本发明提出了一种使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的装置及方法,针对无线环境的复杂楼宇。在移动设备上安装具有Wi-Fi无线接口、Zigbee无线接口和数字信号处理模块的客户端,在楼宇中布置多个具有Wi-Fi无线接口的Mapper,定位服务器将Zigbee无线接口采集的AP信号与Mapper采集的数据进行处理进行定位。本方法由数字信号处理模块得到AP强度,通过RSS序列对齐模块用具有AP标识的序列标记客户端采集的RSS序列,得到具有AP标识的移动设备所在位置的指纹,从而进一步实现移动设备定位。本发明能以少于传统方法50%以上的功耗,快速响应用户请求,从而为用户提供最佳的室内定位服务。
1.一种使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的装置,用于复杂楼宇内的室内定位,其特征在于,该装置包括客户端、定位服务器和辅助定位设备Mapper;待定位的移动设备上装备有客户端,客户端包括一个Wi-Fi无线接口、一个Zigbee无线接口和数字信号处理模块;在楼宇内布置一个以上的Mapper,每个Mapper具有一个Wi-Fi无线接口,布置完成后,所有Mapper通过Wi-Fi无线接口能覆盖整个室内定位区域的无线信号;定位服务器包括一个Wi-Fi无线接口、RSS序列对齐模块和定位模块;移动设备在室内移动时,客户端的Zigbee无线接口周期地扫描周围AP的无线信号,将接收到的无线信号数据传送给数字信号处理模块,数字信号处理模块采用CMF方法对无线信号数据进行处理,得到(RSS,Phase,Period)的RSS序列并发送给定位服务器,其中,CMF表示Commonxa0Multiplexa0Folding,RSS表示AP信号强度,Phase表示信标帧相位,Period表示信标帧周期;客户端的Wi-Fi无线接口用于在离线采样阶段采集预设定位点周围AP的无线信号,得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,其中,BSSID表示AP标识;AP表示访问接入点;Mapper在接收到定位服务器发送来的信号采集请求后,通过Wi-Fi无线接口采集周围AP的无线信号,得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,发送给定位服务器;定位服务器通过Wi-Fi无线接口,接收客户端发送来的(RSS,Phase,Period)的RSS序列和定位请求,接收Mapper发送来的(BSSID,Phase,Period)RSS序列;RSS序列对齐模块将从Mapper接收的RSS序列合并后的序列与从客户端接收的RSS序列进行对齐,得到(RSS,BSSID)序列;定位模块将得到的(RSS,BSSID)序列在定位服务器的地理位置数据库中进行匹配查找,找到匹配度最大的预设定位点指纹,定位该移动设备处于该预设定位点,定位服务器将结果发送给客户端,并显示给用户。
2.根据权利要求1所述的使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的装置,其特征在于,所述的辅助定位设备Mapper,在每1200平米的定位区域,布置5~6个。
3.一种基于权利要求1所述室内定位的装置的使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的方法,其特征在于,在待定位的移动设备上安装客户端,在待定位的楼宇室内布置辅助定位设备,然后进行如下步骤:步骤1:生成地理位置数据库保存在定位服务器中,地理位置数据库中存储楼宇内每个预设定位点的指纹,指纹为(RSS,BSSID)的序列,RSS表示AP信号强度,BSSID表示AP标识;具体离线时,在预设定位点的移动设备通过Wi-Fi无线接口监听周围AP的信标帧,得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,Phase表示信标帧相位,Period表示信标帧周期;通过Zigbee无线接口读取房间内能监测到的AP的信号强度,得到(RSS,Phase,Period)的RSS序列;将两个RSS序列发送到定位服务器,经RSS序列对齐模块进行对齐,得到预设定位点的指纹;步骤2:待定位的移动设备通过客户端的Zigbee无线接口周期性地扫描周围的无线信号,将接收到的无线信号数据传送给数字信号处理模块,数字信号处理模块采用CMF方法对无线信号数据进行处理,通过消除噪音和数据帧,放大Beacon帧的信号,得到AP的相位和周期,进而求得AP的信号强度,然后生成移动设备所在位置的(RSS,Phase,Period)的RSS序列,标记该序列为RSSa,将所得到的序列RSSa发送给定位服务器,请求定位;CMF表示Commonxa0Multiplexa0Folding;步骤3:定位服务器接收到客户端发送来的定位请求后,向Mapper发送信号采集请求;步骤4:Mapper接收到信号采集请求后,通过Wi-Fi无线接口采集周围AP的无线信号并得到RSS序列(BSSID,Phase,Period),然后发送给定位服务器;步骤5:定位服务器先将从Mapper接收的所有RSS序列合并成一个序列,标记为RSSb,然后通过RSS序列对齐模块,对齐序列RSSb和序列RSSa,具体步骤如下:步骤5.1:获取序列RSSa中的第一个相位的位置a;步骤5.2:获取序列RSSb中的第一个相位的位置b;步骤5.3:确定移动相位长度c=|a-b|,若a-b大于0,则将序列RSSb向右移动c的相位长度,否则,将序列RSSb向左移动c的相位长度,序列RSSb移动后得到的序列标记为序列RSSc,记录RSSc和RSSa中对齐的AP个数n,然后将n与最大值MAX比较,若n大于MAX,则更新MAX=n,并记录c和序列RSSc,否则,不做操作;MAX初始为0;步骤5.4:获取序列RSSb中的下一个相位的位置b,若不存在下一个相位,执行步骤5.5;否则,继续执行步骤5.3;步骤5.5:获取序列RSSa中的下一个相位的位置a,若不存在下一个相位,执行步骤5.6,否则,继续执行步骤5.2;步骤5.6:输出当前MAX所对应的序列RSSc,RSSc为(RSS,BSSID)的序列;RSSc就是移动设备当前所在位置的指纹;步骤6:将得到的移动设备当前所在位置的指纹,通过匹配算法在地理位置数据库中查找,找到匹配度最大的房间指纹,则定位该移动设备处于相应的房间中,定位服务器将结果发送给客户端,并显示给用户。技术领域
本发明属于无线通信领域,具体涉及一种利用Wi-Fi基础设施,使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的装置及方法。
背景技术
近年来,基于位置的服务(Loeationxa0basedxa0Services,LBSs)和由此带来的一系列应用受到产业界的不断关注。基于位置的服务己在紧急救助、医疗保健和个人业务等领域不断得到发展,如基于智能终端iPhone、iPAD、BlackBerry、Android等平台的一系列的导航应用,都不断涌入市场,并日渐呈现出广阔的商业前景和巨大的市场价值。在所有的这些基于位置服务的应用中,精确、实时的定位技术是实现整个基于位置服务的根本和关键。但是,在缺乏GPS支持的条件下,室内移动用户的定位仍然是一个挑战。利用室内已有的Wi-Fi基础设施进行室内定位是目前研究的热点。一个典型的基于指纹匹配的Wi-Fi室内定位系统的工作方法如下:首先,移动设备使用Wi-Fi接口扫描,用(RSS,SSID)序列来描述测得的周围的访问接入点(AP),RSS表示接收的AP信号强度,SSID为AP的标识。每个位置以这些(RSS,SSID)序列作为特征指纹;然后,根据定位算法,从一个预定的位置数据集中查询与当前位置得到的特征指纹最匹配的特征指纹,并将其映射成移动设备的当前位置。同其他的技术相比,基于指纹的定位方法不要求特定的硬件设备,也不需要额外的基础设施支持。但是,应用到移动设备上,已有的基于指纹的Wi-Fi定位系统有如下缺点:为了持续地计算移动用户的位置,Wi-Fi设备必须不断地扫描周围的AP,导致了较高的功耗。另一方面,虽然移动设备的功能日益强大,电池技术的发展却一直落后于其他技术。例如一台普通的智能手机通常只能维持2-3天的待机时间,对于耗电量较大的应用,则持续时间更短。