室内被动定位项目方案建议书

室内被动定位项目方案建议书室内被动定位项目方案建议书室内被动定位项目方案建议书室内被动定位一、市场需求案例1：系统的基本设想是利用AP检测周围的打开wifi的wifi设备（主若是智妙手机）的信号，从而获得这些设备的MAC地址和wifi信号强度等信息。统计这些信息，并依照信号强度可以计算出大概的用户地址。这些信息对于线下商场等商务场合统计用户信息，挖掘潜力用户是很有价值的；另一类是马路边统计车流。案例2：二、主流技术手段及已有项目积累对于室内定位而言，确定性定位算法和概率性定位算法是两个主要的室内定位算法。确定性定位算法一般是基于TOA、TDOA、角度类信息来计算目标地址，这类方法多用于UWB（抗多径能力强）、超声波系统（时间要求精度低）。概率性算法一般基于RSSI成立的指纹库找寻定位或RSSI反推流传距离，这类算法定位精度低，多用于wifi、蓝牙等系统。三、解决方案及系统架构考虑到本项目的应用目的，建议采用基于wifi/蓝牙的指纹定位方法，一方面不需要定制终端，直接利用手机自带的wifi模块或蓝牙模块即可完成定位；另一方面考虑到被动定位的需求，可以不再终端上安装任何软件，只在网络侧完成定位。下面对该定位方案及系统办理流程详述。6.1基于地理指纹的室内被动定位全部的WiFi终端有两种方式可以获得周围的无线网络：一种是被动扫描，移动终端经过监听周围AP发送的Beacon（信标帧），该帧供应了AP及RSS信息；另一种是主动扫描，搬动终端主动发送一个探测央求帧（ProbeRequest帧），通过收到探测响应帧（ProbeResponse）获得网络信号。本方案利用搬动终端主动扫描接入AP时，AP被动接受其RSS来完成被动定位。研究发现，搬动终端发出的探测央求帧里面包括有MAC地址，监听由搬动终端发出的探测央求帧（ProbeRequest帧），提取其中的MAC地址、时间戳、RSS。基于以上解析，本方案供应一种被动定位数据采集方法，搬动终端MT（mobileterminal）拥有WiFi模块，利用搬动端在WiFi打开时，会发出扫描信号，经过室内部署的AP检测扫描信号，捕获搬动终端MT的信号强度RSS，交由服务器在已经表现训练好的指纹数据库中进行般配找寻，完成室内被动定位。方案表示图：本方案供应一种新式的获得RSS技术来督查无线终端。在获得RSS值时，移动终端并未和接入点设备链接，在搬动终端不过打开WiFi功能，即可实现搬动终端的RSS捕获。6.2被动定位系统办理流程：1）成立地理指纹数据库：离线阶段在室内各个参照点处，检测搬动终端的RSS失散值，每个AP获得的RSS组成一个向量，同时计算在一段时间内每个AP上RSS值对应的先验概率。这些概率值和RSS组成一个矩阵——离线地图（地理指纹数据库）。起初标定每个参照点地址坐标，成立各AP端捕获搬动终端接收信号强度矩阵（表1），一段时间内，每个AP共获得n个RSS值，并在统计后获得各个RSS值对应的先验概率矩阵（表2）；表1某参照点RSS矩阵AP1AP2APm时间点1RSSRSS21RSSm1112RSS12RSS22RSSm2n-1nRSS1nRSSmn表2某参照点RSS先验概率矩阵RSSj1RSSj2RSSjnAP1P11P12P1n2m-1mPmn注：成立以上两个矩阵时进行向量预办理，将不满足阈值的值剔除阈值：接收信号强度：90dBmRSS1dBm；先验概率：3%2）在线定位：经过“先验概率近来邻”算法与指纹库里每个参照点的RSS值做般配运算，取出差别最小的前K个参照点，利用选出的参照点的坐标取平均值，获得最后定位结果。KNN算法：依照搬动终端在测试点处RSS值、参照点RSS值和先验概率，计算测试点与参照点的欧氏距离（公式(1)），提取欧氏距离最短的前K个参照点，求其坐标的平均值作为测试点的定位坐标m2DsRSSjtRSSj(1)j其中，RSSjt表示搬动终端在测试点处第j个AP接收的信号强度，共m个AP；RSSj表示第j个AP的RSS平均值。