基于RSSI的室内定位系统设计与实现

嚣戮　移动互联网”专题｛ｉ　

基于Ｒ　Ｓ　Ｓ　Ｉ的室内定位系统设计与实现　

孔勇平，钟致民，杨广龙，张玉良　

（中国电信股份有限公司广州研究院，广东广州５１０６３０）　

【摘要】　

【关键词】　当前，手机定位技术尤其是室内定位技术的发展仍然不够成熟，已经成为制约ＬＢＳ发展的瓶颈。在研究定位技术　现状和发展趋势的基础上，提出～种新的室内定位方法，它依靠手机接收到的基站、Ｗｉ．Ｆｉ￣ＤＧＰＳ信号即可完成　室内环境的精准定位，具有简单、方便、灵活的优点，能够满足ＬＢＳ的发展需求。　ＲＳＳＩ　Ｗｉ．Ｆｉ　基站ＬＢＳ　Ａｎｄｒｏｉｄ　

中图分类号：ＴＮ９２９．５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—１Ｏ１ｏ（２０１　４）一０５—０（）３４—０５　

ｌ引言　

近年来，随着无线通信技术和移动智能终端的广　

泛应用，基于移动的ＬＢＳ应用服务发展迅猛。早期的　

ＬＢＳ系统主要应用于快速救援，比较典型的有美国的　

Ｅ９１１系统和欧洲的Ｅ１１２系统。随着ＧＰＳ的普及，ＬＢＳ　

的应用范围扩至军事、交通、物流、医疗、民生等领　域，用户可以查出到兴趣点的最优路径等信息”】。近两　年来在３Ｇ宽带移动互联网和智能手机的带动下，以手　

机为移动载体的ＬＢＳ系统被广泛应用。其主要特点是室　内室外都可以进行定位，定位精度高。　

目前市场上应用于手机平台的室内ＬＢｓ软件较　

少，本文将基于Ａｎｄｒｏｉｄ平台创建一个应用于室内环境　的ＬＢＳ系统平台，可以根据客户的位置提供相应的服　

务，该系统可以应用于众多的室内场所，如超市、书　

店、博物馆、火车站和商店等　ｌ。　

２基于Ａｎｄｒｏｉｄ的室内定位系统结构　

２．１移动端平台的选择　

Ａｎｄｒｏｉｄ平台是谷歌并购Ａｎｄｒｏｉｄ后在２００７年１　１月　

收稿日期：２０１４—０３—０３　责任编辑：左永君ｚｕｏｙｏｎｇｊｕｎ＠ｍｂｃｏｍ．ｃｎ　

３４　ｌ　发布的一款新的手机操作平台。Ａｎｄｒｏｉｄ基于Ｌｉｎｕｘ内　

核，采用了软件叠层的架构。最底层是Ｌｉｎｕｘ核心层，　

以ｃ语言进行开发，它作为软硬件之间的抽象层，隐藏　

了硬件细节而为其上层提供了统一服务。在核心层之　

上，是由函数库Ｌｉｂｒａｒｉｅｓ和运行￣ｔ（ｕｎｔｉｍｅ构成的中间　

层，用ｃ＋＋开发而成。其中Ｐ．ｕｎｔｉｍｅ中包括了Ａｎｄｒｏｉｄ　

核心库和Ｄａｌｖｉｋ虚拟机。核心库主要提￣Ｊａｖａ编程语言　核心库中可能用的功能，Ｄａｌｖｉｋ虚拟机的作用则是为　

每一个Ａｎｄｒｏｉｄ应用程序提供一个运行环境。中间层　

之上是Ａｎｄｒｏｉｄ的应用层，它包括了应用软件及框架设　

计。通过这个开放的平台，开发者们可以通过框架ＡＰＩ　

尽情发挥自己的想象力，利用Ｉａｖａ语言编写出各种各样　

的应用软件ｐ】。　正是由于Ａｎｄｒｏｉｄ采用了上述软件分层结构，开　

发者无需过多了解其他层次，而只需把应用层作为一　

个有机整体对其进行理解并作进一步开发。与此同时　

Ａｎｄｒｏｉｄ的下层体系又能对上层提供很多服务，非常有　

利于标准化工作。同其他的手机平台相比，Ａｎｄｒｏｉｄ拥　

有的Ｌｉｎｕｘ内核在网络性能方面更为出色，对硬件平台　

的适应性更好。另外，Ａｎｄｒｏｉｄ手机提供的无线ｗ卜Ｆｉ　

以及ＧＰＳ等功能，使用户可以非常方便地联网（本系　统的设计就是应用了Ａｎｄｒｏｉｄ平台自带的Ｗｉ—Ｆｉ无线网　

