重庆邮电大学毕设论文-基于无线局域网的室内定位与预测 下载本文

重庆邮电大学本科毕业设计(论文)

一、创建GUI界面 .............................................................................................. 22 二、GUI中的回调函数 ....................................................................................... 24 三、 运行效果图 ................................................................................................. 27 第二节 MATLAB下的RSS预测函数 ...................................................................... 28

一、算法实际应用原理 ....................................................................................... 28 二、MATLAB算法函数 ...................................................................................... 29 第三节 实际环境采样与测量 .................................................................................... 30

一、 实际点采样 ................................................................................................. 30 二、RSS预测 ....................................................................................................... 31 第四节 本章小结 ........................................................................................................ 33 结 论 ................................................................................................................................... 34 致 谢 ................................................................................................................................... 36 参考文献 ............................................................................................................................. 36 附 录 ................................................................................................................................... 37 一、 英文原文: ............................................................................................................... 38 二、 英文翻译: ............................................................................................................... 38 三、 源程序: ................................................................................................................... 38

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前言

无线网络利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。它作为传统布线网络的一种替代方案或延伸。它把个人从办公桌边解放了出来,使人们可以随时随地获取信息,提高了人们的办公效率,丰富了人们的生活。

20世纪末,室内无线局域网标准正式制定并投入使用,校园、办公大楼和家庭中已经广泛存在基于IEEE802.n协议的无线局域网WLAN。由于PDA(Personal Digital Assistant)、PC(Personal Computer)等移动设备也都内置有无线网卡,这些都大大促进了WLAN的室内定位技术的发展。

由于无线网络具有有线网络不具有的优势,因此无线网络研究已经成为研究的热点,国内外已经对无线网络研究出现了很多成果,不过,目前无线网络领域的研究才刚刚处于起步阶段,很多领域技术都还不成熟。但毋庸置疑,无线网络在未来一定有广阔的发展前景。研究无线网络,那么就必须研究无线网络中的信号强度。信号强度的大小、覆盖的范围都代表无线网络的好坏。因此对信号强度在复杂室内环境中的预测分析可以更好的设置无线网络,从而实现无线网络的更高利用率。

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第一章 室内无线定位概述

第一节 室内无线定位技术

一、无线定位的概述

无线定位是指利用无线电波信号确定移动设备在某一参考坐标系统中的位置。位置信息包括移动设备的有关坐标,通常是指的在地理坐标系下移动设备所处位置的经度、纬度和高度信息。

二、室内无线定位技术的分类

无线定位可以分为室外无线定位和室内无线定位两类。室外无线定位主要有GPS全球定位系统,它己在全球范围内广泛使用,此外还有蜂窝无线定位技术。室内无线定位主要有红外线、超声波、蓝牙和无线局域网(WLAN)等定位技术。下面具体分析这些室内无线定位技术的优缺点情况。

1.红外线室内定位技术

其原理是红外线IR(Infrared Radiation)标识发射红外射线,安装在室内的光学传感器进行接收,从而实现定位功能。红外线可以提供较高的室内定位精度,但是不能穿过障碍物,限制了射线只能视距传播。直线视距传播和传播距离短,此两大缺点使其室内整体定位性能变差。

2.超声波技术

主要采用反射形式的测距方法,利用三边定位等算法确定物体的位置。发射设备发射超声波,并接收由被测物体产生的反射回波,根据回波与发射波之间的时间差计算出待测距离。利用该项技术进行定位,可以得到整体精度较高的定位服务,并且结构简单。但是超声波在很大程度上会受到多径效应和非视距传播影响,同时需要大量的底层硬件设施做支撑,带来了较高的成本代价。

3.蓝牙技术

该项技术利用信号强度进行定位。用户要想获得自身位置信息,需要在室内安装一定数目的蓝牙局域网接入点做硬件支持,并按照基于多用户的网络连接模式进行网络配置,然后确保蓝牙设备是该范围内的主设备。这是一种短距离、低功耗的无线定位技术,最大的优点是设备体积小,因此可以很方便地集成在PC、PDA以及手机中,

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具有便捷的推广普及性。理论上,如果用户持有集成蓝牙功能的移动终端设备,并启动蓝牙功能,则定位系统就能够提供位置服务。该项技术主要的不足是需要利用的蓝牙器件和设备比较昂贵,而且在复杂的空间环境内,容易受到噪声信号干扰,导致系统的稳定性稍差。

4.无线局域网技术(WLAN)

基于IEEE802.11协议的无线局域网以其高速通信、部署方便的特点,己广泛分布在校园,办公大楼内。人们对随时随地保持连接的无线服务的需求与日俱增,使得越来越多的企业考虑应用或己经部署了无线局域网。

基于接收信号强度的WLAN定位是根据接收信号强度随距离变化而变化的规律来进行定位,它不需要添加额外的硬件设备来进行精确的时间同步和角度测量,能充分利用现有的无线网络基础设施,因而极大地降低了系统的部署成本。

在基于接收信号强度的WLAN定位过程中,由于室内建筑布局复杂,信号传播中会受到门窗、天花板等的阻挡,引起无线电信号的反射、折射、衍射等现象。无线局域网的主协议IEEE802.11协议工作在2.4GHz的公共频段上,这使得信号在传播过程中会受到其它使用该频段的设备的干扰。另外,室内人员较多,人体也是干扰无线信号的因素之一。因此,各种噪声干扰已经成为影响室内定位精度的主要障碍。

与前面讨论的室内定位技术相比,基于WLAN的室内定位技术不需要添加额外的硬件设备,能充分利用现有的无线网络基础设施,极大的降低了成本,因而成为目前室内定位技术的研究热点。

第二节 室内定位系统

一、室内定位系统的基本原理

在室内定位系统中根据位置是否已知,可以分为位置己知的参考点和位置未知的目标点。室内定位系统首先感知对方,检测并计算信号到达时间(TOA)、信号到达角度(AOA)或者接收信号强度(RSS),作为度量指标汇总到定位服务程序;定位服务程序再通过某种定位算法计算得到用户的位置坐标(x,y,z)并在定位终端上显示。其基本原理图如图1.2.1所示。

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