的消耗也是非常大的，往往导致手机发热，几个小时就没电了。我想这种经历对许多人来说都不陌生。2.2 GPS系统的构成GPS系统=空间部分+控制部分+用户部分2.2.1 空间部分组成：24颗卫星=21颗工作卫星+3颗备用卫星， 24颗卫星运行在6个轨

10、道平面上，运行周期为12个小时。保证地球上任一时刻、高度角15度以上的任一地点都能够观测到4颗以上的卫星。主要作用：发送用于导航定位的卫星信号。导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星时钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。2.2.2 控制部分组成：GPS控制部分=主控站(1个)+监测站(5个)+注入站(3个)作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历(导航电文)，保持系统时间。2.2.3 用户部分组成：GPS接收器及相关设备，GPS接收器主要由GPS芯片构成。车载、船载

11、GPS导航仪，GPS测绘设备，内置GPS功能的手机等移动设备，都属于GPS用户设备。作用：接收、跟踪、变换和测量GPS信号，是GPS系统的消费者。 GPS系统的构成 美国政府的GPS策略2.3 美国政府的GPS策略两种GPS服务：SPS-标准定位服务(Standard Positioning Service)，主要面向全世界的民用用户，第一代的精度约为100M，目前一般为15米以内；PPS-精密定位服务(Precision Positioning Service)，主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户，第一代的精度就高达10M以内，目前据说已达1米。GPS卫星发射两种不同的测距码，

12、即军用的P码和民用的C/A码，分别对应精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。因为C/A码无法用双频技术消除电离层折射影响，美国技术人员先期预测定位精度会在百米级别，但是由于在GPS试验阶段提高了卫星钟的稳定性和改进了卫星轨道的测定精度，使得利用C/A码定位的SPS测试精度达到14m，利用P码的PPS测试精度达到3m，远远优于预期定位精度。美国军方认真评估C/A码的影响后，1984年出台了保护美国国家安全的两大措施：防止对军用的P码进行干扰的A-S反电子欺骗技术和人为降低民用C/A码定位精度的SA选择可用性技术，自1991年7月起所有GPS卫星正式全部使用SA技术，将定位精度降低到10

13、0米。后来在各方反对的浪潮和新的GPS技术推动下，2000年美国取消了对GPS卫星民用信道的SA干扰信号，民用GPS的定位精度达到平均6.2米的实用化水平，从而掀起GPS产业和应用热潮。第3章 基站定位(LBS)技术基站定位,是一种基于位置的服务，英文名Location Based Service，简称LBS，一般应用于手机用户。它是通过手机运营商的无线通讯网络(如GSM网、CDMA网)获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在地理信息系统或电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。所以，这种定位方式又叫做基于通讯网络的定位。随着人们对BLS服务需求的飞速增长，位置服务已经或即

14、将成为所有移动设备(智能手机、掌上电脑等)的标配。GSM蜂窝基站定位，以其定位速度快、成本低(不需要移动终端上添加额外的硬件)、耗电少、室内可用等优势，作为一种轻量级的定位方法，越来越常用。基站定位是利用基站对手机的测算距离来确定手机位置的,不需要手机具有GPS定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，有时误差会超过一公里，定位精度没有GPS高。基站定位示意图 GSM蜂窝网络 3.1 GSM蜂窝网络基础结构我们知道，GSM网络的基础结构是由一系列的蜂窝基站构成的，这些蜂窝基站把整个通信区域划分成如图所示的一个个蜂窝小区，小则几十米，大则几千米。我们用移动设备在GSM网络中通信

15、，实际上就是通过某一个蜂窝基站接入GSM网络，然后通过GSM网络进行数据(语音数据、文本数据、多媒体数据等)传输的。也就是说我们在GSM中通信时，总是需要和某一个蜂窝基站连接的，或者说是处于某一个蜂窝小区中的,GSM定位就是借助这些蜂窝基站进行定位。每个小区都有自己的编号，通过手机所在小区的识别号就可以知道手机所在区域。根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三基站定位方法，就能够计算出移动设备的位置。3.2 基站定位的几种方法3.2.1 蜂窝小区(COO)定位蜂窝小区COO(Cell of Origin)定位是GSM网获取位置信息来实现位置服务的主要定位技术。这种技术不需要对手机或网络做较大

