1、解謎手機定位的奧秘 數據恢復四川省重點實驗室 王寧目錄引言：3第1章 手機定位的基本概念3第2章 衛星定位(GPS)技術32.1 GPS定位原理32.2 GPS系統的構成42.2.1 空間部分42.2.2 控制部分52.2.3 用戶部分52.3 美國政府的GPS策略5第3章 基站定位(LBS)技術63.1 GSM蜂窩網絡基礎結構73.2 基站定位的幾種方法73.2.1 蜂窩小區(COO)定位73.2.2 MSC城市定位83.2.3 多點測算定位83.2.4 到達角度(AOA)定位103.2.5 基于場強的定位103.2.6 多方式定位10第4章 WiFi無線定位技術114.1 什么是WiFi?

2、114.2 WiFi與WLAN、無線AP的區別124.2.1 WLAN的基本概念124.2.2 WiFi的基本概念134.2.3 無線AP的基本概念134.2.4 無線AP與無線路由器的區別：144.3 WiFi應用快速增長的現狀144.4 WiFi無線定位的原理154.4.1 每一個無線AP都有一個全球唯一的MAC地址154.4.2 移動設備開啟Wi-Fi獲取周圍無線AP的MAC地址154.4.3 位置服務器完成移動設備的定位計算164.4.4 定位數據準確性離不開位置數據庫的不斷更新和補充164.5 WiFi無線定位應用的廣泛性16第5章 輔助衛星定位(A-GPS)技術175.1 A-GP

3、S技術出現的背景175.2 A-GPS定位原理185.3 A-GPS的MSB和MSA兩種定位方式195.4 A-GPS定位的特點19第6章GPS-One混合型定位技術20第7章 移動定位技術的比較217.1 混合定位A-GPS和GPS-One的比較217.2 幾類定位技術的性能對照表217.3 定位精度比較的實例21第8章 定位參數獲取、移動站識別及其它238.1 移動站的識別238.1.1 IMEI或MEID碼238.1.2 IMSI碼258.1.3 MAC地址278.1.4 MAC、IMSI、IMEI碼在手機定位中的作用298.2 地理位置數據的收集方法308.2.1 基站信號塔數據308

4、.2.2 WiFi熱點數據318.2.3 IP地址位置數據328.2.4 用戶報告的位置數據338.3 手機中的定位操作痕跡34參考文獻35引言：地理定位，不多年以前還是一個比較專業性的詞匯。然而，在智能手機和移動互聯網應用廣泛普及的今天，人們對它已不再陌生了。我們日常生活中經常使用手機查天氣預報、查快遞、尋路導航，查找周圍的朋友和附近的美食、商場、各種服務設施等等，甚至手機拍照時都要在照片中記錄拍照地點，這些都涉及到地理定位技術的應用。那么，手機定位是怎么實現的呢？很多人即便是經常都在使用這項功能，恐怕對于這一點還是不知其所以然。本文比較系統地介紹了手機定位的幾種方式和基本原理，用一些圖表和

5、應用實例詮釋了有關的技術概念。中間穿插了一些對于平時生活中有關手機定位方面謎團的解讀，如為什么會總是收到與自己常去的地方有關的短信推送？為什么自己的購物和消費習慣被商家所知并經常收到騷擾電話？讀了本文之后，你或許會對手機定位的知識有了大概的了解，或者能夠解開心中的某些疑惑，這也正是本文的目的。第1章 手機定位的基本概念手機定位是指通過特定的技術來獲取手機或移動終端用戶的位置信息(經緯度坐標)，在電子地圖上標出被定位對象位置的技術或服務。手機定位技術是在全球定位系統(GPS)技術的基礎上發展而來的，智能手機內嵌入了GPS芯片模塊來接收和處理衛星發送的定位參數，經過復雜的計算后確定自己的地理位置(

6、經緯度)。由于智能手機又是移動互聯網終端設備，與以前單一性能的GPS定位終端相比具有了更多利用互聯網技術進行多種方式定位的優勢。目前用于手機定位的技術主要有：GPS衛星定位技術，LBS基站定位技術，以及最近幾年隨智能手機和移動互聯網技術快速發展而興起的WiFi無線定位技術、A-GPS輔助衛星定位技術和GPS-One混合定位技術。第2章 衛星定位(GPS)技術GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱，起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。主要目的是為陸海空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報搜集、核爆監測和應急通訊等

