本發(fā)明所屬領域為信息安全，涉及wifi熱點信息采集技術，wifi熱點定位算法和基于android手機的程序設計等技術。
背景技術：
：：自20世紀90年代末期起，許多高校和研究機構就開始了無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位技術的研究，具有代表性的項目有at&tcambridge的activebadges項目和georgiatech公司的smartfloor項目。在室內(nèi)定位算法研究方面，國外研究成果中具有代表性的是，bah1等人采用信號空間最近鄰法(nearestneighborinsignalspace，nnss)和信號空間k最近鄰法(k-nearestneighborinsignalspacek-nnss)。該方法在位置指紋數(shù)據(jù)庫里找出與實時信號強度樣本最接近的一個或多個樣本，將它們對應的采樣點或多個采樣點的平均值作為預估的用戶位置。此外，還有smailagic等人提出的基于查表(tablebased)的定位方法。目前許多相關研究集中在無線局域網(wǎng)中如何定位移動用戶位置等方向上，涌現(xiàn)出了許多基于無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位技術的定位技術，其中較為典型的有微軟研究院開發(fā)的radar定位系統(tǒng)，芬蘭ekahau公司研制的ekahau定位系統(tǒng)，skyhook公司的wps定位系統(tǒng)等。1、radar定位系統(tǒng)radar定位系統(tǒng)是由微軟研究院開發(fā)的基于無線局域網(wǎng)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，它最早提出基于信號強度位置指紋匹配的算法，此后許多無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位系統(tǒng)大都借鑒了radar系統(tǒng)的算法思想。該系統(tǒng)主要從軟件的角度出發(fā)，利用802.11標準中的接收信號強度(receivedsignalstrengthindication，rssi)，通過比對所在位置rssi與事先測量的rssi之間的相似性，利用模式匹配的思想實現(xiàn)定位。radar系統(tǒng)提出了兩種基于rssi的定位方法，一種是根據(jù)經(jīng)驗值數(shù)據(jù)庫進行定位，另一種是根據(jù)室內(nèi)信號傳播模型進行定位。前者的首要任務是，建立室內(nèi)環(huán)境的無線信號接收強度分布圖，即信號強度經(jīng)驗值數(shù)據(jù)庫。測量值與經(jīng)驗值進行匹配時采用了最近k鄰居算法(k-nearestneighborinsignalspacek-nnss)。而基于室內(nèi)信號傳播模型建模的定位方法，則首先用數(shù)學建模的方式計算室內(nèi)空間中各個位置的信號強度rssi，再用實時測量值與之比對，匹配算法仍然采用最近k鄰居算法。radar系統(tǒng)的增強版中加入了類維特比(viterbi-like)歷史路徑算法，在一定程度上提高了定位的精度，但是同時也增加了定位算法的復雜度和定位時延。radar系統(tǒng)主要依靠信號強度測量值與經(jīng)驗值的比對來判定用戶的位置，是后來很多基于位置指紋數(shù)據(jù)庫匹配的室內(nèi)定位算法的鼻祖。然而，該系統(tǒng)沒有充分利用與位置相關的其他信息，一定程度上影響了定位的精度，平均定位精度為2.65米左右。2、ekahau定位系統(tǒng)芬蘭ekahau公司推出的ekahau定位系統(tǒng)是全球第一個商用化的基于無線局域網(wǎng)的室內(nèi)定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用經(jīng)驗值采樣的方法進行定位，可運行在支持無線網(wǎng)絡的臺式機、筆記本電腦或智能手機上。它主要包括3個模塊：客戶端、管理程序、定位服務器。ekahau定位系統(tǒng)工作時，從客戶端上采集無線ap的信號強度，管理程序負責建立室內(nèi)環(huán)境的無線信號強度分布圖，即rssi數(shù)據(jù)庫，定位服務器用來存儲rssi數(shù)據(jù)庫，并執(zhí)行匹配算法計算設備位置坐標。