络连接设备，在程序中可以非常方便地调用及停止此　功能　）。基于Ａｎｄｒｏｉｄ平台的以上特点，本系统选择　

Ａｎｄｒｏｉｄ为ＬＢＳ系统的底层平台。　

２．２定位技术的选择　

这几年室内无线定位技术迅速发展，一些新型定　

位技术在商场、大型楼宇、工厂等场景中得到了广泛　

应用，比如ｗｉ—Ｆｉ技术、蓝牙技术、ＺｉｇＢｅｅ技术等。　通过对比，本文选择Ｗｉ—Ｆｉ技术作为室内定位的主要　

技术手段，配合手机的ＧＰＳ功能，可以实现室内外全　

覆盖定位。与其他技术相比，ｗｉ—Ｆｉ技术具有诸多优　

点，如：无线电波的覆盖范围广，可以在整栋大楼中　

使用；传输速度快，利于实时交互；成本低，无需额　

外设备。　

当前，Ｗｉ—Ｆｉ定位技术主要分为四种：ＴＯＡ（基　

于信号到达时间的定位）、ＴＤＯＡ（基于信号到达时　

间差的定位）、ＡＯＡ（基于信号到达角度的定位）、　

ＲＳＳＩ（基于信号强度的定位方法）。这四种方法中，　

ＲＳＳＩ方法不需要增加额外的硬件设备就可以进行定　

位，在室内网络环境稳定时，其定位结果较为稳定精　

确，因此本文采用ＲＳＳＩ定位算法。　

２－３定位流程　

利用ＲＳＳＩ进行定位，需要在区域内布置多个ＡＰ，　

然后将区域划分成多个子区域，分别采集子区域内的　ＡＰ信号强度，采集时可以根据区域大小决定采集数据　

的密度　】，然后将信号强度数据上传到服务端，这样就　

可以据此绘制出位置一信号强度分布图。　

当客户端进入这些区域时，手机将会自动实时采　

集这些ＡＰ信息点发出信号的强度，将这些数据传到服　

务端，在服务端将客户端传来的每个ＡＰ点的信号强度　

值与已经采集的信号值进行比对，通过一定的算法得　

到最接近于实际信号强度值附近的目标区域，从而对　

用户进行定位，并将定位结果返回给客户端。　定位流程如图１所示。　

３室内定位系统的结构设计　

本文的ＬＢＳ室内定位系统可以分为三大部分：客　

户端、服务端、数据库。客户端用于采集室内信号强　

度信息、位置信息，被定位端实时上传数据，定位端　

请求定位。服务端用于管理客户端的设备信息、位置　；ｉ“移动互联网”专题戮；　；　

［　用户　］　采ｌ定Ｉｆ　显　集　Ｉ　位Ｉ　ｌ　示　

ｌ　采集端ｌ　Ｊ定位端Ｉ　ｌ被定位端『　，　Ｊ　ｌ　ｆ　ｌ　ｆ　委　

室内定位管理平台　

处　返　指　理　回　纹　数　结　匹　据　果　配　１　ｒ　，　１　—）　ｌ　Ｌ—苎筑物信息，自动采集数据多模指！　—一　

图１　定位流程图　

信息，查看状态信息，并完成定位算法。数据库用于　存储信号强度信息和室内位置信息。　

系统结构如图２所示：　

采集多模信号　（ＧＰＳ／Ｗｉ—Ｆｉ／ＣＤＭＡ　／ＧＳＭ／ＧＰＳ）　

ｊ　Ｉ　信号过滤　＝工　

ｉ　Ｉ　信号过滤　

、薹　公共位置服务ＡＰＩ　

环境识别ｌ　ｆ坐标偏转　

算法调度　二［　定位算法　路网修正　—　一　逆编码　

『位置，Ｗｉ－Ｆｉ／Ｃ１）￣／ＧＳＭＩ　

图２系统结构图　多模采集信号　Ｗｉ—Ｆｉ／ｃＤＩｎ／　ＧＳ艟／ＧＰＳ　

信号过滤　

多模数据上传『　

４室内定位系统的实现　

如前所述，本系统主要分为客户端、服务端、数　

据库三部分，其中客户端主要实现用户数据采集和定　

位显示，服务端主要实现设备管理、位置管理等管理　

功能，数据用于存储数据信息。系统的物理结构如图３　

ｌ３５０　５　２　１４年第期ｌ

　嚣戮　移动互联网”专题；ｉ　

所示，软件结构图如图４所示。　

图３物理结构图　

厂一　定位表ｌ　Ｉ位置表Ｉ　