16、的改动，因此能够在现有手机的基础上构造位置查找系统。这是一种单基站定位技术，即根据手机当前连接的蜂窝基站的位置，也即小区识别号(Cell-ID)来确定设备的位置,其定位精度取决于所在小区的半径。在城市，基站较多，定位精度可以达到200米左右；在基站密集的中心地区，通常小区划分的很小，这时定位精度可以达到50M以内；而在郊区，基站密度较低，定位精度只能达到一两公里。这种技术实现简单，投入成本小，只需分别对现有网络或手机作适当的改动，就可实现定位功能，是目前在无线网络中应用最广泛的定位技术，GSM网络定位就是采用这种Cell-ID定位方式。3.2.2 MSC城市定位城市定位MSC(Mobile S

17、witching Center移动交换中心)，又叫七号信令定位。MSC从GSM系统内的三个数据库(即归属位置寄存器、拜访位置寄存器和鉴权中心)中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。该技术以信令实时监测为基础，能够对移动通信网中特定的信令过程，如越区切换、自动漫游以及与电路相关的信令过程进行过滤和分析，可定位到一个小区，也可定位到地区，并将监测结果提供给业务中心。故适用对定位精确度要求不高的业务，如漫游用户问候服务，远程设计服务、平安报信和货物跟踪等。目前，国内各省和地区移动公司的短信欢迎系统采用的就是此种技术。3.2.3 多点测算定位上面所述都是属于单点定位，适用对定位精确度要求不高的业

18、务需求。在很多需要更精确定位的场合，都采用多基站或参考点定位技术来提高精度。多点定位技术主要有TOA/TDOA/OTDOA定位技术和AFLT定位技术。3.2.3.1 TOA到达时间定位TOA(Time of Arrival)定位是一种基于反向链路的定位方法，通过测量手机信号到达多个基站的传播时间来确定移动用户的位置。只需3个以上的基站接收到手机信号，就可以利用三角定位算法计算出手机的位置。但由于它对接收器的误差没有进行处理，误差较大。3.2.3.2 TDOA到达时间差定位TDOA(Time Difference of Arrival)定位，是另一种基于反向链路的定位方法，通过检测移动台信号到达

19、两个基站的时间差来确定手机的位置。至少需要3个以上的基站接收到手机信号，建立两个以上双曲线方程来确定交叉点的位置坐标。TDOA方法不要求知道信号传播的具体时间，可以抵消很大一部分时间误差和多径效应带来的误差，通常情况下定位精度高于TOA方式。由于蜂窝网络的功率控制功能，使得离服务基站近的手机发射功率小，导致相邻基站接收到的信号功率非常小(因而信噪比太小)，造成比较大的测量误差。针对这种情况的解决办法是，如在紧急求援呼叫时将手机发射功率瞬间调到最大，可以提高定位精度。手机振铃时的辐射功率比通话时大许多也是这个道理。3.2.3.3 OTDOA可观察到达时间差定位OTDOA(Observed Tim

20、e Difference of Arrival)定位，是根据3个基站与手机信号传播的时间差值进行定位的技术。移动终端向网络发送系统帧信号之间可观察到达时间差测量值，其中就包含测得的服务小区和邻近小区的定时差值。由于网络已知服务小区到移动终端的传播延迟，因此可以将移动终端提供的OTDOA测量值转换为OTOA，从而估算出基站到移动终端的距离。图中不同圆的交点就是估算出来的终端位置。由于存在测量误差，这些交点不在同一点上。3.2.3.4 AFLT高级前向链接三边测量定位AFLT(Advanced forward link three edge measurement)定位，是一种基于前向链路的定位方

21、法，运用于CDMA2000系统中。在进行定位操作时，手机同时监听多个基站(至少3个)的导频信息。利用码片时延来确定终端到附近基站的距离，最后用三角定位法算出终端的位置。AFLT使用GPS定位所有的基站，需要在网络中增加新的定位实体和定位中心，利用导频信息算出移动台的位置。AFLT三角定位的优点是，有无线网络覆盖的地方均可实现定位，比如在室内、汽车尾箱等；缺点是，由于需要监听多个基站的导频信息，受当时临近基站数量、网络信号强弱的影响较大，精度一般在几十米到几百米不等。AFLT高级前向三边测量定位 AOA到达角度定位3.2.4 到达角度(AOA)定位AOA(Angle of Arrival)到达角