定位之前，定位引擎要求用戶事先畫好行走路線，在行走路線上進行采樣，因此，定位時給出的位置估計值被限定在事先畫好的行走路線上，定位區(qū)域具有很大的局限性。ekahau定位系統(tǒng)的平均定位精度為3m左右，是目前商用定位系統(tǒng)中較為成熟的系統(tǒng)之一。3、wps定位系統(tǒng)skyhook公司推出的wps定位系統(tǒng)(wifipositioningsystem，wps)是一個利用信號強度位置指紋匹配法進行定位的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠綜合使用wifi、gps和移動基站進行精確定位。wps技術的優(yōu)勢是：比gps系統(tǒng)耗時短，比基站定位技術精確，并且省電。目前該技術已經(jīng)得到了業(yè)界的認可，google等公司也已經(jīng)進入了該領域。skyhook目前已經(jīng)與蘋果、高通、broadcom和csr等公司進行了合作。wps是一個獨特的純軟件系統(tǒng)，可通過wifi接入點產(chǎn)生準確的位置信息檢測，高通將提供其gpsone芯片應用最廣泛的a-gps解決方案，與skyhook的定位技術相結合，利用wifi和gps全球定位系統(tǒng)，通過設備制造商、移動運營、第三方服務提供商和應用開發(fā)商，建立一個混合定位解決方案。skyhook的wifi定位技術能利用已知的wifi熱點增強gps功能。該服務在人口密集、wifi無線電訊號傳輸頻繁的區(qū)域運作良好。針對室內(nèi)定位，或城市高樓間的定位，也有很好的表現(xiàn)。這些都是以衛(wèi)星為基礎的gps技術相對較弱的地方。定位系統(tǒng)的實現(xiàn)機制非常靈活，可以劃分為正向和反向兩種。此外，也有文獻根據(jù)移動定位標簽有無計算能力，劃分為瘦標簽和胖標簽。一般來說，無線發(fā)射端位置已知或相對固定，求解計算信號接收端的位置，稱為正向；反之，已知接收端位置固定，求解發(fā)射端位置則稱為反向。反向定位的應用案例包括：無線監(jiān)管時的噪聲定位，無線傳感器中的無源位置標簽定位等等?，F(xiàn)有定位系統(tǒng)大多數(shù)均采用正向定位算法，而本軟件則采用反向定位算法。與正向定位類似，反向定位也可以基于時間、角度來完成，但這通常需要定制的計時和測量角度的硬件電路，而且對測量的精確度要求較高。因此，本軟件采用基于信號強度的定位方案，充分利用wifi網(wǎng)絡已有的基礎設備，采用三點定位的wifi算法進行反向定位，利用wifi網(wǎng)絡信號強度(rss)檢測機制，設計并實現(xiàn)了一種wifi基站的反向定位算法。通過反向利用基于信號強度的定位方案，采用android手機充當接收者，反向定位出wifi熱點的位置。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明研制開發(fā)了一種較為完善的，有很強針對性的基于手機的區(qū)域wifi熱點位置測定技術。該技術通過android手機在不同位置獲取的gps信息和wifi的信號強度，將獲取的數(shù)據(jù)回傳到pc機，基于系統(tǒng)特有算法，計算出wifi熱點的具體位置，并采用可視化展示方式在地圖上標示出來。該技術操作平臺基于android4.1以下(包括4.1)操作系統(tǒng)，通過三大功能模塊：區(qū)域wifi熱點信息采集模塊，區(qū)域wifi熱點位置測定模塊和區(qū)域wifi熱點位置展示模塊，對wifi熱點定位算法和熱點位置展示進行創(chuàng)新，實現(xiàn)了目標手機wifi信息獲取，目標手機地理位置信息獲取和多種方式的目標手機信息回傳。不同以往的移動用戶定位軟件，本技術設計并實現(xiàn)了一種wifi基站的反向定位算法，用來測定wifi熱點的信號源位置；然后，通過將自由空間電波傳播損耗公式和室內(nèi)無線信號強度分布公式相結合，用來測定與wifi信號源的距離；另外，可采用多種方案對目標手機信息進行回傳，回傳方案包括：向自建服務器回傳、使用郵件回傳、利用現(xiàn)有云存儲服務回傳等；最后，軟件根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)和計算出的結果，采用可視化展示方式，在地圖上對區(qū)域wifi熱點進行標示，展現(xiàn)區(qū)域wifi熱點的分布情況。