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Wi-Fi指纹定位

第13章 “无线定位”这一部分,我们已经介绍了基于指纹定位的基本思路。 下面我们介绍如何利用Wi-Fi指纹定位。Wi-Fi指纹通常包括两种最常用的信号特征:无线信号多径特征和接收信号强度(Received Signal Strength, RSS)。

电磁波在空间中传播时,可以在光滑的平面(比如建筑物的墙壁、地板)上进行反射,遇到锐利的边缘会发生衍射,遇到小型的物体(比如树叶)会发生散射。发射源发出的信号可以通过多条路径传播到同一位置,因此在一个位置上会接收到多路信号的叠加,每条传播路径有不同的能量强度和时延。如果信号的带宽足够大,那么在接收器上可以分解和处理各个多径分量。不同位置收到信号的强度也各不相同。某个位置上得到的多径特征和接收信号强度取决于实际的环境,是独特的,因此能够被用来作为位置指纹。

如果一个移动设备能接收到来自多个发射源的信号,或者固定的多个基站都能感知到同一个移动设备,那么我们可以使用来自多个发射源或者多个接收器的RSS组成一个RSS向量,作为和位置相联系的指纹。这个就是典型的WiFi位置指纹。大多数WiFi的网卡可以测得来自多个AP的RSS(可能是依次测量)。现在在大多数室内场景,移动设备常常可以检测到多个AP,因此使用来自多个AP的RSS作为位置指纹是有意义的。

图. RSS定位示意

在WiFi网络中,AP常常要周期性发送beacon帧,包含了一些网络信息、服务组ID(无线网络的名字)、支持的传输速率,以及一些其它的系统信息。这个beacon帧是用在WiFi中的很多的控制帧之一,它大约100ms发送一次,RSS通常是使用这个beacon帧来测量的。

beacon帧是未加密的,所以即使是一个封闭的网络(移动设备未能连接上)也能用来定位。beacon帧接近于周期性地被发送,但并不是完全周期性的,当检测到传输媒介阻塞的时候需要延迟发送,一旦检测到不阻塞的时候就发送,下一次发送还是会在之前预计的100ms时刻,即使离上一次发送还不足100ms。更进一步,如果AP工作在多个信道上,为了避免冲突,在测量RSS之前,移动设备必须花时间扫描各个信道。

[TODO加上更多内容]

我们自己提出了一个非常简单方便的利用指纹分辨不同用户的方法,参考Linsong Cheng, Jiliang Wang: How can I guard my AP?: non-intrusive user identification for mobile devices using WiFi signals. MobiHoc 2016: 91-100

另外还有很多复杂的,例如基于CSI的指纹定位方法等,基本思路我们在无线定位这一部分进行过介绍,这里就不再次展开了。

参考论文

  1. Linsong Cheng, Jiliang Wang: How can I guard my AP?: non-intrusive user identification for mobile devices using WiFi signals. MobiHoc 2016: 91-100