7、一些軍事目的。到1994年，由全球覆蓋率高達98%的24顆衛星構成的GPS衛星系統己布設完成。2.1 GPS定位原理GPS定位，實際上就是通過四顆已知位置的衛星來確定GPS接收器的位置。在下面的圖中，GPS接收器為當前要確定位置的手機，衛星1、2、3、4為本次定位要用到的四顆衛星，它們的當前位置(空間坐標)已知。實際上，太空中的每一顆GPS衛星都在時刻不停地通過衛星信號向全世界廣播自己的當前位置坐標信息，同時也會附加上該數據包發出時的時間戳。GPS接收器收到數據包后，用當前時間(這里，手機的時間與GPS同步非常重要)減去時間戳上的時間，就是數據包在空中傳輸所用的時間。傳輸時間乘上衛星無線電波的

8、傳送速度(理想為光速)，就是數據包在空中傳輸的距離，也就是該衛星到GPS接收器的距離了。四顆衛星的距離分別為d1、d2、d3、d4。 GPS衛星系統 四星定位示意圖根據立體幾何知識，三維空間中，三對位置,距離這樣的數據就可以確定一個點了。為什么這里需要四對呢？理想情況下，的確只需要三顆衛星就可以實現GPS定位了。但是事實上，由于電波速度也會受到空中電離層的影響，因此會有誤差；再有，GPS衛星廣播的自己位置也可能會有誤差，還有其它一些因素也會影響數據的精確度。因此，在GPS接收器定位運算函數中多用了一組數據，正是用來消除或減小誤差，保證定位有效。這也就是GPS為什么必須有四顆衛星才能定位的原因。

9、GPS接收器或智能手機的GPS芯片對收到的四顆衛星播放的定位數據進行計算，確定自己的位置坐標，并將定位數據從空間坐標形式轉換成經緯度坐標形式。如果手機在進行實時地圖導航的話，由于位置是在不斷移動的，就需要不間斷地接收GPS衛星的空間坐標和時間戳數據，并且根據這些數據不斷地計算出自己的位置并標識在電子地圖中。這個過程要消耗大量CPU和內存資源，對手機電源的消耗也是非常大的，往往導致手機發熱，幾個小時就沒電了。我想這種經歷對許多人來說都不陌生。2.2 GPS系統的構成GPS系統=空間部分+控制部分+用戶部分2.2.1 空間部分組成：24顆衛星=21顆工作衛星+3顆備用衛星， 24顆衛星運行在6個軌

10、道平面上，運行周期為12個小時。保證地球上任一時刻、高度角15度以上的任一地點都能夠觀測到4顆以上的衛星。主要作用：發送用于導航定位的衛星信號。導航信息被調制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛星的軌道參數、衛星時鐘改正數和其它一些系統參數。用戶一般需要利用此導航信息來計算某一時刻GPS衛星在地球軌道上的位置，導航信息也被稱為廣播星歷。2.2.2 控制部分組成：GPS控制部分=主控站(1個)+監測站(5個)+注入站(3個)作用：監測和控制衛星運行，編算衛星星歷(導航電文)，保持系統時間。2.2.3 用戶部分組成：GPS接收器及相關設備，GPS接收器主要由GPS芯片構成。車載、船載

11、GPS導航儀，GPS測繪設備，內置GPS功能的手機等移動設備，都屬于GPS用戶設備。作用：接收、跟蹤、變換和測量GPS信號，是GPS系統的消費者。 GPS系統的構成 美國政府的GPS策略2.3 美國政府的GPS策略兩種GPS服務：SPS-標準定位服務(Standard Positioning Service)，主要面向全世界的民用用戶，第一代的精度約為100M，目前一般為15米以內；PPS-精密定位服務(Precision Positioning Service)，主要面向美國及其盟國的軍事部門以及民用的特許用戶，第一代的精度就高達10M以內，目前據說已達1米。GPS衛星發射兩種不同的測距碼，