一、本發(fā)明理論基礎與客觀依據(jù)研究區(qū)域wifi熱點位置測點技術，實現(xiàn)定位信息wifi信息的采集、回傳、測算及最終展示，本發(fā)明對以無線通信距離計算方法和wifi定位算法進行了深入研究：(1)無線通信距離計算方法本發(fā)明采用自由空間傳播時無線通信距離的計算方法。所謂自由空間傳播系指天線周圍為無限大真空時的電波傳播，理想情況下會被障礙物所吸收，也不會產(chǎn)生反射或散射。自由空間中電波傳播損耗(亦稱衰減)只與工作頻率f和傳播距離d有關。下面的公式說明在自由空間下電波傳播的損耗：los(db)＝32.44+20lgd(km)+20lgf(mhz)其中：los是傳播損耗，單位為db。d是距離，單位為km。f是工作頻率，單位是mhz。這種情況是理想狀況下的傳輸距離，實際應用中，由于wifi信號多在室內(nèi)，無線信號傳輸功率低，覆蓋范圍小，環(huán)境變動大，對于室內(nèi)無線信道，受多徑效應的影響，接收端的信號由多個路徑的入射信號構成。建筑物自身結構會引起入射信號的反射、繞射、折射和散射，因此信號在到達接收端時便具有不同的強度、相位和時延，它們疊加后形成了衰減、相位不斷變化的信號波形。其中，信號幅度的衰落是信道衰落統(tǒng)計特性模型的主要研究對象。經(jīng)多徑信道傳輸后接收到的信號強度一般服從對數(shù)正態(tài)分布。常用的對數(shù)距離路徑損耗模型服從如下公式：式中p為接收端的接收信號功率，d是移動臺與信號源的距離，n是路徑損耗因子，ξ是一與傳播距離d無關的隨機變量?；诖四Ｐ偷贸鲈谑覂?nèi)環(huán)境中無線信號強度的分布服從如下公式：rss＝-10nlgd+a其中rss表示接收信號強度(receivedsignalstrength，rss)，a被定義為距離發(fā)射點1m處的接收信號強度；n表示信號傳輸常數(shù)，取決于信號傳播環(huán)境；d為與發(fā)射節(jié)點的距離。不同環(huán)境下的a和n取值，參照說明書附圖1。(2)wifi定位算法假設有三個點a、b和c可以接收wifi信號，設b和c點的信號強度分別為qb和qc。通過手機可以獲得qb和qc的值。同時wifi信號的發(fā)射頻率f可以通過測定得出。距離損耗公式如下：los＝32.44+20lgd(km)+20lgf(mhz)由于無法得出wifi的初始發(fā)射功率，所以無法算出los傳播損耗的具體數(shù)值和每個地點距離wifi信號源的距離。因此，本軟件通過兩個點算出它們距離wifi信號源的比例。例如b點和c點得距離比計算公式如下：qb＝32.44+20lgda+20lgfqc＝32.44+20lgdb+20lgf分別以b和c為圓心，以距離比為半徑，比例畫圓。由計算得出所有不同比例，畫出的圓的交點都在一個圓上，求解該圓的方程如下：ax2+bx+cy2+dy+e＝0參照說明書附圖2，b和c兩個圓的交點在另外一個圓上，通過改變b和c半徑的大小(保持比例不變)，兩個圓的交點都在紫色線的圓上，可以得出結論，即wifi的位置在紫色圓區(qū)域中。同理，計算出a和c的距離比，求得a和c的交點所在圓的方程如下：a1x2+b1x+c1y2+d1y+e1＝0計算a和b畫圓的交點所在圓的方程設如下：a2x2+b2x+c2y2+d2y+e2＝0由于上述三個圓都滿足條件，所以wifi必定同時在三個圓上。因此，通過三個圓的交點，即可確定wifi所在的位置。二、
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要