四、定位算法从前简单起见，以KNN算法为例，介绍了整个定位流程，此处重点介绍P-KNN算法。RSS统计分布其实不是遵从高斯分布，大部分是偏左，这是因为室内条件下移动终端与AP间的视距条件，在恶劣情况下，甚至产生严重的2峰值。P-KNN：将离线阶段每个RSS值得先验概率运用到计算欧氏距离中（如公式(2)）mnDsPjiRSSjtRSSji(2)ji提取欧氏距离最短的前K个参照点，作为地理指纹数据库中的参照点与测试点差别最小的K个参照点。五、被动定位系统建设6.1手机与AP成立连接的过程：搬动终端与AP成立连接的过程包括以下几个步骤：1)终端在全部13个信道发送探测央求Proberequest。AP在收到央求此后做响应应答Proberesponse。终端经过选择应答数据包中信号最强的AP连接。终端发送身份认证信息。AP认可了终端的认证信息并注册，成立连接。AP不广播SSID，搬动终端是无法知道要向哪个信道去发送连接央求的，所以这时候搬动终端会向全部13个信道发送探测央求，直到收到AP的应答，然后就能进行后边的连接过程了。6.2手机探测央求帧的结构：1）RSSI信号强度获得最上层是Ethernet帧格式。前面12字节分别是目标MAC地址以及源MAC地址。Type字段可以为0x0800，代表后边的数据是IP包；当Ethernet帧要在无线网络上传输时，必定先将其变换为LLC帧，如中间一层所示。这类变换方法由RFC1042规定。它主要在MACheaders和Type之间增加了4个字段。它们统称为SNAPheader；最基层是无线局域网中的帧，网卡增加在802.11MAC头部前的数据，记录了信号强度、噪声强度和传输速率等物理层信息。2）找到probeRequest帧：3）找到时间戳和MAC地址注（iOS8使用随机mac发送probe-request）6.3路由器获得“探测央求帧”的设备改造1）使用开源AP经过装有openwrt的wifi设备可以获得到的主要指标就是周围处于打开状态的wifi设备的MAC地址和这些设备的wifi信号强度。原理是经过抓取monitor模式的无线网卡的MAC层的管理包。即可分辨出这些设备的MAC和信号强度。使用到的程序包括iw,iwcap,iwinfo,getmac.sh,getclient.sh等五个程序。全部的这五个程序都是运行在Openwrt平台上的，前三个程序是C程序，后两个是简单的shellscript程序。前两个是系统支持的工具，后三个是我们自主完成的程序。表3Openwrt所加载的程序程序作用iw

辅助完成openWRT系统的网卡的管理，创办一个monitor模式的网卡iwinfoiwcap

获得已连到当前AP的wifi设备列表及设备的MAC和信号强度抓取特定的prorequest数据包，并且截取这个包中的源MAC地址信息和信号强度数据。经过简单的数据格式的办理后用TCP协议发送getmac.shgetclient.sh

到指定的服务器的程序（也是一个TCP客户端）iwcap程序会调用这个脚本，获得本AP的MAC地址调用iwinfo以获得连接到本AP的wifi设备列表软件安装及操作步骤：使用SSH登录到openwrt，执行opkgupdate更新可用的软件列表安装iw和iwinfo把编译好的iwcap程序，如iwcap_1_ar71xx.ipk用scp发送到openwrt系统把getmac.sh,getclient.sh两个程序用scp发送到openwrt系统的/bin目录下，并且更正权限为可执行启动前第一需要使用iw工具创办一个monitor模式的虚假无线网卡启动iwcap客户端程序服务器接收信息2）使用定制AP：自己做硬件选型（ProbeRequestSniffer制作）设备选型1：MeshliumXtreme可供应信息设备选型2：六、睁开计划6.1算法半实物仿真6.2基于服务器的工程