在2010年9月,Ruoguxa0Zhou,Yongpingxa0Xiong,Guoliangxa0Xing等公开的《ZiFi:Wirelessxa0LANxa0Discoveryxa0viaxa0ZigBeexa0Interferencexa0Signatures》,说明了一种用于数字处理的方法Commonxa0Multiplexa0Folding(简称CMF),该方法将周期性的信号放大,实现周期性信号的识别,已在无线通信中应用,用于识别周期性信号。移动设备电量的限制已成为移动设备发展的瓶颈,极大地影响了用户的体验。因此,降低移动设备的耗电量,延长电池的使用时间已成为手机技术发展的一个关键问题。因此,针对室内定位系统,考虑节能设计成为当前定位技术中的研究热点和难点之一。
发明内容
本发明针对无线环境楼宇内,利用已有的Wi-Fi无线设施,提出了一种利用Wi-Fi基础设施,使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的装置及方法。本发明能以较小的功耗,快速响应用户请求,从而为用户提供最佳的室内定位服务。本发明低功耗室内定位的装置及方法适用于复杂楼宇内的室内定位。一种使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的装置,包括:客户端、定位服务器和辅助定位设备Mapper。待定位的移动设备上安装客户端,客户端包括Wi-Fi无线接口、Zigbee无线接口和数字信号处理模块。在楼宇内布置一个以上的Mapper,每个Mapper具有一个Wi-Fi无线接口,布置完成后,所有Mapper通过Wi-Fi无线接口能覆盖整个室内定位区域的无线信号。定位服务器包括一个Wi-Fi无线接口、RSS序列对齐模块和定位模块。移动设备在室内移动时,客户端的Zigbee无线接口周期地扫描周围AP的无线信号,将接收到的无线信号数据传送给数字信号处理模块,数字信号处理模块采用CMF方法对无线信号数据进行处理,得到(RSS,Phase,Period)的RSS序列并发送给定位服务器,其中,RSS表示AP信号强度,Phase表示信标帧(Beacon)相位,Period表示信标帧周期。客户端的Wi-Fi无线接口用于在离线采样阶段采集预设定位点周围AP的无线信号,得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,BSSID表示AP标识,Phase表示信标帧相位,Period表示信标帧周期。Mapper在接收到定位服务器发送来的信号采集请求后,通过Wi-Fi无线接口采集周围AP的无线信号,得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,发送给定位服务器。定位服务器通过Wi-Fi无线接口,接收客户端发送来的(RSS,Phase,Period)的RSS序列和定位请求,接收Mapper发送来的(BSSID,Phase,Period)RSS序列;RSS序列对齐模块将从Mapper接收的RSS序列合并后的序列与从客户端接收的RSS序列进行对齐,得到(RSS,BSSID)序列;定位模块将得到的(RSS,BSSID)序列在定位服务器的地理位置数据库中进行匹配查找,找到匹配度最大的预设定位点指纹,则定位该移动设备处于相应的预设定位点,定位服务器将结果发送给客户端,并显示给用户。一种使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的方法,在待定位的移动设备上安装客户端,在待定位的楼宇室内布置辅助定位设备,然后进行如下步骤:步骤1:生成地理位置数据库保存在定位服务器中,地理位置数据库中存储楼宇内每个预设定位点的指纹,指纹为(RSS,BSSID)的序列,RSS表示信号强度,BSSID表示AP标识。具体离线时,在预设定位点的移动设备通过Wi-Fi无线接口监听周围AP的信标帧(Beacon),得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,Phase表示信标帧相位,Period表示信标帧周期;通过Zigbee无线接口读取房间内能监测到的AP的信号强度,得到(RSS,Phase,Period)的RSS序列;将两个RSS序列发送到定位服务器,经RSS序列对齐模块进行对齐,得到预设定位点的指纹。