發(fā)明內(nèi)容是區(qū)域wifi熱點位置測定技術和算法的創(chuàng)新，以及基于android手機的區(qū)域wifi熱點位置的程序開發(fā)。(1)區(qū)域wifi熱點位置測定技術和算法的創(chuàng)新本發(fā)明首先基于自由空間傳播時無線通信距離的計算方法，結合實際應用中的特點和需求，對信號進行修正，計算出近似通信距離。由于已有定位算法只適用于定位信號接收端，無法滿足對信號發(fā)射端進行定位的要求，本發(fā)明借鑒現(xiàn)有基于rss信號強度定位算法，提出針對信號發(fā)射端的區(qū)域wifi熱點位置測定算法?，F(xiàn)有基于rss信號強度室內(nèi)定位算法模型，一般都用于測定接收終端的位置，其模型建立過程如下：無線信號在視距傳播時，其路徑損耗與t-r距離成對數(shù)關系。但由于室內(nèi)信號并非視距傳播，各種障礙物均會對信號造成衰減，其中以墻壁造成的分隔損耗最為主要。另外在不同的環(huán)境下，信號衰減的速度也有不同，如在發(fā)射天線很近的地方，環(huán)境的影響很小，可認為與自由空間傳播相同，而在辦公室環(huán)境下則衰減要快一些。本軟件采用如下式所示模型對無線信號的路徑損耗平均值進行預測：其中，na是由環(huán)境決定的路徑損耗指數(shù)，對同一樓層的不同區(qū)域根據(jù)實際測量采用不同值；waf為需由實驗測定的墻壁衰減因子，需對不同墻體進行實際測量；df為發(fā)射天線周圍可等效為自由空間的范圍，通常為3米；d0＝1m為參考點距離?；谏鲜鏊惴?，本發(fā)明采用反向應用，設計出反向定位wifi熱點位置的算法。根據(jù)采集到的gps定位信息和wifi信息，測算出wifi熱點的位置。此外，為加強測量結果的準確性，軟件將通過多次測定結果得出多個wifi位置點，并任意選三個點連接為三角形，在取得的重心位置后，根據(jù)中心對wifi信號源位置進行修正，提升測量的精確度。(2)基于android手機的區(qū)域wifi熱點位置測定技術本技術基于android4.1以下(包括4.1)操作系統(tǒng)，通過三大功能模塊：區(qū)域wifi熱點信息采集模塊，區(qū)域wifi熱點位置測定模塊和區(qū)域wifi熱點位置展示模塊，實現(xiàn)了目標手機wifi信息獲取，目標手機地理位置信息獲取和多種方式的目標手機信息回傳。該技術首先通過手機在不同位置獲取gps信息和wifi的信號強度，根據(jù)實際需求和應用特點，對區(qū)域wifi熱點位置測定技術和算法進行創(chuàng)新，推算出wifi熱點的位置，并采用多種方式獲取數(shù)據(jù)并回傳到后臺服務器，最后，采用可視化展示方式在地圖上將測定結果標示出來。本技術使用android手機作為采集平臺。在室外條件下，android手機的gps定位信息需要使用locationmanager類和location類，通過調(diào)用該類中的方法進行定位信息獲取。而在室內(nèi)條件下，通過手機自身的gps定位功能很難獲取定位信息，需要調(diào)用第三方地圖服務的定位接口，根據(jù)其接口回調(diào)的位置信息來獲取經(jīng)緯度。在android手機上獲取gps信息還需要一些權限，如果在室外條件下，在androidmanifest.xml文件中增加如下位置信息配置，如果在室內(nèi)條件下，還需增加wifi狀態(tài)的配置。獲取wifi信息需要用到wifimanager類，通過該類提供的方法進行wifi信息的獲取。此外，還需要在androidmanifest.xml文件中增加wifi狀態(tài)的配置。本技術的信息回傳模塊所回傳的數(shù)據(jù)與服務端的定位計算程序所需輸入數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)結構上有很大不同，回傳數(shù)據(jù)中每個采集點的數(shù)據(jù)結構均為“gps信息-wifi列表”，每個wifi列表中均包含wifi的經(jīng)度、緯度、信號強度等信息。而服務器端的定位計算程序所需的輸入數(shù)據(jù)結構則是“特定wifi及其信息-gps信息列表”，每個gps信息列表由若干個能夠采集到該特定wifi信息的采集點組成。本技術對這兩種數(shù)據(jù)結構的高效轉換進行了專門的數(shù)據(jù)結構和算法設計。附圖說明圖1不同環(huán)境下的a和n取值。圖2b和c兩圓模擬圖。圖3軟件整體框架圖。圖4軟件整體流程圖。圖5手機端數(shù)據(jù)獲取流程圖。圖6電腦端數(shù)據(jù)處理流程圖。圖7軟件安裝和使用流程圖。圖8軟件wifi搜索界面圖。圖9軟件xml文件結果展示圖。圖10軟件地圖展示效果圖。具體實施方式本發(fā)明研制開發(fā)了一種具有很強針對性的區(qū)域wifi熱點位置測定技術，該技術通過基于android手機軟件實現(xiàn)。