22、度定位,是一种双基站定位的方法，基于信号的入射角度进行定位。如右上图所示，知道了基站1到设备之间连线与基准方向的夹角1，就可以画出一条射线L1；同样知道了基站2到设备之间连线与基准方向的夹角2，就可以画出一条射线L2。那么L1月L2的交点就是设备的位置。这就是AOA定位的基本数学原理。AOA定位通过两直线相交确定位置，不可能有多个交点，避免了定位的模糊性。但是为了测量电磁波的入射角度，接收机必须配备方向性强的天线阵列。3.2.5 基于场强的定位该方法是通过测出接收到的信号场强和已知的信道衰落模型及发射信号的场强值估计收发信短的距离，根据三个距离值就可以得到设备的位置。从数学模型上看，和TOA算

23、法类似，只是获取距离的方式不同。场强算法虽然简单，但是由于多径效应的影响，定位精度较差。3.2.6 多方式定位就是同时使用两种以上的定位方法来进行定位，通过各种定位方法之间结合使用、取长补短，以达到更高的定位精度。手机任何一种涉及地理定位的应用都是根据自己的功能需求来采取不同的定位方式。就基站定位技术来说，有些定位精度要求不高的应用只用COO蜂窝小区一种方式就可以了，也就是说定位到手机当前连接的蜂窝基站的位置甚至只知道哪个城市就足够了，例如天气预报、物流追踪、新闻类网站等应用就是如此。还有的应用在不同的应用场景下综合采用不同的定位方式。以消费购物类应用来说，当你一打开软件就立刻将你所在城市的商

24、品或消费商家展示出来，速度很快，因为它只通过单基站定位知道你在哪个城市就可以；接下来要查找附近的具体哪家消费场所，软件就需要综合采用单基站定位、多基站定位、三角定位、差分定位等方法来确定你的详细位置，所需时间显著增加，有的会出现左下图所示的等待画面，有的软件甚至还会要求你打开GPS或WiFi来精确定位。美团详细定位等待画面 WiFi无线定位示意图第4章 WiFi无线定位技术WiFi定位又叫无线AP(Wireless Access Point)定位，也有称之为网络定位，是近几年随着智能手机网络应用广泛普及发展起来的定位技术(如右上图所示)。以前，大部分手机都是通过手机内置的GPS模块接收GPS卫

25、星信号来定位，或者通过移动基站蜂窝网络来定位。到目前为止,GPS定位最广泛的应用还是在汽车、轮船、飞机等运输工具上安装接收器或者用户手持内嵌GPS模块的手机接受卫星信号，其最关键的限制条件是必须在空旷无遮挡的户外。现在建筑物越来越多，现代化程度越来越高，人们大部分时间都是在公共场所和私人建筑物内活动，GPS定位已经不能满足这些场所的应用，商场、住宅、地下车库等建筑物内都不能进行定位。那么基站定位呢？尽管通信信号的穿透能力很强，但由于基站铁塔之间的距离都很远，即使是采用三角定位等多基站定位方式，定位精度也很有限。随着智能手机的普遍应用，移动上网已司空见惯，WiFi联网功能已成为当今手机的标配，而

26、WiFi定位技术也随之兴起。WiFi网络能像基站一样发出信号，用户的笔记本、平板电脑、手机等移动终端都能接收信号。在很多GPS信号不好的情况下，只要能连上Wi-Fi就同样能够定位，应用范围广、门槛低。4.1 什么是WiFi?其实，WiFi的正式称呼是“无线保真”，它是一种可以将个人电脑、手持设备(如pad、手机、平板电脑)等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一种高频无线电信号，本身并不具备定位功能。无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。4.2 WiFi与WLAN、无线AP的区别在实际应用中，手机中的WiFi功能操作一般显示为“WLAN”，所以很多人都认为WLAN就

27、是WiFi。实际上，它们虽然有很强的关联，但也是有很大区别的。4.2.1 WLAN的基本概念WLAN(Wireless Local Area Network)是“无线局域网”的缩写，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系，是一种利用射频(RF)技术进行数据传输的系统。该技术的出现是用来弥补有线局域网络的不足，以达到网络延伸的目的。WLAN目前包含有多项协议标准，其中的两大标准为：802.11a标准，使用OFDM调制技术，工作在5GHz频段上，支持的最大速度为54Mbps；802.11b标准，运行在2.4GHz频段，采用CCK调制技术，支持的最大速度为1