12、即軍用的P碼和民用的C/A碼，分別對應精密定位服務(PPS)和標準定位服務(SPS)。因為C/A碼無法用雙頻技術消除電離層折射影響，美國技術人員先期預測定位精度會在百米級別，但是由于在GPS試驗階段提高了衛星鐘的穩定性和改進了衛星軌道的測定精度，使得利用C/A碼定位的SPS測試精度達到14m，利用P碼的PPS測試精度達到3m，遠遠優于預期定位精度。美國軍方認真評估C/A碼的影響后，1984年出臺了保護美國國家安全的兩大措施：防止對軍用的P碼進行干擾的A-S反電子欺騙技術和人為降低民用C/A碼定位精度的SA選擇可用性技術，自1991年7月起所有GPS衛星正式全部使用SA技術，將定位精度降低到10

13、0米。后來在各方反對的浪潮和新的GPS技術推動下，2000年美國取消了對GPS衛星民用信道的SA干擾信號，民用GPS的定位精度達到平均6.2米的實用化水平，從而掀起GPS產業和應用熱潮。第3章 基站定位(LBS)技術基站定位,是一種基于位置的服務，英文名Location Based Service，簡稱LBS，一般應用于手機用戶。它是通過手機運營商的無線通訊網絡(如GSM網、CDMA網)獲取移動終端用戶的位置信息(經緯度坐標)，在地理信息系統或電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值業務。所以，這種定位方式又叫做基于通訊網絡的定位。隨著人們對BLS服務需求的飛速增長，位置服務已經或即

14、將成為所有移動設備(智能手機、掌上電腦等)的標配。GSM蜂窩基站定位，以其定位速度快、成本低(不需要移動終端上添加額外的硬件)、耗電少、室內可用等優勢，作為一種輕量級的定位方法，越來越常用。基站定位是利用基站對手機的測算距離來確定手機位置的,不需要手機具有GPS定位能力，但是精度很大程度依賴于基站的分布及覆蓋范圍的大小，有時誤差會超過一公里，定位精度沒有GPS高。基站定位示意圖 GSM蜂窩網絡 3.1 GSM蜂窩網絡基礎結構我們知道，GSM網絡的基礎結構是由一系列的蜂窩基站構成的，這些蜂窩基站把整個通信區域劃分成如圖所示的一個個蜂窩小區，小則幾十米，大則幾千米。我們用移動設備在GSM網絡中通信

15、，實際上就是通過某一個蜂窩基站接入GSM網絡，然后通過GSM網絡進行數據(語音數據、文本數據、多媒體數據等)傳輸的。也就是說我們在GSM中通信時，總是需要和某一個蜂窩基站連接的，或者說是處于某一個蜂窩小區中的,GSM定位就是借助這些蜂窩基站進行定位。每個小區都有自己的編號，通過手機所在小區的識別號就可以知道手機所在區域。根據該測量結果并結合基站的坐標，一般采用三基站定位方法，就能夠計算出移動設備的位置。3.2 基站定位的幾種方法3.2.1 蜂窩小區(COO)定位蜂窩小區COO(Cell of Origin)定位是GSM網獲取位置信息來實現位置服務的主要定位技術。這種技術不需要對手機或網絡做較大

16、的改動，因此能夠在現有手機的基礎上構造位置查找系統。這是一種單基站定位技術，即根據手機當前連接的蜂窩基站的位置，也即小區識別號(Cell-ID)來確定設備的位置,其定位精度取決于所在小區的半徑。在城市，基站較多，定位精度可以達到200米左右；在基站密集的中心地區，通常小區劃分的很小，這時定位精度可以達到50M以內；而在郊區，基站密度較低，定位精度只能達到一兩公里。這種技術實現簡單，投入成本小，只需分別對現有網絡或手機作適當的改動，就可實現定位功能，是目前在無線網絡中應用最廣泛的定位技術，GSM網絡定位就是采用這種Cell-ID定位方式。3.2.2 MSC城市定位城市定位MSC(Mobile S