軟件整體框架參照說明書附圖3。軟件在手機端運行平臺為android操作系統(tǒng)，以androidwifi獲取技術、android地理位置信息獲取技術和javamail技術為基礎，結合wifi基站的反向定位算法，分模塊實現(xiàn)了wifi信息獲取、位置信息獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回傳、數(shù)據(jù)下載、wifi位置計算和wifi位置顯示等功能，以android手機在不同位置獲取的gps信息和wifi的信號強度為參數(shù)，計算出wifi熱點的具體位置，并采用可視化展示方式在地圖上標示出來。軟件的整體工作流程主要分三步，參照說明書附圖4：第一步：采集足夠周邊足夠多的wifi熱點信息。第二步：利用所采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件特有的定位算法和修正算法，計算出wifi熱點的地理位置。第三步：將計算得出的地理位置標示在百度地圖上，進行可視化展示。其中，手機端的數(shù)據(jù)獲取過程，參照說明書附圖5。數(shù)據(jù)采集過程涵蓋了四個功能模塊，包括：wifi信息獲取模塊、位置信息獲取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)回傳模塊。數(shù)據(jù)獲取的工作流程如下：首先選定合適的信息收集地點，用手機wifi搜索功能搜索周圍wifi熱點信號。如果沒有信號，則移動位置繼續(xù)搜索。如果有信號，則收集該點wifi熱點的信號強度和地理位置，并將這些信息轉化成便于系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)結構，然后查看是否已經(jīng)獲取到足夠的有效數(shù)據(jù)。如果沒有則繼續(xù)收集，如果數(shù)據(jù)已足夠，則將這些信息回傳至電腦端以備后續(xù)處理。電腦端的數(shù)據(jù)處理過程，參照說明書附圖6。數(shù)據(jù)處理過程涵蓋了三個功能模塊，包括：數(shù)據(jù)下載模塊、wifi位置計算模塊和wifi位置顯示模塊。數(shù)據(jù)處理的工作流程如下：首先在電腦端下載手機端收集的數(shù)據(jù)，并以這些數(shù)據(jù)為參數(shù)，通過系統(tǒng)預設的算法，計算出wifi熱點的位置信息，并對該信息進行修正，然后將修正后的wifi熱點位置信息標示在百度地圖上，進行可視化展示。軟件的安裝和使用流程，參考說明書附圖7。用戶首先需要在android手機上安裝本軟件的客戶端，然后打開wifi，檢查網(wǎng)絡是否良好。軟件的wifi搜索主界面將顯示周邊wifi信息，參照說明書附圖8。若無可用信息，則點擊“刷新列表”按鈕；若有可用信息，則點擊“獲取數(shù)據(jù)”按鈕。之后可獲取該點坐標，并將該坐標和周邊wifi記錄到軟件中。獲取成功后會在左上角更新獲取數(shù)據(jù)的次數(shù)，并提示“該點的wifi和地理信息已記錄”，之后可進行其他操作。獲取坐標的時間由實際網(wǎng)絡狀況決定。點擊“清空數(shù)據(jù)”按鈕將清空獲取的數(shù)據(jù)，建議用戶謹慎使用。重復上述刷新列表和獲取數(shù)據(jù)的操作，直到獲取到足夠的數(shù)據(jù)，點擊“保存數(shù)據(jù)”按鈕。此時，軟件中記錄的數(shù)據(jù)將保存到本地。保存成功后會提示“wifi和地理信息已經(jīng)保存在本地”，并清除軟件中的數(shù)據(jù)。保存地址為sd卡根目錄。名稱為：當前時間.out(例：2016-04-0414-56-12.out)。保存完成后可以開始新的數(shù)據(jù)獲取工作。至此，手機端的數(shù)據(jù)獲取工作完成。然后，用戶需將手機中的數(shù)據(jù)采集文件拷貝到電腦中的rawfile文件夾中，點擊run.bat，等命令行界面中出現(xiàn)“所有文件處理完成”后，按任意鍵退出。在電腦端的outxml文件夾中查看結果文件，結果文件的文件名為當前時間，xml文件結果，參考說明書附圖9。在outmap文件夾中的結果在百度地圖中的可視化展示效果，參考說明書附圖10。當前第1頁12當前第1頁12