28、1Mbps。802.11b的优势在于价格低廉,但速率较低(最高11Mbps)；而802.11a优势在于传输速率快(最高54Mbps)且受干扰少，但价格相对较高。另外，这两种标准运行在不同的频段上,不能工作在同一AP的网络里。802.11g是为了解决802.11a和802.11b不兼容问题而推出的标准，与以前的协议标准相比有两个特点：其一，802.11g运行在2.4G频段，使用OFDM调制技术，使数据传输速率提高到20Mbps以上；其二，802.11g能够与采用802.11b标准的WiFi系统互相连通，共存在同一AP的网络里，保障了后向兼容性。最新的第五代WLAN的802.11ac标准，已进入了

29、千兆网时代。4.2.2 WiFi的基本概念其实，WiFi是一个基于IEEE802.11系列标准的无线网路通信技术的品牌，目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。简单来说WiFi就是一种在办公室和家庭中无线上网使用的短距离无线通信技术，工作在WLAN系列标准中2.4GHz附近的频段。目前可使用的标准分别为IEEE802.11b和IEEE802.11g，分别支持最大11Mbps和54Mbps的速度。在信号较弱或有干扰的情况下，WiFi带宽可自动调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，有效的保障了网络的稳定性和可靠性。实际上，WiFi就是WLANA(无线局域网联盟)

30、的一个商标，该商标仅保障使用该商标的产品互相之间可以合作，与标准本身没有实质性关系，但因为WiFi主要采用802.11b协议，因此人们逐渐习惯用WiFi来称呼802.11b协议。从包含关系上来说，WiFi是WLAN其中的一个标准，包含于 WLAN中，属于采用WLAN协议的一项新技术。WiFi的覆盖范围最大为100米左右，而WLAN最大(加天线)则可达到5公里。4.2.3 无线AP的基本概念无线AP(Wireless Access Point)是“无线接入点”的缩写，也称无线访问点、会话点或存取桥接器，是一个包含很广的名称。它不仅单指无线接入节点本身，也同样是无线网关、无线网桥、无线路由器等类设

31、备的统称。单纯性无线AP就是一个无线的交换机，仅仅是提供无线信号发射的功能。其工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来，经过AP产品的编译，将电信号转换成为无线电讯号发送出来，形成无线网的覆盖。我们常说的WiFi热点，既是指WiFi信号源的位置点，也是指无线路由器一类的无线AP设备。无线路由器与无线AP的基本原理都是一样的，但无线AP的功率要比无线路由器大，覆盖范围也更广。前面已提到，无线路由器发出的WiFi信号覆盖范围最大为100米左右，而无线AP一般都是目视范围内2km覆盖，而且无线AP还有一个优势就是能接受的用户数比无线路由器多。再有,就是稳定性比无线路由器强，所以像大面积的公共区域无线信

32、号覆盖还是用AP，家庭小范围无线上网则用无线路由器，因为无线路由器价格比无线AP要便宜许多。这里需要说明一点，尽管很多公共场所的AP无线信号规格都大大超过WiFi的标准定义，平时我们习惯上还是称作WiFi信号。4.2.4 无线AP与无线路由器的区别：共同点：都能发射WiFi信号。不同点：AP仅发射信号，不能有其它的有线装置接入上网，AP地址段位于上级网段内，属于同一网段下的一个IP设备；无线路由器，除了发射信号外，还有24 个RJ-45插口，供有线设备上网。无线路由器端口还有WAN与LAN之别，其中LAN与WAN网段不一样，而AP是没有这样的端口的。从采用的技术角度来看，AP用的是桥接(有线网

33、卡与无线网卡桥接)，无线路由器采用的是NAT(网络地址转换)转发,把WAN过来的信号转发给LAN和无线网卡。如果覆盖面相对集中，一般用无线路由器就可以了，如果覆盖面很大(几平方公里以上)，需要AP+无线路由器的混合模式，其中AP主要做中继。4.3 WiFi应用快速增长的现状如上所述，由于WiFi通信技术快速进步和无线移动上网人群的急剧膨胀，二者的相互促进作用加速了互联网经济的蓬勃发展。加上厂商进入该领域的门槛比较低，只要在机场、车站、商场、图书馆等人员较密集的地方设置免费上网“热点”，即可吸引用户的移动设备接入互联网，为商家低成本的大面积商业推广铺平了道路。再加上家庭无线路由移动上网的普及，W