厂　－－＿＿　采集入库Ｉ　．．．．．．　ｌ　Ｉ　ｌ－－－■　采集终端卜＿　＿一　注册心跳Ｉ　Ｉ位置管理Ｉ　．＿（　

定位端Ｌ＿　＿＿一　｛定位请求Ｉ　－●　定位管理１ｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　被定位端Ｌ　＿一　１指纹上报Ｉ　终端管理Ｉ４－＝－　！！！里　竺　竺　ｊ　Ｉ　ｌ　Ｉ　终端　Ｔｏｍｃａｔ￣务器　Ｗｅｂ呈现　通讯前　置模块　

图４系统模块图　

根据功能的不同将系统划分为以下几个模块：终　

端设备管理模块，指纹数据管理模块，位置信息管理　

模块，运行时管理模块，定位服务管理模块。　

４．１终端设备管理模块　

在使用系统时，终端设备第一次与平台建立连　

接后，需要在平台上注册，并在平台端生成一个注册　

码，对设备类型进行授权。当完成这些操作后，平台　

向终端发送注册码以及设备参数。　

４．２指纹数据管理模块　

当终端采集设备连接到平台时，采集端可以通过　

ｗｉ—Ｆｉ、宽带网络等通信方式，将采集到的指纹数据　

直接上传至平台，省去人工上传的附加动作。如果采　

集终端由于某些原因不能和平台建立连接，无法保证　

数据实时的传送到平台中心，那就可以通过平台提供　

的离线导入功能，将采集到的指纹数据上传至平台。　

４－３位置信息管理模块　

位置信息是对实体建筑物在平台上的模型进行　

３６　Ｉ　转换，平台将一个位置划分为建筑物信息、楼层信　

息、楼层内部房间及公共空间等。通过对位置信息的　

管理，可以将一个实体建筑物划分为可分开管理与维　

护的位置单元，从而可以在各个细分位置单元进行如　

数据采集与定位结果展示等操作。每个建筑物都有对　

应的楼层平面图，为了在平台端更直接地细分位置单　

元、建立更为详细的位置信息，平台支持在楼层平面　

图上直接标注房间及公共空间等细粒度维度信息。　

楼层平面图需为标准ＳＶＧ格式，在建立楼层时可　

同步上传对应的楼层平面图ＳＶＧ文件。位置信息添加　

是建立位置信息的基础，通过手工建立位置信息及位　

置邻接关系，将现实实体模型转换为平台可识别的数　

据模型。位置信息是进行数据采集及定位结果显示的　

基础。由于用户可能不能及时上传楼层平面图ＳＶＧ文　

件，该模块可以直接通过手工输入的形式进行位置信　

息的添加。　

可以对已经添加的位置信息进行修改与删除操　

作，同时可以添加新建筑物，选择对应的建筑物可以　

添加新的楼层信息，选择建筑物楼层信息可以添加新　

的房间及公共空间信息。　

当进行删除操作时，如果选择删除建筑物信息，　

那么该建筑物下的楼层、房间及公共空间信息也将随　

之删除；如果选择删除楼层信息，则该楼层下的房间　

及公共空间信息也随之删除。可单独删除房间及公共　

空间信息。　

终端采集设备在进行采集数据工作时，需要先下　

载对应的位置信息；当终端采集设备首次下载位置信　

息或者需要更新位置信息时，终端采集设备需要连接　

到平台。　

４．４运行时管理模块　

运行时管理主要针对当前连接到平台且正在运　

行的终端设备，包含采集端、定位端、被定位端等终　

端设备，其功能包括手工删除在线设备、重置在线设　

备、修改在线设备参数等。它是定位端查询可被定位　

终端设备、向平台发起定位请求的基础模块。　

为有效管理终端设备，每个终端设备在启动、运　

行和关闭过程中，都会在指定时间范围内向平台发送　

心跳包信息，以便平台动态掌握终端运行状态。平台