摘 要

在如今的生活中，应用于建筑内部的室内定位技术吸引了许多的学者对其进行研究工作。在传统上，全球定位系统（GPS）信号被建筑材料隐藏在建筑中，导致其对于室内位置的提取变得没有太大用处。相比之下，使用无线以太网IEEE 802.11（Wi-Fi）的室内定位具有价格低廉的优点，在公共场所的任何地方得到了广泛使用。WIFI室内定位技术已逐渐成为用于室内定位系统中的主要无线技术。使用WIFI室内定位系统主要有两个优点：首先，基于无线网络的硬件环境已经达到了可以使用的水平，不需要任何新的安装或修改； 第二，具有IEEE 802.11WIFI连接功能的移动设备，例如笔记本电脑，平板和智能手机，已经变得非常普遍。Android系统现在已经是使用最多的智能手机操作系统，而且Android系统自身具备有连接WIFI热点的功能。在这个基础上，本次论文以Android系统为基础，对WIFI室内定位技术进行了研究。

首先查阅大量相关的文献资料，对比分析如今国内外WIFI室内定位技术的研究状况，明白本次课题的研究目的及意义。其次对室内定位技术的原理进行介绍分析，对比WIFI室内定位技术的优势，再对WIFI室内定位技术的算法进行分析，最后使用指纹定位算法中的K近邻算法（KNN）作为本论文使用的算法，并对其进行一定的改进。之后对最近邻法（NN），K近邻法（KNN）、K加权近邻法(WKNN)进行MATLAB仿真，对它们的定位性能差异进行分析，并对算法中的各参数进行性能分析，找到最佳参数值。最后对Android系统进行介绍，包括Android系统的架构和四大开发组件，并且对四大组件中Activity的生命周期进行了详细介绍，以Android系统为平台进行定位技术的研究。

关键词：Android，WIFI室内定位，指纹定位算法，KNN算法

Abstract

In today's life, the indoor positioning technology used in the building attracts a lot of research work. Traditionally, the Global Positioning System (GPS) signal has been hidden from the building material in the building, resulting in its lack of use for indoor location extraction. In contrast, the use of wireless Ethernet IEEE 802.11 (Wi-Fi) indoor positioning has the advantage of low price, in any place in public places has been widely used. The WIFI signal has gradually become the primary wireless technology for indoor positioning systems. There are two main advantages to using WIFI's indoor positioning system: first, the hardware environment based on the wireless network has reached the level that can be used without any new modification or installation. Second, the mobile device with IEEE 802.11WIFI connection function, Such as laptops, PDAs and smartphones, have become commonplace. Android system has now become the most used smartphone operating system, and Android itself has a connection WIFI hotspot function. On this basis, this paper based on the Android system, the WIFI indoor positioning was studied.

First of all, read a large number of relevant literature, comparative analysis of the current domestic and international WIFI indoor fingerprint positioning technology research status, understand the purpose of this project and significance. Secondly, the principle of indoor positioning technology is introduced and analyzed, and the advantages of WIFI indoor positioning technology is analyzed to determine the K nearest neighbor algorithm (KNN) in the fingerprint localization algorithm. To make some improvements. (KNN) and K-weighted neighborhood method (WKNN) are simulated by MATLAB, and their localization performance differences are analyzed. The performance of each parameter in the algorithm is analyzed and the optimal parameter value is obtained. The Finally, the introduction of the Android system, including the Android system architecture and the four major development components, and the four components in the Activity cycle of the activities described in detail to the Android system as a platform for positioning technology research.