步骤2:待定位的移动设备通过客户端的Zigbee无线接口周期性地扫描周围的无线信号,将接收到的无线信号数据传送给数字信号处理模块,数字信号处理模块采用CMF方法对无线信号数据进行处理,通过消除噪音和数据帧,放大Beacon帧的信号,得到AP的相位、周期,进而求得AP的信号强度,然后生成移动设备所在位置的(RSS,Phase,Period)的RSS序列,标记该RSS序列为RSSa,然后将所得到的序列RSSa发送给定位服务器,请求定位。步骤3:定位服务器接收到客户端发送来的定位请求后,向Mapper发送信号采集请求。步骤4:Mapper接收到信号采集请求后,通过Wi-Fi无线接口采集周围AP的(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,然后发送给定位服务器。步骤5:定位服务器先将从Mapper接收的所有RSS序列合并成一个序列,标记为RSSb,然后通过RSS序列对齐模块,对齐序列RSSb和序列RSSa,具体进行如下步骤:步骤5.1:获取RSSa中的第一个相位的位置a;步骤5.2:获取RSSb中的第一个相位的位置b;步骤5.3:确定移动相位长度c=|a-b|,若a-b大于0,则将序列RSSb向右移动c的相位长度,否则,将序列RSSb向左移动c的相位长度,序列RSSb移动后得到的序列标记为序列RSSc,记录RSSc和RSSa中对齐的AP个数n,然后将n与最大值MAX比较,若n大于MAX,则更新MAX=n,并记录c和序列RSSc,否则,不做操作;MAX初始为0;步骤5.4:获取序列RSSb中的下一个相位的位置b,若不存在下一个相位,执行步骤5.5;否则,继续执行步骤5.3;步骤5.5:获取序列RSSa中的下一个相位的位置a,若不存在下一个相位,执行步骤5.6,否则,继续执行步骤5.2;步骤5.6:输出对齐序列RSSc,RSSc为(RSS,BSSID)的序列。RSSc就是移动设备当前所在位置的指纹。步骤6:将得到的移动设备当前所在位置的指纹,通过匹配算法在地理位置数据库中查找,找到匹配度最大的房间指纹,则定位该移动设备处于相应的房间中,定位服务器将结果发送给客户端,并显示给用户。本发明的优点与积极效果在于:对无线环境楼宇内,利用已有的WiFi无线设施,提出了一种利用Wi-Fi基础设施,使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位方法,该方法能以较小的功耗,快速响应用户请求,从而为用户提供最佳的室内定位服务。
附图说明
图1为本发明的基于Zigbee和Wi-Fi交叉干扰信号的低功耗室内定位装置的架构图;图2为本发明的室内定位方法的流程示意图;图3为本发明的将客户端的RSS序列和Mapper的RSS序列进行对齐的流程示意图;图4:(a)为在信道6上收集到的RSS序列样本;(b)为周期为102.4ms的信号叠加放大后的结果示意图;图5:(A)为对齐前的客户端采集的RSSa序列;(B)为Mapper采集的序列合并得到的RSSb序列,(C)为将RSSa和RSSb对齐后的RSS序列。具体实施下面将结合附图和实施例对本发明内容作进一步的详细说明。如图1所示,本发明进行低功耗室内定位的装置的构架。将本发明的定位装置简称为ZiFind。如图1所示,ZiFind包含三个主要的部分:客户端Client,定位服务器Server和辅助定位设备Mapper。待定位的移动设备上安装客户端,客户端包括一个Wi-Fi无线接口11、一个Zigbee无线接口12和数字信号处理模块13。在楼宇内布置若干个Mapper,每个Mapper具有一个Wi-Fi无线接口11,布置完成后,所有Mapper通过Wi-Fi无线接口能覆盖整个室内定位区域的无线信号。定位服务器包括一个Wi-Fi无线接口11、RSS序列对齐模块14和定位模块15。ZiFind的客户端既具有Wi-Fi无线接口11,也具有低功耗Zigbee无线接口12。Zigbee无线接口12既可以是内部集成的,也可以是通过移动设备自身的接口(例如USB)集成上去的。