一种基于Probe Request帧的智能终端被动定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Probe Request帧的智能终端被动定位方法，包括如下步骤：1） Probe Request帧监听；2）路径移动；3）被监听终端相对位置计算，利用无线信号的接收距离和接收功率之间的数值关系，以及监听人行走路径与被监听终端的几何关系，通过三角余弦定理得到一个非线性方程组，运用牛顿迭代法，通过计算雅可比(Jacobi)矩阵，求解该非线性方程组，从而确定被监听智能终端的位置。在本方法中，监听人使用智能终端就可以确定另一个被监听智能终端的相对位置，通过监听Wi‑Fi智能终端发送的Probe Request广播帧，对其实现被动定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于ProbeRequest帧的智能终端被动定位方法，主要是一种以接收信号强度和三角几何计算为基础，通过接收被监听手机Wi-Fi模块发送的ProbeRequest帧来对其进行定位的方法。
技术介绍
目前，绝大多数智能移动终端具有Wi-Fi通信模块，Wi-Fi信号除了实现无线局域网通信外，研究者们运用Wi-Fi指纹实现室内定位。基于Wi-Fi指纹的室内定位技术是一种主动定位模式，用户通过安装在移动终端中的应用程序读取无线AP信号强度，并通过检索指纹地图数据库，查询用户所在的位置。这种基于Wi-Fi指纹的定位方法需要事先建立指纹地图数据库，需要用户安装App程序，因而不利于推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于ProbeRequest帧的智能终端被动定位方法，通过监听Wi-Fi智能终端发送的ProbeRequest广播帧，对其实现被动定位。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于ProbeRequest帧的智能终端被动定位方法，其特征是，包括如下步骤：1)ProbeRequest帧监听：利用一个智能终端设备monitor模式下的Wi-Fi部件，侦听从另一个Wi-Fi智能终端设备广播的ProbeRequest帧，并解析数据帧中的信号强度和MAC(MediaAccessControl)物理地址信息，作为被动定位方法中的基本数据；2)路径移动：监听人持智能终端设备沿直线路径行走，在采集点接收由被监听设备广播发送的ProbeRequest帧，针对某一MAC地址的被监听智能终端，计算在采集点接收到的包含该MAC地址的ProbeRequest帧中RSSI字段值的平均值，将其作为该被监听设备在该采集点上Wi-Fi信号强度的估计值；3)被监听终端相对位置计算：利用无线信号的接收距离和接收功率之间的数值关系，以及监听人行走路径与被监听终端的几何关系，通过三角余弦定理得到一个非线性方程组，运用牛顿迭代法，通过计算雅可比(Jacobi)矩阵，求解该非线性方程组，从而确定被监听智能终端的位置。进一步包括路径移动与几何位置计算：监听人沿直线路径行走，根据采集点捕捉的ProbeRequest帧中RSSI平均值，利用无线信号的接收距离和接收功率之间的关系，消除路径衰减指数n，得到：lgdAW＝k1lgdBWlgdCW＝k2lgdBW其中dAW表示A与W之间的距离，dBW表示B与W之间的距离，dCW表示C与W之间的距离，RA、RB、RC表示采集点A、B、C上RSSI的平均值，PRX(1)表示距离1米时接收信号的强度，然后基于三角函数余弦定理，得到dBW2k1+dBW2-2dBWk1+1cosα-dAB2=0dBW2+dBW2k2-2dBWk2+1cosβ-dBC2=0dBW2k1+dBW2k2-2dBWk1+k2cos(α+β)-dAC2=0]]>其中，α表示角AWB,β表示角BWC。本专利技术有益的效果是：本专利技术基于无线局域网协议IEEE802.11中的ProbeRequest帧，提供一种智能终端的被动定位方法。该方法与基于Wi-Fi指纹的定位方法不同，不需要事先建立指纹地图数据库，也不需要用户安装App程序。在本方法中，监听人使用智能终端就可以确定另一个被监听智能终端的相对位置，通过监听Wi-Fi智能终端发送的ProbeRequest广播帧，对其实现被动定位。附图说明图1是本专利技术的被动定位的流程图；图2是本专利技术的几何关系定位示意图；图3是本专利技术室内环境实验设计图；图4是本专利技术隔墙环境实验设计图；图5是本专利技术室外环境实验设计图；图6是本专利技术结果误差的累计概率分布图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。本专利技术的整体思想：主要考虑以下二个方面：如何获取定位所需要的RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication，接收信号的强度)数据；如何利用几何位置关系较精确地计算被监听设备的位置。