Key words: Android, WIFI indoor positioning, fingerprint localization algorithm, KNN algorithm

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文内容安排 2

第2章 WIFI室内定位原理及算法分析 3

2.1 室内定位技术概述 3

2.1.1红外线室内定位技术 3

2.1.2蓝牙室内定位技术 3

2.1.3超宽带室内定位技术 4

2.1.4 ZigBee室内定位技术 4

2.1.5 RFID室内定位技术 4

2.1.6 WIFI室内定位技术 4

2.2 WIFI室内定位原理分析 5

2.3 WIFI室内定位算法分析 5

2.3.1 基于信号传输特性的WIFI室内定位算法 5

2.3.2 基于指纹识别的WIFI定位算法 8

2.4 WIFI指纹定位技术的问题分析 10

2.4.1环境对WIFI信号强度的影响 10

2.4.2 WIFI信号强度与位置的关系 10

2.5 本章小结 11

第3章 算法的改进与MATLAB仿真 12

3.1 算法的改进 12

3.2 MATLAB仿真 13

3.2.1 算法的仿真分析 13

3.2.2 算法中各参数对仿真性能的影响 14

3.3 本章小结 18

第4章 系统的设计与实现 19

4.1 Android系统概述 19

4.1.1 Android 系统架构简介 19

4.1.2 Android系统的四大组件 21

4.1.3 Activity 生命周期 22

4.2 定位系统的设计与实现 23

4.2.1客户端模块设计 23

4.2.2服务器端模块设计 23

4.2.3 定位流程设计 25

4.2.4 WIFI信息解析和提取的实现 25

4.3 本章小结 27

第5章 总结与展望 28

5.1 论文总结 28

5.2 论文展望 28

参考文献 29

附录 30

致谢 37

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

位置信息服务在人们的生活中是十分重要的服务。在物流等服务中，对运送的物品实行实时定位跟踪可以极大的提高工作效率；在博物馆、展览馆等陌生环境中，使用定位导航系统可以给观众游览提供更加便捷的服务；在日常生活中，家长可以通过定位信息知道孩子的具体位置，减少事故和意外的发生；在监狱等管理化的环境中，通过定位位置信息可以及时准确的掌握相关人员的位置信息，有助于提高管理水平，简化监狱管理工作^[1]。

这几年来，随着无线移动通信技术的飞速发展，将全球定位系统和蜂窝网络结合起来的定位方式得到了大量的应用，在以位置为基础的各种服务中发挥了十分重要的作用。在传统上，全球定位系统（GPS）信号被建筑材料隐藏在建筑中，导致其对于室内位置的提取变得没有太大用处。相比之下，使用无线以太网IEEE 802.11（Wi-Fi）的室内定位具有价格低廉的优点，在公共场所的任何地方得到了广泛使用。WLAN系统开发具有信号覆盖广，通信能力强的特点，而且数据速率可以在各种统计无线电传播模型中产生。

本论文的目的是找到一种具有较好的定位精度的算法，在Android系统上设计基于WIFI的室内定位系统的系统架构和功能模块，开发出一个WIFI室内定位系统。

1.2 国内外研究现状

在欧美一些国家，关于室内定位技术的研究至今已有二十多年，许多的室内定位系统已经被设计并完成了，刚开始比较出名的室内定位系统有Crikcet，Active Badge，RADAR等^[2]。1992年，剑桥大学实验室设计出来一种室内定位系统，他们将之命名为Active Badge，该系统由中央控制器、发射器和信号接收器组成，信号为红外射线。其后麻省理工学院在2000年开发设计出Crikcet室内定位系统，该系统由监听器、服务器和节点标识构成，以射频和超声波为基础。Crikcet系统具有不低的定位精度，但对室内环境的依赖性也比较大，如果室内环境发生改变，定位的结果也会受到很大影响。此后Microsoft公司也在2000年开发出了RADAR定位系统，RADAR系统借助位置指纹特性的相似性，使用802.11无线网络来进行定位，分为两个阶段，离线训练和在线定位。在刚开始的离线阶段，根据相等的物理距离在定位区域中设置参考点(Reference Point, RP)，通过得到所有参考点的指纹信息来创建指纹数据库；在后面的在线阶段，将得到的定位目标的相关信息和已建成的指纹数据库中的信息进行对比分析，最吻合的前K个RP的坐标的平均值就是定位结果。