通过客户端的Wi-Fi无线接口11,客户端可以同室内已有的基础设施通信,在离线生成预设定位点的指纹时,结合Zigbee无线接口12对设备进行定位,来生成预设定位点的指纹。当ZiFind试图定位移动设备的位置时,待定位移动设备上的客户端首先通过Zigbee无线接口12主动地收集在当前位置所能接收到的AP的无线信号强度。传统地基于指纹的室内定位技术会使用高耗能的Wi-Fi接口扫描周围的AP,这会造成较大的功耗,当将此类定位技术应用于实时室内定位时,会迅速地将移动设备的电池耗尽。本发明ZiFind的客户端的一个显著特点是其能够使用低功耗的Zigbee无线接口12来产生地址指纹,而不是高功耗的Wi-Fi无线接口11。但是,Zigbee无线接口12不能直接解码Wi-Fi数据包,因此不能从其接收到的无线信号那里直接识别Wi-Fi的访问接入点发送来的数据包,这是一个需要解决的问题。此外,Zigbee无线接口12收集到的无线信号数据中可能包含其它2.4G频谱上的无线电信号,比如包括Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth,甚至是诸如微波炉这类电器的信号。ZiFind的客户端通过设置的数字信号处理模块13来解决上述问题,数字信号处理模块13采用CMF的数字信号处理方法,来识别每个AP,并且可以计算各AP对应的RSS强度。数字信号处理模块13从Zigbee无线接口12采集到的无线信号数据中寻找信标帧(Beacon)信号,得到信标帧的帧周期和相位,然后进一步得到AP的信号强度。经数字信号处理模块13处理后,客户端得到(RSS,Phase,Period)的序列,并将该序列和定位请求发送给Server。RSS表示AP信号强度,Phase表示信标帧相位,Period表示信标帧周期。由于Zigbee无线接口12不能解码Wi-Fi数据包,因此客户端Client只能知道周围所部署的AP的信号强度,却不能识别各AP的标识BSSID。因此ZiFind设计中遇到的一个难题就是如何将Client收集到的各AP的RSS映射到地理位置数据库中的AP。为解决这个难题,ZiFind通过在整个定位区域部署Mapper收集周围AP的无线信号数据。部署的Mapper要求能够覆盖整个定位区域(例如某幢复杂楼宇内),能收集整个定位区域的无线信号。参考值每1200平米的定位区域,使用5-6个Mapper。Mapper是一些Wi-Fi使能的基站,是扫描Wi-Fi信道,将周围AP的时间信息以及BSSID信息报告给定位服务器Server。具体Mapper通过自身的Wi-Fi无线接口11获取周围的AP信号强度和AP标识,检测Beacon帧,生成(BSSID,Phase,Period)的序列,发送给定位服务器。BSSID表示AP标识。客户端的Wi-Fi无线接口在离线采样阶段采集预设定位点周围AP的无线信号,同样得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列。ZiFind的定位服务器通过自身的Wi-Fi无线接口11接收Mapper发送来的(BSSID,Phase,Period)的序列,以及从客户端发送来的(RSS,Phase,Period)的序列。在实时定位时,将Mapper发送来的(BSSID,Phase,Period)序列合并成一个,然后通过RSS序列对齐模块14,与客户端发送来的(RSS,Phase,Period)序列进行对齐。本发明中RSS序列对齐模块14中采用了一个新颖的对齐算法,以将来自Client和Mapper的序列对应起来,得到一个用来作为移动设备当前所在位置的指纹的(RSS,BSSID)序列。Server中的定位模块15将对齐得到的(RSS,BSSID)序列,通过匹配算法,与已存储的地理位置数据库中存储的预设定位点的指纹进行匹配,计算移动设备当前最有可能的位置。定位模块15使用一个改进的最近邻算法R-KNN来定位移动用户的房间。通过已有的实验和工作表明,不同AP对于定位的意义是不一样的,R-KNN利用了这一事实,根据各AP的重要程度,为不同的AP分配不同的权值,然后寻找匹配度最大的预设定位点的指纹,将移动设备定位到相应的预设定位点,定位服务器将结果发送给客户端,并显示给用户。