34、iFi无线热点的密度在城市已达到空前的规模。据2015年04月21日“中国报告大厅”网站报道，2014年全球公用WiFi热点数量超过了5000万个，比2013年增长了80%。其中，法国、美国和英国占据前三位，中国排名第四(491万个)。全球最大商用WiFi网络提供商iPass公司预计，到2018年时的全球热点数量将达到3.4亿个。有关的研究报告数据显示，目前一个WiFi热点对应的全球人口数量为150人，到2018年时，一个WiFi热点将对应20人。随着室内环境下的WiFi热点部署数量不断增加，越来越多的用户习惯在室内环境下使用WiFi网络，也使得WiFi定位的应用环境日渐成熟。相较传统的GPS

35、定位以及运营商的移动蜂窝网络定位，室内环境下WiFi定位的准确度更高也更稳定。正是看到了WiFi定位的市场前景，目前主流的WiFi设备厂商都在推广相关技术和产品，很多应用软件也利用WiFi定位技术获取商业数据。值得一提的是，现在科学家们已开始测试一种名为LiFi的全新无线数据传输技术，它的传输速度比当前WiFi技术快100倍。Li-Fi( Light Fidelity)的一般称呼是“可见光无线通信”，其原理是通过改变LED灯照明光线的频率进行数据传输，速度与典型的宽带连接不相上下。LiFi技术和WiFi技术的完美结合，可以使光信号和射频信号互相无缝切换，充分发挥可见光信号频谱宽和射频信号穿透性

36、强的优势，实现高速数据传输。未来的新一代无线通信技术已初露端倪。4.4 WiFi无线定位的原理那么，WiFi定位是如何实现的呢？大致的原理是：通过用户接入WiFi网络的信息，比如射频信号强度、时间数据等，再配合临近三个或者以上的WiFi热点，通过差分算法，就可以确定用户的位置。还可以通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库来确定位置。这个方法最初是由Google提出来的，目的是解决室内精确定位，原理类似基站定位。在环境理想的情况下，WiFi定位的精确度可以达到5米以内。具体的原理如下：4.4.1 每一个无线AP都有一个全球唯一的MAC地址MAC(Media Access Contr

37、ol)地址，意译为媒体访问控制地址，习惯上称为物理地址或硬件地址，长度为48比特(6个字节)，用来定义网络设备的位置。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM(一种闪存芯片，通常可以通过程序擦写)，它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。形象地说，MAC地址就如同我们的身份证号码，具有全球唯一性；并且一般来说无线AP设备在一段时间内是不会移动的。4.4.2 移动设备开启Wi-Fi获取周围无线AP的MAC地址移动设备在开启Wi-Fi功能的情况下，无论是否已连接，都可扫描并收集周围的AP信号,包括加密和未加密的WiFi热点,甚至信号强度不足以显示在无线信

38、号列表中,都可以获取到无线AP广播出来的MAC地址。关于这一点，经常用手机通过WiFi上网的用户都不乏这方面的体验：一打开WiFi开关，立刻就会显示一长串WiFi热点的列表。4.4.3 位置服务器完成移动设备的定位计算移动设备将这些能够标识无线AP的数据发送到网络中的位置服务器,服务器检索出每一个AP的地理位置,并结合每个信号的强弱程度,计算出设备的地理位置并回送到移动设备；4.4.4 定位数据准确性离不开位置数据库的不断更新和补充位置服务商要不断更新、补充自己的数据库,以保证数据的准确性,毕竟无线AP不像基站铁塔那样固定不动，而且无线AP热点的增减也比基站铁塔频繁。4.5 WiFi无线定位应

39、用的广泛性Wi-Fi定位可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪、搜救任务，总精度比较高，由于Wi-Fi路由器和移动终端的普及，使得定位系统可以与其他客户共享网络，硬件成本很低，而且Wi-Fi的定位系统可以降低了射频(RF)干扰可能性。Wi-Fi定位适用于对人或者车的定位导航，可用于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。近几年随着无人机应用的逐渐升温，WiFi定位技术也开始用在无人机搜救任务，通过受困者手机Wi-Fi信号来判断受困者的位置。无人机能在9米的辐射范围确定某一手机的位置，它通过在几个点收集手机发送的WiFi数据包，然后进行三角定位，找到受困者所在点。

40、手机需要开启Wi-Fi连接功能，系统依赖用户的唯一MAC地址来确定被经定位的用户身份。其实，Wi-Fi能够进行定位还要多亏了Android、iOS以及Windows Phone这些手机操作系统中内置的位置服务。每一个Wi-Fi热点都有一个独一无二的MAC地址，智能手机等移动设备开启Wi-Fi后就会自动扫描附近热点并上传它们的地理位置信息，这样就建立了一个庞大的热点位置数据库。相反，如果你的智能手机连上了某个WiFi热点，就可以调用数据库中附近所有热点的地理位置信息，而服务器会参考每个热点的信号强弱计算出移动设备的大致地理位置，最后再返回给用户。值得一提的是，虽然这种WiFi定位没有GPS定位的

