基于WiFi的室内定位中AP选择方法研究

伊海波+卫文学

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摘要：该文对现有室内定位中的AP（Access Points）选择算法进行了研究。首先，从时间、地点、方向等方面对AP信号造成的影响进行了实验分析，得出AP选择的重要性。其次，从国内外的研究现状出发，对基于WiFi的室内定位中AP选择算法进行了分类和对比分析，讨论算法的优缺点，分析显示室内定位算法的研究注重定位精度和能源消耗之间的平衡，最终得出结论。

关键词：室内定位；AP选择；WiFi；定位精度；能源消耗

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）21-0242-03

Abstract： The paper examines the AP selection algorithms in existing indoor location schemes. Firstly， it looks into the impacts such aspects as time， location and orientation have on AP signal through experiments， showing the importance of AP selection. Secondly， based on the research both at home and abroad， this paper categorizes and compares the AP selection algorithms in Wi-Fi-based indoor location and discusses their strengths and weaknesses. The analysis shows that research on indoor location algorithms place a great emphasis on the balance between location accuracy and energy consumption. Lastly the paper arrives at conclusions.

Key words： indoor localization； Access Points select； Wireless Fidelity； location accuracy ； energy consumption

1 引言

根据无线信号与不同的地理位置进行匹配映射的关联特点，基于WiFi指纹的室内定位技术通过建立WiFi信号强度（RSS）和地理位置的映射关系來实现位置的定位，即不同地理位置上接收到的WiFi信号强度是不同的。在复杂的室内环境中，受多种因素的影响，AP信号的传播变得非常复杂和多变，比如有气候的变化、人体走动、多径效应、墙壁门窗的遮挡、其他信号干扰等因素；而实时定位的精度以及稳定性也会受AP的性能、AP的数目、采样点的方向、时间等多种因素的影响。这样会导致AP信号指纹与地理位置的映射关系发生变化，造成定位精度大幅度的降低。因此，为了提高基于WiFi指纹的室内定位精度和稳定性，本文首先对影响室内定位精度和稳定性的因素进行了实时的分析，然后从国内外研究现状出发，总结定位精度与多种因素的关系和其他方法[1-2]。

2 室内定位的影响因素分析

基于WiFi的室内定位由于受室内环境的多种因素影响，室内中人群的走动和气候的变化影响AP的信号强度变化；受墙壁和橱窗等障碍物的遮挡和阻隔造成AP的信号传输发生折射和衍射；AP信号随着时间的推移也会发生变化[3]。为了更加深入的了解影响室内定位的因素，本文对场景中室内因素进行的实验分析。实验场景为山东科技大学J13办公楼，包括走廊、办公室、机房等。

2.1 AP信号强度变化情况

如图1所示，在固定采样点对多个AP进行采样，然后对每个AP的信号强度进行统计分析，得出每个AP的信号强度变化近似成高斯分布。这对指纹库中数据的处理与存储有很大的帮助。

2.2 同一采样点不同时间采集到的AP数目

如图2所示，由于周围环境的变化比如人员走动等因素，同一位置的不同时间接收到的AP个数也会变化。所以，构件指纹库和在线定位时接收的AP信号数据，应该选择适当的AP进行数据过滤。

2.3 同一时间不同采样点采集到的AP数目

在复杂的室内环境下，受到房间环境的干扰，一些AP信号干扰比较大，有时候不仅会出现波动，还可能接收不到。所以，不同位置接收到的AP数目不一样。从图3可以看出，不同位置接收到的AP数目在变化的，而且相邻位置采样感测到的AP数目也有很大不同。

2.4 AP数目对误差的影响

图4是对实验环境内定位精度的一个分析，本分析是使用简单的确定性的KNN定位算法，在20个参考点的情况下，对指纹库中，RSS信号强度向量的一个维度的分析。由于不同AP对定位精度的贡献值不同，从来表现出定位精度的大幅变化。可以看出从维度为11到20时定位精度在3m左右。

总之，在复杂的室内环境中，由于空间小，房间结构复杂，比如墙壁、门窗的遮挡，人员的走动等，导致无线信号传播呈现多径传播效应，使得AP信号不稳定，变化多样。这就给室内定位精度的提高和定位精度的稳定性带来了挑战，以上分析的因素就是几个因素。所以AP选择至关重要，AP选择既可以大幅度的克服以上问题，又减小计算开销。

3 AP选择算法研究

随着基于指纹的WLAN室内定位技术的发展，许多学者也提出了相应的AP选择算法。最简单的AP选择算法是将所有能接收到信号的APs都作为采样对象，这样可以增加指纹库的存储并且加大在线定位的计算量。下面总结了几种AP选择算法。

3.1 MaxMean方法

摘要：在二十世纪九十年代左右，世界开始进行信息时代，信息时代主要是以信息技术为基础的，信息技术与其他行业紧密地联系在一起，促进传统行业的发展。目前，很多的信息技术产业开始发展起来，已经成为经济增长的推动力，实现企业发展信息化，是时代发展的需求，也是企业自身进行发展的需求。在国民经济增长的过程中，信息化水平已经成为一个国家经济增长的重要标准，也是判断一个国家综合国力强弱的关键点。因此，世界上多数国家都将信息化建设作为本国经济发展的重要战略目标。随着信息时代的不断深入，信息化已经渗入到各行各业的发展过程中，成为行业发展的重要支柱，网络技术的不断发展，为信息化提供更好的发展空间，成为新的信息网络技术，促进电力行业的发展。

