基于Linux系统的WiFi无线信号强度采集方法研究与实现开题报告

1. 研究目的与意义

在无线通信中，表征无线信号强度的rssi值（即接收信号强度指示）是十分重要的参数，其表示了接收到的无线信号中的功率数值的计算值，是无线发送层的可查询参数。无线信号强度信息的使用十分广泛，比如通过相关算法和模型，使用各种无线网络（比如gprs、bluetooth、irda等）的rssi进行测距、定位和分析等，相关的研究与应用相当多并且趋于成熟。比如文献[1]中使用无线传感网定位，文献[2]中基于rssi数值变化寻找物品。

而提到无线通信，其中一个最典型的代表就是现如今几乎无处不在的wifi网络，其安装便捷，使用灵活，经济节约，利于扩展，还具备较高的安全性。早在上个世纪末期，无线局域网发展初期，ieee刚刚为无线局域网制定版本标准和协议（1997年制定ieee 802.11初版）不久，就有工程师使用wifi网络rssi进行相关研究了。2000年，在ieee组织通信网络领域的旗舰性会议——infocom中，微软研究院的研究员与工程师们就设计了一套精度相当高的室内定位系统，其使用的基本数据之一就是wifi网络的rssi值，并以此为基础进行测试、计算、建模和设计工作^[3]。虽然当时无线局域网络还处于初级阶段，协议标准以及硬件设备都不完善（802.11初版仅定义了一个协商速率2mbps，仅支持一种调制解调方式，无线网络速率不仅受限于无线网络，计算机的各种数据总线速率也存在瓶颈），但是依靠wifi网络方便快速部署并且对比其他无线连接方式具有较高可靠性，微软的研究人员依然超预期完成系统设计的目标——进行高精度室内定位，性能和实现复杂度均优于同期其它系统（如ir、蜂窝数据、超声波等）。时至今日，wifi技术的发展和无线强度信息的应用可以说是日新月异，尤其是算法与模型建立方面进步显著。例如文献[4]中同样是基于rssi的室内定位，建立的模型更加贴合实际场景（加入损耗模型与取值滤波），并且使用多算法融合，定位精度更高。

在基于rssi进行室内定位的研究基础上，研究者们又发现rssi信息还可用于无线人体行为检测与识别技术。人体行为检测与识别技术具有广泛的应用前景和潜力，而进行检测识别基础就是能随人体和环境而改变的相关数据，无线网络信号强度就是十分符合条件的参考数据。在文献[5]中，设计者基于无线局域网关和zigbee相结合收集的rssi值，提出了可用于特殊环境（矿井下）的高精度的人体定位算法。文献[6]中在室内使用多节点的无线传感网收集无线信号强度信息，配合复杂算法和模型，研究出几乎无死角的人体行为（运动和静止）感知。人体行为检测的相关应用已经可以得到广泛推广，具有广阔的市场前景和经济效益，比如远程医疗系统辅助监测，体育运动中的辅助数据分析。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

本课题需要获取较高频率的无线信号强度信息用于无线人体行为识别。这不同于室内定位所需的低频率rssi信息，为获取稳定高频的采集，需要对收发端进行传输速率和传输方案的设置，将对此进行具体研究。

目前主流的无线信号（包括但不限于无线局域网）强度信息采集大多使用三种方法：一种是通过编程从无线网络适配器的固件或者驱动程序中获取，或者从系统的相关api中调用专用函数读取；第二种方法是使用专业的抓包工具，抓取网络层（本文以及后续报告中网络分层均采用）的报文，读取报文中的无线信号强度信息；第三种方式为通过无线模块主控配套的工程文件与程序，从外部的串口或者其他接口读取，这种方法多用于使用嵌入式系统的无线传感网络。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

rssi值不仅仅对环境和物体敏感，而且可以在发送端（基站端）和接收端（移动设备端）都可以读取这个值，易于获取以便用于后续各种不同的应用研究。需要注意的是，虽然我们将通过抓取802.11ac的icmp报文来从中提取rssi值，但是rssi值并不存在于报文的数据与协议帧字段中，而是在物理层中。tcp/ip物理层原语中明确给出了有关rssi的接口pmd_rssi.indicate，即在接收端网卡测量到rssi的值以后，我们可以从这个程序接口获得rssi的值。

在无线网络连接中，信号强度由接收端测量得到后，物理层中可以得知接收的射频能量强度，经过计算之后（一般为简化的渐变模型），pmd_rssi.indicate向物理层提供一个长度小于8bit的rssi值，它是众多参数中的一个元素。

4. 参考文献

[1]黄雅楠.基于无线传感器网络的rssi定位研究[j].物联网技术,2018,12:38-39.

[2]李雪艳, 初琦, 王俊. 基于rssi的贵重物品寻找器的设计[j]. 北京工业职业技术学院学报, 2018, 17(04):32-35 41.

[3] bahl p , padmanabhan v n . radar: an in-buildingrf-based user location and tracking system[c]// infocom 2000. nineteenth annualjoint conference ofthe ieee computer and communications societies. proceedings.ieee.ieee,2000.

5. 计划与进度安排

序号 起讫日期 工作内容

1、2022.3.5-2022.4.5：充分查阅相关资料，撰写并修改完成开题报告；

2、2022.4.6-2022.4.25：深入研究无线局域网协议的相关内容，利用c语言编程或者抓包软件实现rss强度信息获取的基本功能；