17、witching Center移動交換中心)，又叫七號信令定位。MSC從GSM系統內的三個數據庫(即歸屬位置寄存器、拜訪位置寄存器和鑒權中心)中獲取用戶位置登記和呼叫請求所需的全部數據。該技術以信令實時監測為基礎，能夠對移動通信網中特定的信令過程，如越區切換、自動漫游以及與電路相關的信令過程進行過濾和分析，可定位到一個小區，也可定位到地區，并將監測結果提供給業務中心。故適用對定位精確度要求不高的業務，如漫游用戶問候服務，遠程設計服務、平安報信和貨物跟蹤等。目前，國內各省和地區移動公司的短信歡迎系統采用的就是此種技術。3.2.3 多點測算定位上面所述都是屬于單點定位，適用對定位精確度要求不高的業

18、務需求。在很多需要更精確定位的場合，都采用多基站或參考點定位技術來提高精度。多點定位技術主要有TOA/TDOA/OTDOA定位技術和AFLT定位技術。3.2.3.1 TOA到達時間定位TOA(Time of Arrival)定位是一種基于反向鏈路的定位方法，通過測量手機信號到達多個基站的傳播時間來確定移動用戶的位置。只需3個以上的基站接收到手機信號，就可以利用三角定位算法計算出手機的位置。但由于它對接收器的誤差沒有進行處理，誤差較大。3.2.3.2 TDOA到達時間差定位TDOA(Time Difference of Arrival)定位，是另一種基于反向鏈路的定位方法，通過檢測移動臺信號到達

19、兩個基站的時間差來確定手機的位置。至少需要3個以上的基站接收到手機信號，建立兩個以上雙曲線方程來確定交叉點的位置坐標。TDOA方法不要求知道信號傳播的具體時間，可以抵消很大一部分時間誤差和多徑效應帶來的誤差，通常情況下定位精度高于TOA方式。由于蜂窩網絡的功率控制功能，使得離服務基站近的手機發射功率小，導致相鄰基站接收到的信號功率非常小(因而信噪比太小)，造成比較大的測量誤差。針對這種情況的解決辦法是，如在緊急求援呼叫時將手機發射功率瞬間調到最大，可以提高定位精度。手機振鈴時的輻射功率比通話時大許多也是這個道理。3.2.3.3 OTDOA可觀察到達時間差定位OTDOA(Observed Tim

20、e Difference of Arrival)定位，是根據3個基站與手機信號傳播的時間差值進行定位的技術。移動終端向網絡發送系統幀信號之間可觀察到達時間差測量值，其中就包含測得的服務小區和鄰近小區的定時差值。由于網絡已知服務小區到移動終端的傳播延遲，因此可以將移動終端提供的OTDOA測量值轉換為OTOA，從而估算出基站到移動終端的距離。圖中不同圓的交點就是估算出來的終端位置。由于存在測量誤差，這些交點不在同一點上。3.2.3.4 AFLT高級前向鏈接三邊測量定位AFLT(Advanced forward link three edge measurement)定位，是一種基于前向鏈路的定位方

21、法，運用于CDMA2000系統中。在進行定位操作時，手機同時監聽多個基站(至少3個)的導頻信息。利用碼片時延來確定終端到附近基站的距離，最后用三角定位法算出終端的位置。AFLT使用GPS定位所有的基站，需要在網絡中增加新的定位實體和定位中心，利用導頻信息算出移動臺的位置。AFLT三角定位的優點是，有無線網絡覆蓋的地方均可實現定位，比如在室內、汽車尾箱等；缺點是，由于需要監聽多個基站的導頻信息，受當時臨近基站數量、網絡信號強弱的影響較大，精度一般在幾十米到幾百米不等。AFLT高級前向三邊測量定位 AOA到達角度定位3.2.4 到達角度(AOA)定位AOA(Angle of Arrival)到達角

22、度定位,是一種雙基站定位的方法，基于信號的入射角度進行定位。如右上圖所示，知道了基站1到設備之間連線與基準方向的夾角1，就可以畫出一條射線L1；同樣知道了基站2到設備之間連線與基準方向的夾角2，就可以畫出一條射線L2。那么L1月L2的交點就是設備的位置。這就是AOA定位的基本數學原理。AOA定位通過兩直線相交確定位置，不可能有多個交點，避免了定位的模糊性。但是為了測量電磁波的入射角度，接收機必須配備方向性強的天線陣列。3.2.5 基于場強的定位該方法是通過測出接收到的信號場強和已知的信道衰落模型及發射信號的場強值估計收發信短的距離，根據三個距離值就可以得到設備的位置。從數學模型上看，和TOA算