由于ZiFind使用基于RSS指纹的定位方法,客户端需要测量其所在位置周围AP的RSS。ZiFind客户端的一个显著特征是用其Zigbee无线接口12里内置的RSSI寄存器测量周围AP的RSS。但是,由于Zigbee无线接口12不能解码Wi-Fi帧,Zigbee接口不能获悉其测量的信号是否为Wi-Fi信号,同样也不能区别不同AP间的信号。为了解决这个问题,采用了数字信号处理中的CMF方法,该方法可以将同一个AP的周期性Beacon信号从嘈杂的无线背景信号中区分出来。RSS序列对齐模块14的对齐方法如图3所示,具体在下面说明。通过RSS序列对齐模块14,可以将客户端通过Zigbee无线接口12得到的无AP标识的序列,用带AP标识的序列进行标记,生成带有AP标识的序列,该序列就是移动设备当前所在位置的指纹。一种使用Zigbee无线接口进行低功耗室内定位的方法,在待定位的移动设备上安装客户端,在待定位的楼宇室内布置辅助定位设备,然后进行如下步骤,如图2所示:步骤1:首先进行一个离线采样阶段,对楼宇中每个预设定位点生成一个指纹,保存到地理位置数据库中。预设定位点可以是一个房间,也可以是房间中的某个特定位置。地理位置数据库中每个预设定位点的指纹为(RSS,BSSID)的序列,RSS表示AP信号强度,BSSID表示对应的AP标识。具体在离线采样阶段,使用带有Wi-Fi无线接口11和Zigbee无线接口12的移动终端采集每个预设定位点周围的AP无线信号。Zigbee无线接口12读取房间内的无线信号数据,经过数字信号处理模块13中的CMF方法处理后得到信标帧(Beacon)的相位和周期,进而得到AP的信号强度,生成一个(RSS,Phase,Period)的RSS序列,RSS表示AP信号强度,Phase表示信标帧相位,Period表示信标帧周期。Wi-Fi无线接口11监听周围AP的Beacon帧,获得AP标识和对应的无线信号强度,得到(BSSID,Phase,Period)的RSS序列,其中,BSSID表示AP标识,Phase表示信标帧周期,Period表示信标帧周期。将所得到的两个RSS序列发送到定位服务器,经定位服务器中的RSS序列对齐模块14进行对齐,得到每个预设定位点的指纹,该指纹是一个(RSS,BSSID)的序列。生成每个预设定位点(例如每个房间)的指纹后,保存在定位服务器的地理位置数据库中,供移动设备定位。步骤2:在线定位阶段,待定位的移动设备通过客户端的Zigbee无线接口12周期性地扫描周围的无线信号,将接收到的无线信号数据传送给数字信号处理模块13,数字信号处理模块13采用CMF方法对无线信号数据进行处理,通过消除噪音和数据帧,放大Beacon帧的信号,得到AP的相位、周期,进而求得AP的信号强度,然后生成移动设备所在位置的(RSS,Phase,Period)的RSS序列,标记该RSS序列为RSSa,然后将所得到的序列RSSa发送给定位服务器,请求定位。步骤3:定位服务器接收到客户端发送来的定位请求后,向Mapper发送信号采集请求。步骤4:Mapper接收到信号采集请求后,通过Wi-Fi无线接口11采集周围AP的无线信号,得到(BSSID,Phase,Period)的序列,然后发送给定位服务器。步骤5:定位服务器先将从Mapper接收的所有RSS序列合并成一个序列,标记为RSSb.然后通过RSS序列对齐模块14,对齐序列RSSb和序列RSSa,如图3所示,具体进行如下步骤:步骤5.1:获取RSSa中的第一个相位的位置a;步骤5.2:获取RSSb中的第一个相位的位置b;步骤5.3:确定移动相位长度c=|a-b|,若a-b大于0,则将序列RSSb向右移动c的相位长度,否则,将序列RSSb向左移动c的相位长度,序列RSSb移动后得到的序列标记为序列RSSc,记录RSSc和RSSa中对齐的AP个数n,然后将n与最大值MAX比较,若n大于MAX,则更新MAX=n,并记录c和序列RSSc,否则,不做操作;MAX初始为0;步骤5.4:获取序列RSSb中的下一个相位的位置b,若不存在下一个相位,执行步骤5.5;否则,继续执行步骤5.3;步骤5.5:获取序列RSSa中的下一个相位的位置a,若不存在下一个相位,执行步骤5.6,否则,继续执行步骤5.2;步骤5.6:输出对齐序列RSSc,RSSc为(RSS,BSSID)的序列。