41、精度高，但是却解决了GPS信号覆盖范围有限的问题，这就是为什么手机经常提示打开WiFi定位会更准确原因。第5章 辅助卫星定位(A-GPS)技术A-GPS(Assisted GPS)是“辅助全球定位系统”的缩写，A-GPS技术利用蜂窝通讯基站信息来辅助GPS模块进行手机定位。5.1 A-GPS技术出现的背景本文在前面已经分别阐述了GPS卫星定位和手机基站定位的原理，从中我们知道GPS定位从八十年代就开始了，手机基站定位也早在只有功能机的非智能时代就已出现，只不过在手机同时拥有这两种定位技术的早期，它们一般都是各自独立使用的。一方面GPS定位精度高，但卫星信号不能穿透建筑物对室内的终端设备定位；另

42、一方面，虽然蜂窝基站信号穿透力强，但由于基站铁塔之间的距离都很远，定位精度很低。智能手机逐渐占据移动通信的主流地位之后，移动互联网资源的有效利用加速了两种定位技术的融合，A-GPS定位技术开始大行其道。5.2 A-GPS定位原理A-GPS是一种结合了网络基站信息和GPS信息对移动设备进行定位的技术，可以在移动GSM/GPRS、联通WCDMA和电信CDMA2000网络中使用。该 术除需要手机内嵌入GPS模块并改造手机天线外，同时要在移动网络上加建AGPS位置服务器、差分GPS基准站等设备。A-GPS定位的具体工作流程如下：.手机从蜂窝基站获取到当前所在的小区位置(即一次COO定位)；.手机又将本

43、身所在的基站地址通过网络传输给A-GPS位置服务器；.A-GPS位置服务器根据当前小区位置查询该区域当前可用的卫星信息(包括卫星的频段、方位、仰角等相关信息)，并将这些GPS辅助信息返回给手机；.手机的A-GPS模块根据辅助信息提升GPS信号的第一锁定时间TTFF的能力，快速搜索卫星并接收GPS原始信号；.手机在接收到GPS原始信号后进行解调，计算手机到卫星的伪距(包括各种GPS信号误差影响的距离)，并将有关信息通过移动网络传输到A-GPS位置服务器；.位置服务器根据传来的GPS伪距信息和其他定位设备(如差分GPS基准站等)的辅助信息完成对GPS信息的处理，并估算该手机的位置,并通过网络将位置

44、信息传回到手机。5.3 A-GPS的MSB和MSA两种定位方式MSBMobile Station Based，基于终端定位；MSAMobile Station Assisted，终端辅助定位。前面介绍的定位流程前4步是A-GPS的主要功能，即由网络端的定位服务器下载卫星的星历数据或空间坐标信息传送给移动端，使其简化搜索卫星的过程，提高移动端进行GPS定位的速度。接下来的过程根据位置计算所在端的不同，分别采用两种方案：在移动端进行位置计算的MSB方式和在网络端进行位置计算的MSA方式。MSB方式中，接下来的过程与传统GPS定位完全相同：移动端的GPS模块在网络端的辅助下快速锁定卫星后，开始对卫星

45、原始信号进行解调和处理，根据处理后的数据独立进行精确定位计算，得到最终的位置坐标；而在MSA方式中，移动端在解调和处理卫星原始信号后就不再在手机中进行定位计算，而是执行第、步流程，将解调处理后的数据传给网络端的位置服务器去完成手机最终位置的计算。一般情况下MSA方式适用于卫星信号较差地方，实现单次定位；MSB方式适用于卫星信号较好的地方，特别是地图导航状态下的连续定位，如果采用MSA方式将会长时间大量消耗网络资源和流量。5.4 A-GPS定位的特点A-GPS解决方案的优势主要在其定位精度上。在室外等空旷地区，其精度在正常的GPS工作环境下，可达10米左右，堪称目前定位精度最高的一种定位技术。该

