基于嵌入式系统的室内无线监控方案的研究与实现开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，随着网络技术的不断发展，人们可以随时随地的上网冲浪，也使得wifi技术及运用非常普及，而且wifi热点接入点和wifi客户端的数量也在不断的快速增加，所以人们在公共场所随时随地的可以连入免费的wifi热点。wifi技术不仅在人们上网方面有很大的用处，在学习，医院，商场及家庭等地方也有很多的运用。例如文献[1]中在智能家居中的应用，实现了在入口的红外检测;客厅的光照采集;厨房的可燃气体检测及主卧的温湿度监测。文献[2]中的在智能校园里的应用，将wifi技术运用到了智能校园平台里，极大的方便了家长及老师对学生的管理。

wifi最开始的作用，只是用于传输数据，但是后来研究发现wifi还可以用于人体定位和人体行为感知。在2000年，bahl等人^[3]提出rader,一种基于wifi信号强度(receivedsignal sterength，rss)来进行室内定位，这是首次用wifi信号来进行感知。人体行为感知技术目前主要有以下几种：计算机视觉、红外技术、专用传感器技术等。计算机视觉是同过外设摄像头采集人体动作图像序列，通过算法识别人体动作行为，但是不能采集摄像头视角以外的人体动作；红外技术能采集昏暗环境下的人体动作行为，但是需要昂贵的外设设备，不适于大量运用；专用传感器可以实现细粒度的行为感知，但是设备也是造价昂贵，还不方便携带和安装。相比于这些人体行为感知技术，wifi的行为感知就不需要额外的设备支持，因为wifi的行为感知是通过对人体反射wifi信号特征进行检测而实现的，因此wifi的行为感知技术不需要昂贵的费用，并且wifi设备非常容易携带与安装。因此，wifi行为感知技术大量的运用在社会的方方面面，为大家带来了很大的方便及用处。

目前，基于wifi信号的行为感知主要通过采集无线信号接收强度（received signal strenghindication,rssi）或者信道状态信息（channel state information,csi）来实现的。rssi和csi相比，虽然csi比rssi的精准度更好，但是csi需要花费更大的价格去更改设备，而rssi的采集更加方便简单，操作也简单，所需费用也少。在入侵检测方面，采用rssi无疑是更好的选择，因为它不需要很高的精准，并且方法更简单容易，也节约经济。rssi表征接收信号强度的强弱，当rssi信号无线链路经过障碍物时，信号的强度会受到影响。在2007年，youssef等人^[4]通过实验证明，人体的运动会影响接收信号强度的变化，而rssi上的移动平均值和移动方差等简单的特征可用来检测人体存在。直到现在，形象技术的发展日新月异，尤其是模型的建立和算法的发展更加显著。例如文献[5]中用网格法划分定位区域,用奇异谱分析方法消除采集数据中的波动和干扰,然后采用高斯过程回归算法进行回归建模,构建位置指纹和现实位置之间的非线性映射关系。减少了传统接收信号强度受多径效应的影响，提高了定位的精准度。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

本课题需要较高频率的无线信号强度信息来监测室内的人体行为动作，相比与室内定位所需的无线信号强度的频率来比，为了采集稳定的高频率信号，需要对发送端进行发送频率和发送方案的设置。

采集rssi信号（不局限于无线信号），现在主流的采集方法是用抓包软件抓取网络层中的报文，读取报文中的无线信号强度，例如文献[7]中使用的就是wireshark抓包软件。相比与其他方式的信号采集方式（例如文献[8]中编写小型vb程序和相关控件，和使用计算机的cmo）相比，不仅在采集速率上快很多，并且操作方便简单灵活，不需要额外的硬件措施。

3. 研究的方法与步骤

研究方法和步骤：

(1)通过参考大量的文献资料，初步对基于嵌入式的简易室内检测方案有一个大致的构建思路。

(2)按照课题的要求搭建数据采集系统，该系统包括发送端和接收端和基站，在发送端编写相关的发包脚本，以确保以较高频率发送报文，使接收端能获取稳定的较高频率的信号。通过基站发送，在接收端获取rssi值后通过抓包软件抓取报文中的rssi值。

4. 参考文献

[1]李娜. 基于wi-fi技术的智能家居系统的设计与实现[d].内蒙古科技大学,2019.

[2]刘军. 无线wifi定位技术及其在智慧校园中的研究与应用[d].湘潭大学,2016.

[3]bahl p,padmanabhan vn. rader:anin-building rf-based user location and tracking syestem //proceedings of the 19th annual joint conference of the ieee computer and communicatinssocieties. tel aviv,israel,2000:775-784.

5. 计划与进度安排

序号 起讫日期 工作内容

1、2022.3.1-2022.4.1：充分查阅大量相关资料，撰写并修改完成开题报告；

2、2022.4.2-2022.4.25：深入研究无线局域网协议的相关内容，搭建实验方案，通过c语言编程或者抓包软件获取rssi值信息，进行大量实验，以获取大量的实验数据。