基于ProbeRequest帧的智能终端被动定位方法，包括如下步骤：1)ProbeRequest帧监听：利用一个智能终端设备monitor模式下的Wi-Fi部件，侦听从另一个Wi-Fi智能终端设备广播的ProbeRequest帧，并解析数据帧中的信号强度和MAC(MediaAccessControl)物理地址信息，作为被动定位方法中的基本数据；2)路径移动：监听人持智能终端设备沿直线路径行走，在采集点接收由被监听设备广播发送的ProbeRequest帧，针对某一MAC地址的被监听智能终端，计算在采集点接收到的包含该MAC地址的ProbeRequest帧中RSSI字段值的平均值，将其作为该被监听设备在该采集点上Wi-Fi信号强度的估计值；3)被监听终端相对位置计算：利用无线信号的接收距离和接收功率之间的数值关系，以及监听人行走路径与被监听终端的几何关系，通过三角余弦定理得到一个非线性方程组，运用牛顿迭代法，通过计算雅可比(Jacobi)矩阵，求解该非线性方程组，从而确定被监听智能终端的位置。下面详细说明基于ProbeRequest帧的智能终端被动定位方法，其步骤如下(如图1所示)：1、ProbeRequest帧监听：无线局域网协议IEEE802.11中，带有Wi-Fi部件的智能终端设备(如智能手机、平板电脑)会自动地广播ProbeRequest帧来探测附近的Wi-FiAP(AccessPoint,Wi-Fi接入点)。我们可以使用一个带有Wi-Fi部件的智能终端设备(如MacOS、Andorid系统设备)，通过将Wi-Fi部件设置为monitor模式，嗅探到由其他智能设备自动发送的ProbeRequest帧。本专利技术通过上述方法，利用一个智能终端设备monitor模式下的Wi-Fi部件，侦听从另一个Wi-Fi智能终端设备广播的ProbeRequest帧，并解析数据帧中的信号强度和MAC(MediaAccessControl)物理地址信息，作为被动定位方法中的基本数据。2、路径移动监听人持有一智能终端设备(Wi-Fi部件设置为monitor模式)，依照图2所示路径移动。图2中，A表示监听人移动起始位置，A->B->C表示移动路径，W表示被监听的智能终端所在位置。监听人持有的智能终端设备分别在采集点A、B、C接收被监听智能终端的ProbeRequest帧。一个ProbeRequest帧中包含一个MAC地址以及对应的RSSI值。在一个采集点可能接收来自多个智能终端的ProbeRequest帧。因此，针对某一MAC地址的被监听智能终端，计算在采集点接收到的包含该MAC地址的ProbeRequest帧中RSSI字段值的平均值，分别表示为RA、RB和RC。AB路径移动距离dAB和BC路径移动距离dBC通过计步软件估计行走的步数乘以平均步长得到。3、被监听终端相对位置计算几何位置计算方法与路径衰减指数n无关，并能通过非线性方程组准确计算。利用无线信号的接收距离和接收功率之间的数值关系，以及监听人行走路径与被监听终端位置之间的几何关系，通过三角余弦定理得到一个非线性方程组，计算过程如下：无线信号的接收距离和接收功率之间的关系如公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Probe Request帧的智能终端被动定位方法，其特征是，包括如下步骤：1)Probe Request帧监听：利用一个智能终端设备monitor模式下的Wi‑Fi部件，侦听从另一个Wi‑Fi智能终端设备广播的Probe Request帧，并解析数据帧中的信号强度和MAC(Media Access Control)物理地址信息，作为被动定位方法中的基本数据；2)路径移动：监听人持智能终端设备沿直线路径行走，在采集点接收由被监听设备广播发送的Probe Request帧，针对某一MAC地址的被监听智能终端，计算在采集点接收到的包含该MAC地址的Probe Request帧中RSSI字段值的平均值，将其作为该被监听设备在该采集点上Wi‑Fi信号强度的估计值；3)被监听终端相对位置计算：利用无线信号的接收距离和接收功率之间的数值关系，以及监听人行走路径与被监听终端的几何关系，通过三角余弦定理得到一个非线性方程组，运用牛顿迭代法，通过计算雅可比(Jacobi)矩阵，求解该非线性方程组，从而确定被监听智能终端的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于ProbeRequest帧的智能终端被动定位方法，其特征是，包括如下步骤：1)ProbeRequest帧监听：利用一个智能终端设备monitor模式下的Wi-Fi部件，侦听从另一个Wi-Fi智能终端设备广播的ProbeRequest帧，并解析数据帧中的信号强度和MAC(MediaAccessControl)物理地址信息，作为被动定位方法中的基本数据；2)路径移动：监听人持智能终端设备沿直线路径行走，在采集点接收由被监听设备广播发送的ProbeRequest帧，针对某一MAC地址的被监听智能终端，计算在采集点接收到的包含该MAC地址的ProbeRequest帧中RSSI字段值的平均值，将其作为该被监听设备在该采集点上Wi-Fi信号强度的估计值；3)被监听终端相对位置计算：利用无线信号的接收距离和接收功率之间的数值关系，以及监听人行走路径与被监听终端的几何关系，通过三角余弦定理得到一个非线性方程组，运用牛顿迭代法，通过计算雅可比(Jacobi)矩阵，求解该非线性方程组，从而确定被监听智能终端的位置。2.根据权利要求1所述的基于ProbeRequest帧的智能...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙霖，郑增威，陈思浓，蔡建平，吴剑钟，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33