46、技术的另一个优点是，首次捕获GPS信号的时间大大缩短，一般仅需几秒，不像以前单纯依靠GPS信号的定位终端或手机，首次捕获时间可能要23分钟。很多使用过车载GPS导航仪的朋友都会有同感，早期只具有单纯GPS定位功能的手机也同样如此。由于A-GPS定位的技术优势，新一代智能手机的卫星定位功能很多都采用了A-GPS技术。另一方面，虽然AGPS技术的定位精度很高、首次捕获GPS信号时间短，但是该技术也存在着一些缺点。首先，室内定位的问题目前仍然无法圆满解决。另外，AGPS的定位实现必须通过多次网络传输(最多可达六次单向传输)，这对运营商来说，是大量占用了空中资源；对于用户来说，多耗费了移动网络流量。A

47、GPS的另一个问题是，使用老一点型号手机的用户要享受到A-GPS技术的好处，必须更换手机。好在目前智能手机的市场价格都越来越趋于平民化，手机换代时间大大缩短。再一个问题，就是AGPS手机比一般手机在耗电上有一定的额外负担，间接缩短了手机的待机时间。第6章GPS-One混合型定位技术A-GPS定位从形式上说也属于混合定位，只不过是借助GSM通信网络辅助GPS卫星进行定位，其核心还是卫星定位，不能解决室内环境下的移动设备定位问题。这里要介绍的是另一种现在比较常用的多模混合定位GPS-One定位技术。由于GPS及A-GPS技术中需要移动设备实时跟踪4个以上的GPS卫星信号，而且还需要根据获得的位置信

48、息完成当前位置的计算，这就造成了GPS终端体积较大、耗电较高的特点。GPS-One技术是美国高通公司在GPS定位技术基础上，针对上述缺点进行优化，并融合了Cell-ID、AFLT等蜂窝定位技术而形成的一项专利技术。GPS-One定位技术结合了高级前向链路三角测量法和辅助全球卫星定位，把GPS定位技术与通信网络和互联网络定位技术结合起来，是真正意义上的混合定位技术。GPS-One定位过程中，首先使用GPS定位确保定位精度、灵敏度和速度，接着在GPS卫星视野被部分或全部阻挡时使用CDMA AFLT技术定位，确保定位灵敏度。在上述定位手段均告失败时，使用起源蜂窝小区定位确保定位成功率。该定位技术避免

49、了AFLT技术在基站稀少区域定位效果差的问题，克服了GPS技术室内定位效果不佳的缺点。定位精度、灵敏度较高，终端耗电低，首次定位启动时间短。如果移动目标处于比较空旷的区域，其上空可见的卫星数量比较多时(不低于4颗)，则采用GPS定位方式，而不用借助地面网络中基站的一些参数。如果移动目标处于室内或其他复杂环境下，卫星完全不可见时，只能完全依靠基站对移动目标进行定位。根据可接收基站信号数目的多少，选择Cell-ID或AFLT定位。如果移动目标位于高楼林立的城市繁华地带或者室内的情况下，只有一两颗卫星可见，可以采取卫星和基站数据相结合的方式。下图就是采用GPS-One技术的无缝定位服务示意图。GPS

50、-One技术可用来解决CDMA手机的全球定位。该技术由于其定位精度高、快速、灵敏度高等优点，具有很大的发展潜力，成为一股不容忽视的发展趋势。第7章 移动定位技术的比较7.1 混合定位A-GPS和GPS-One的比较 A-GPS：全称是网络辅助的GPS定位,手机可以接收GPS信号，但要借助基站的辅助才能更快、更准确地定位。理论上说，A-GPS可以用于各种网络，就是说移动、联通、电信的网络都可以。GPS-One：是美国高通公司开发的基于CDMA标准的定位技术，通过在手机芯片上加载支持GPS-One协议的模块实现对手机的定位。目前只有中国电信的手机支持。比较：A-GPS的优势主要在其定位精度上。在室

51、外等空旷地区，其精度可达10米左右；其的缺点是在室内的时候，定位精度急剧下降。 GPS-One终端，在室外的时候，其实就是采用A-GPS的技术来定位，而在室内的时候卫星信号弱，则主要靠基站定位或无线网络定位。 因此，综合来说，GPS-One比A-GPS要强。7.2 几类定位技术的性能对照表技术类别 应用设备 首次定位 定位时间 可用性 定位精度 通信GPS定位 导航设备 15分钟 1秒以内 80% 310米 不需通信基站定位 手机 3分钟 无关 不确定 150200米 蜂窝网络AGPS定位 手机 20秒 25秒 95% 30米 移动网络WiFi定位 手机/笔记本/ 1秒 1秒以内 99.80%

