物联网大作业

要两个站，这是一种自发式单区网，各站之间的关系是对等、分布式的或无中心的，如下图2～3所示。当WIFI网络采用这种无中心拓扑结构时，公用信道被各站点竞争使用，站点数太多时信道竞争就会使网络性能受到限制，导致这种拓扑结构只适合于小规模的WIFI网络。基础结构拓扑(Infrastructure)是一种有中心的拓扑结构，它至少要一个AP，如下图2—4所示。AP是BSA的控制中心，在该控制中心的管理下网络中的各个站之间进行相互通信。在一个基本服务区BSA中，一个站要与其他站进行通信，必须经过从源站点到AP和AP到目的站点的两跳转接过程。基础结构比自组网拓扑具有更大的通信距离和更高的网络吞吐性能，是现实生活中使用较普遍的一种WIFI网络拓扑结构。室内无线定位技术

三、 室内无线定位技术

（1） 室内无线定位技术的分类

室内定位技术有多种分类方法，其中按照信号测量技术不同的分类较为主流：它可以分为基于到达时间(Time of Arrival，TOA)测量的定位、基于到达时间差(TimeDifference of Arrival，TDOA)测量

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的定位、基于到达角度(Arrival of Angle，AOA)测量的定位以及基于接收信号强度(Received Signal Strength Indication，RSSI)测量的定位。 1.TOA／TDOA定位

OA和TDOA两种定位方法可以统称为三角测量法。电磁波在空气中的传播速度是已知的，信号发送端与接收终端之间的距离可以由信号传输时间和速度相乘得到。接收方利用信号的到达时间计算信号在介质中的传送时间，从而计算传播距离。这样，接收端的位置就限制在以发送端为圆心的圆周上，因此也可以叫圆周定位，如下图2-5所示。TOA要求接入点和定位终端有非常精确的时钟同步，为了避免这种外在同步，TDOA出现了。TDOA是利用信号到达两个接入点的时间差来估计用户位置的，因为其中利用了双曲线的原理，因此也称双曲线定位，其原理如下图2．6所示，不过这种方法也需要在定位终端配备相应的时间测量硬件，增加了定位成本。目前这两种定位方法均主要用于蜂窝网定位，在无线局域网定位技术中应用很少。

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2. AOA定位

基于AOA测量的定位方法的原理如下图2—7所示。在二维坐标系下，根据两个接入点的位置以及信号从AP点到达定位终端的角度，就能够估算出定位终端的位置，定位终端的估计位置即为由两个或两个以上AOA测量值求得的方位线的交点。然而，在室内由于布局设施的遮挡引起信号出现了多径传播现象，理想的视距传播被打破了，这样使角度的测量值也存在较大误差，不利于实现精确定位。

3. RSSI定位

基于RSSI(Received Signal Strength Indication)测量的定位可分为信号传输损耗法和位置指纹定位法。传输损耗法的原理是利用信号在特定的室内环境中的传播模型把接收信号强度RSSI转换成发送端与接收端之间的距离，该方法无需添加额外的硬件设备，成本较低。我们利用定位终端实时接收到的信号强度RSSI和信号传播模型公式，就可以计算出当前位置距离AP的距离，最后利用三个不共线AP采用三边法估计出当前位置。在特定室内环境中精确定义的信号传播模型是信号传输损耗法的瓶颈所在，只能确定的是无线信号的路径损耗在视距传播时与传播距离成对数关系。但是，在复杂的室内环

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境中，信号并不是视距传播，各种障碍物或走动的人员都会让信号产生衰减，不同的障碍物具有不同的衰减因子，我们很难找到～个确切的传播模型来精确描述信号在特定的室内环境中的传播特性，这就是利用信号传输损耗法定位存在的不利因素。

（2） 室内无线定位技术的选择

1. 传感网络的选择

在室内定位中，传感网络的选择范围比较广泛，包括红外线系统、超声波系统、RFID系统、蓝牙系统、Zigbee系统以及WIFI网络等。但是，红外线传播要求无遮挡的直线视距，因此它的传播距离较短，无法实现大规模的应用，同时红外线的传播受日照影响也较大；超声波因其相互之间干扰较大，每个时刻只允许单个移动标签单独发射超声波，这就增大了移动节点的定位延时，无法满足无线定位的实时性要求，并且超声波在人的日常活动中也极易产牛从而影响定位结果；RFID技术成熟，市场基础好，但作用距离不够长，一般最长也就达到几十米，只适合于室内的小区域定位；蓝牙设备昂贵，传输距离较短，易受噪声信号、复杂的空问环境干扰导致信号稳定性差，因此该技术存在适用范围小的问题；Zigbee技术刚刚兴起不久，其成熟度较低，而且因系统成本高和受用户使用习惯等因素的影响尚未广泛投入商业应用。室内定位因为WIFI网络的出现发展出一种新的定位方法。

较其他传感网络而言，基于WIFI网络构建的定位系统具有以下一些优点：

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1WIFI网络数字传输速度快、部署方便且成本较低，切合了现代○

人对宽带多媒体业务的需求，在许多公共场合和家庭都得到了广泛的部署应用。因此，我们可以利用现成的WIFI网络构建室内定位追踪系统，不需要安装添加其他硬件设备， 避免了专用网络体系结构的搭建，节约了定位成本。②WIFI网络的本质功能其实就是数据传输，基于此实现用户与互联网之间信息的双向交互。在利用WIFI网络实现定位时，定位用户不仪可以获知位置信息，还能够获得一系列基于位置的服务，这样大大提升了定位服务的用户体验，同时也充分发挥了WIFI网络的应用潜能，无形中展示了定位与WIFI相结合的优势。

③现在许多移动设备，如笔记本电脑、平板电脑、智能手机都内置了的WIFI的连接支持，这些移动终端可以便利地应用基于WIFI的定位系统，对定位系统的普及带来了便利。

综上分析，无线定位技术中对传感网络的选择方面，WIFI网络无疑是一种最优的选择。因此本课题选择了基于WIFI的室内定位作为研究对象。

2. 位置估算方式的选择

在上一小节中，本文已经介绍了几种典型的无线定位的位置估算方式。包括TOA／TDOA定位、AOA定位、RSSI定位。在基于Android的WIFI定位中，显然前三种方法因其硬件需求都无法直接运用其中，只能选择基于RSSI的位置估算方法。基于RSSI的位置估算方法包括信号传输损耗法和位置指纹法，前面已经对两种方法做了对比分析，信号传输损耗法进行定位的条件是建立精确的信号传播模型，指纹定

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