RSSc就是移动设备当前所在位置的指纹。步骤6:将得到的移动设备当前所在位置的指纹,通过匹配算法在地理位置数据库中查找,找到匹配度最大的房间指纹,则定位该移动设备处于相应的房间中,定位服务器将结果发送给客户端,并显示给用户。通过CMF方法可以识别未知周期的周期性信号。如图4所示,为对一个原始RSS序列样本使用CMF方法前后的信号示意图。图4中的(a)为一个采集的原始RSS序列样本,该序列中包含有许多的Beacon信号和噪音,这使得识别不同Wi-Fi的AP变得十分困难。图4的(b)给出了采用CMF方法以102.4毫秒为周期进行叠加后的结果。从(b)可以看出,Beacon帧的信号被放大而噪音被压制。定义被放大的Beacon帧在叠加结果中的位置为相位,例如(b)中检测的两个AP,AP1的相位为590,AP2的相位为760。在一个RSS序列中,任何一个AP都可以使用(周期,相位)作为唯一的标识。在802.11的6号信道上,ZiFind的客户端每隔一定时间,就使用Zigbee无线接口12进行取样。随后,收集到的RSS序列输入给CMF数字信号处理模块13进行处理。一个较长的扫描时间可以发现更多的Wi-Fixa0AP,以达到更高的精度。一般情况下,设置扫描的时间为2-3秒。当发现Beacon信号后,客户端使用(周期,相位)来定位RSS序列中的Beacon信号。通过取每个Beacon帧的信号强度平均值,可以计算得到每个AP的RSS。由于Beacon帧的退避以及非Beacon帧的存在,CMF数字信号处理模块13可能会错误地将非Beacon信号(例如周期性的Wi-Fi通信)认为是Beacon帧。这样的错误可能会对定位精度产生较大的影响,为此将每个AP信号强度最大的5%移除。Mapper在802.11信道上监听,并且记录下Beacon帧的时间信息(比如到达和持续时间)。一旦收到定位服务器端的请求,mapper会返回在一定时间(默认3s)内Beacon帧的时间信息以及相应的BSSID。定位服务器会用这些信息来识别客户端发现的AP信号。ZiFind定位服务器需要收集到整个区域的Beacon信息,以保证足够高的定位精度。但是,在一幢大楼中只需要较少的mapper即可进行定位。这是因为Beacon帧总是以最大功率和最低调制速率传输。这使得Beacon帧比一般的数据帧传输的距离更远。当一个定位请求收到以后,定位服务器首先从收到的包中抽取出AP的RSS值。由于客户端给出的信息中不包含BSSID信息,定位服务器需要在计算客户端位置之前识别这些信号的BSSID。客户端发现的Beacon信号可能包含噪音和假阳(falsexa0positive)信号,如图5的(A)所示。此外,由于客户端和Mapper不是时钟同步的,它们采集到的RSS时间序列可能有较大的偏移。ZiFind定位服务器使用一个基于数字信号处理技术的如图3所示的对齐方法来获取RSS序列的BSSID标识。这个方法主要是根据已经得到BSSID的RSSa序列(Mapper获得)对齐客户端获得的RSS序列。通过这种方式,RSSa序列可以学习到RSSb序列中AP的标识。如图5所示,(A)给出了客户端采集的RSSa序列,RSSa序列包含周围AP的Beacon信号,此外该RSSa序列还包含一个假阳信号,该假阳信号并没有在图5的(B)所示的Mapper采集合并的RSSb序列中出现。在经过RSS对齐后,假阳信号被找到并被移除,如图5的(C)所示。图5的(B)所示的RSSb序列是由所有的Mapper提供的(BSSID,Phase,Period)信息组成的。由于Mapper是和server时钟同步的,所以它们的数据是可以直接联系的。在实验的过程中也发现不同的AP有不同的时钟漂移,这使得AP的Beacon信号间的相对时差以一个缓慢的速率移动。所以定位服务器需要使用RSS序列对齐模块14中的对齐方法匹配两个RSS序列。对齐方法计算两个序列的互相关性,然后找到两个序列最合适的偏移。通过试验,可以证明本发明方法能以少于传统方法50%以上的功耗,快速响应用户请求,从而为用户提供最佳的室内定位服务。