52、 35米 互联网络PDA/电子标签7.3 定位精度比较的实例下面是笔者用同一部手机运行百度地图后，先后分别单独打开WLAN、移动网络、GPS设置所得到的不同定位精度结果，包括WiFi定位在街道上和建筑物中的差别： 在街道上只采用WiFi定位的精度 在建筑物内只采用WiFi定位的精度 在街道上只采用基站定位的精度 在街道上只采用GPS定位的精度从上面的四个手机截图中不难看出，在城市街道上进行手机定位，定位精度从低到高依次是WiFi定位、基站定位、GPS定位。而在无线AP热点密集的建筑物内，由于手机处于多个无线热点信号的有效辐射距离内，WiFi定位的精度就比在户外街道上高很多，与GPS定位精度不分

53、上下。第8章 定位参数获取、移动站识别及其它8.1 移动站的识别移动网络中的移动站是由两个部分构成的：一是移动设备，二是移动用户。目前移动设备的身份识别依靠两种标志：一种是机身识别码IMEI，另一种是网络地址码MAC。这两种设备标识参数都具有唯一性，是区别移动设备的唯一标志，用在不同的移动应用环境。而GSM蜂窝网络中移动用户的身份识别则需要IMSI码。8.1.1 IMEI或MEID码IMEI(International Mobile Equipment Identity)，是“国际移动设备标识”的缩写，又称为国际移动设备身份码，是手机的唯一识别号码。IMEI码由GSM(全球移动通信协会)统一分

54、配，与每台手机一一对应，而且是全世界唯一的标识码。MEID(Mobile Equipment Identifier)，则是CDMA手机的移动设备身份识别码，是由TIA(电信工业协会)进行分配管理的，和IMEI码的作用一样，也是每台CDMA手机或通讯平板设备唯一的识别标志。目前GSM和WCDMA(即中国移动和中国联通)手机终端需要使用IMEI码，而CDMA(中国电信)手机终端需要使用MEID码。8.1.1.1 组成：IMEI由15位16进制数字组成，但每一位仅使用09的数字，其组成为：前6位数：一般代表机型；接着的2位数：一般代表产地；之后的6位数：一般代表生产顺序号；最后1位数：通常是“0”，

55、为检验码，备用。MEID则是由14位全16进制数字组成，与IMEI的格式和作用类似。8.1.1.2 查看方法方法一：打开手机后盖板，取下电池，在电池仓的标签上就能看到(以三星S4手机为例)：IMEI：xxxxxx/xx/xxxxxx/0。方法二：在手机上操作步骤：“设置”或“设定”“关于手机”或“关于设备”“状态”或“状态信息”在界面上下滚动就可以看到IMEI或MEID码了。方法三：移动或联通手机：在拨号盘输入*#06#，即可显示出本机的IMEI码；电信手机：在拨号盘输入*#0000#，即可显示出本机的MEID码。（MEID号码的查看，目前没有一个通用的方法，由各手机制造商自己设置，可以通过咨

56、询厂商客服得到）。下面就是用三种不同查看方法显示出的三种不同型号、不同制式手机的标识码： 酷派7296联通双卡手机设置 努比亚z9 mini双卡全网通手机 酷派9190L电信双模手机后盖内状态显示的2个国际标识码 拨号显示的3国际标识码 背面标签上的3个国际标识码8.1.1.3 作用IMEI码主要用来查证手机的真伪：如果三种方法查出的IMEI码一致，手机是正品行货的可信度就非常高；如果再加上与包装盒上的IMEI码一致，就可以确信是正品了。当然，最权威的手机验真方法还是通过在“电信设备进网管理”官网上输入IMEI码来验真。 既然 IMEI码是手机鉴别的主要依据，那么，为什么Android系统的APP都要频繁地获取IMEI码呢？那正是因为APP要利用IMEI码作为手机标识的全球唯一性，被下载安装过的APP把手机的IMEI码读取出来，然后上传到其提供商的服务器上面。当同一个手机再次下载时，APP会读取手机IMEI码，并通过连接服务器校核本APP是否曾经在该手机上使用过。作为APP用户的唯一ID，IMEI是个很好的要素，所以基本上所有需要网络服务的APP都要读取IMEI来区分用户，而且是每次通信都需要读取。另一方面也是因为Android系统提供了直接读取IMEI的接口。8.1.1.4 关于双卡和双模手机的国际标识码8.1.1.4.1 手机卡制式的基本概念国内手机主要有两大基本制式：