关键词：信息时代；电力系统；信息化

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）21-0238-02

在信息时代发展的过程中，各行各业和国家都开始普遍关注经济的发展状况，电力行业作为国家的垄断行业，直接关乎到国计民生。在电力行业的发展过程中，需要对市场竞争的状况有一定的了解，促进电力行业的发展，实现电力系统信息化是国家和社会普遍关注的焦点，实现电力系统信息化，有助于社会人群对国家电力行业的发展现状有个大致的了解。此外，实现电力系统信息化，需要建立起有效的信息监督机制，增强各电力部门对信息化电力系统的管理，推动电力系统管理过程中的透明化。在信息时代背景下，我国的电力行业需要建立起一套以信息技术为中心的电力系统信息化的管理机制，不断深化电力行业的改革，促进电力行业的长远发展。

1 信息时代的概述

随着计算机的产生，信息技术随之发展起来。计算机具有处理速度快、处理功能强大、储存容量大、方便快捷等特点[1：1-63]，因此，在信息处理的过程中发挥着至关重要的作用，随着信息处理技术的不断发展，信息资源的共享已经成为资源发展的新追求。现代科学技术的不断发展，人类世界拥有了超强的信息处理机器——计算机，可以有效的促进资源的开发和利用，可以将信息资源转化为各种知识产品，促进社会经济的发展。信息时代的出现，主要是以计算机为处理工具的信息技术的运用，可以有效的对信息资源进行开发、利用，促进社会经济的持续增长，创造出更多的信息资源产品，提高产品的附加值。

在信息时代的发展过程中，信息技术开始与现代各种通信手段进行融合，开始影响人们的生活形式和生产劳动模式。在信息时代中，人们在实际的生活中都会用到信息资源，信息技术与现代通信技术的完美结合，促进社会经济的快速发展。随着信息时代的不断深化，信息产业在国民经济增长中占据很大的比例，为国民经济的增长提供了新的经济增长点，促进国家经济的快速发展。

2 在信息时代的影响下需要电力行业进行相应的改革

2.1 电力行业的管理更加透明化

随着信息时代的不断深化，国家对电力行业的发展和管理越来越重视，由于电力行业在运行的过程比较复杂，增加了电力管理工作的难度。竞争作为一个行业经济发展的基础，通过市场竞争，可以有效的提高企业的生产效率、促进企业技术的创新，为社会经济发展提供动力[2：1-56]。在社会主义市场经济体制下，要想实现我国电力行业的长远发展，就需要对电力资源进行优化配置，采用最低的价格，获得最好的质量，促进电力行业的发展。电力资源关乎国计民生，实现电力系统信息化需要对电力行业管理模式进行改变，需要对电力行业的内部管理机制、经营模式等方面进行改革，逐步实现电力行业管理的透明化，促进电力行业的发展。

2.2 为电力行业的发展创造了良好的外部环境

随着信息时代的到来，各种通讯技术、电力技术、信息技术开始在电力行业得到广泛的运用，为电力行业安全运营提供相应的技术支持，也为电系统信息化提供丰富的信息资源，推进电力行业在生产、传输、经营等方面管理的公正化和公开化[3：1-59]。为政府电力资源信息化管理提供依据，加大了政府对电力资源的监控力度，提高了政府对电力资源的管理水平。在电力资源的生产、运营等方面，都需要利用现代的计算机监控系统进行过程监控，提高电力行业的生产效率，促进电力行业的发展。

3 电力通信为电力系统信息化发展提供机遇

3.1 有利于建设覆盖全国的电力信息网

随着我国电力通讯技术的不断发展，在电力行业的生产、经营、管理等方面都占据重要的地位，可以有效的推动电力行业的发展。目前，我国的电力通信网已经覆盖了全国大部分电力行业，随着电力通信网的数字微波通信线路的不断发展，电力通信网的覆盖面也会越来越广。有些地区的电力行业开设了数字数据网，组建一个的电力集群移动通讯系统。此外，在电力资源的调度、远程信息的传播、数字数据的共享等方面都建立了电力通信网，还设立了电力行业发展的国家电话会议网，有效的提高国家电力行业的管理水平。

3.2 不断改革我国的输变电网络

随着现代科学技术的不断发展，电力光纤通信随之产生，并在电力通信行业得到广泛的应用，将电力光纤通信运用于我国的输变电网络中，提高电力资源的利用效率。目前，很多城乡的输电线路建设中，都采用电力光纤通信技术，建立许多的变电站，将发电站的信息、继电保护情况、数据信息等方面的信息通过电力光纤通讯网传递至全国各地[4：1-57]，实现电力资源的管理、建设资源的共享。

3.3 丰富我国中低压电力线资源

电力通信在电力行业的生产、经营过程中占据着重要的地位，而我国的中低压电力线通信在市场竞争中具有独特的优势，不断完善电力系统的基础通讯设备，还在电力资源的中高压电力缆路等方面进行发展，不断将低压入户电力线路进行完善。

4 电力自动化为电力系统信息化提供机遇

4.1 形成全方位的电网调度系统