23、法類似，只是獲取距離的方式不同。場強算法雖然簡單，但是由于多徑效應的影響，定位精度較差。3.2.6 多方式定位就是同時使用兩種以上的定位方法來進行定位，通過各種定位方法之間結合使用、取長補短，以達到更高的定位精度。手機任何一種涉及地理定位的應用都是根據自己的功能需求來采取不同的定位方式。就基站定位技術來說，有些定位精度要求不高的應用只用COO蜂窩小區一種方式就可以了，也就是說定位到手機當前連接的蜂窩基站的位置甚至只知道哪個城市就足夠了，例如天氣預報、物流追蹤、新聞類網站等應用就是如此。還有的應用在不同的應用場景下綜合采用不同的定位方式。以消費購物類應用來說，當你一打開軟件就立刻將你所在城市的商

24、品或消費商家展示出來，速度很快，因為它只通過單基站定位知道你在哪個城市就可以；接下來要查找附近的具體哪家消費場所，軟件就需要綜合采用單基站定位、多基站定位、三角定位、差分定位等方法來確定你的詳細位置，所需時間顯著增加，有的會出現左下圖所示的等待畫面，有的軟件甚至還會要求你打開GPS或WiFi來精確定位。美團詳細定位等待畫面 WiFi無線定位示意圖第4章 WiFi無線定位技術WiFi定位又叫無線AP(Wireless Access Point)定位，也有稱之為網絡定位，是近幾年隨著智能手機網絡應用廣泛普及發展起來的定位技術(如右上圖所示)。以前，大部分手機都是通過手機內置的GPS模塊接收GPS衛

25、星信號來定位，或者通過移動基站蜂窩網絡來定位。到目前為止,GPS定位最廣泛的應用還是在汽車、輪船、飛機等運輸工具上安裝接收器或者用戶手持內嵌GPS模塊的手機接受衛星信號，其最關鍵的限制條件是必須在空曠無遮擋的戶外。現在建筑物越來越多，現代化程度越來越高，人們大部分時間都是在公共場所和私人建筑物內活動，GPS定位已經不能滿足這些場所的應用，商場、住宅、地下車庫等建筑物內都不能進行定位。那么基站定位呢？盡管通信信號的穿透能力很強，但由于基站鐵塔之間的距離都很遠，即使是采用三角定位等多基站定位方式，定位精度也很有限。隨著智能手機的普遍應用，移動上網已司空見慣，WiFi聯網功能已成為當今手機的標配，而

26、WiFi定位技術也隨之興起。WiFi網絡能像基站一樣發出信號，用戶的筆記本、平板電腦、手機等移動終端都能接收信號。在很多GPS信號不好的情況下，只要能連上Wi-Fi就同樣能夠定位，應用范圍廣、門檻低。4.1 什么是WiFi?其實，WiFi的正式稱呼是“無線保真”，它是一種可以將個人電腦、手持設備(如pad、手機、平板電腦)等終端以無線方式互相連接的技術，事實上它是一種高頻無線電信號，本身并不具備定位功能。無線保真是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有。4.2 WiFi與WLAN、無線AP的區別在實際應用中，手機中的WiFi功能操作一般顯示為“WLAN”，所以很多人都認為WLAN就

27、是WiFi。實際上，它們雖然有很強的關聯，但也是有很大區別的。4.2.1 WLAN的基本概念WLAN(Wireless Local Area Network)是“無線局域網”的縮寫，指應用無線通信技術將計算機設備互聯起來，構成可以互相通信和實現資源共享的網絡體系，是一種利用射頻(RF)技術進行數據傳輸的系統。該技術的出現是用來彌補有線局域網絡的不足，以達到網絡延伸的目的。WLAN目前包含有多項協議標準，其中的兩大標準為：802.11a標準，使用OFDM調制技術，工作在5GHz頻段上，支持的最大速度為54Mbps；802.11b標準，運行在2.4GHz頻段，采用CCK調制技術，支持的最大速度為1

28、1Mbps。802.11b的優勢在于價格低廉,但速率較低(最高11Mbps)；而802.11a優勢在于傳輸速率快(最高54Mbps)且受干擾少，但價格相對較高。另外，這兩種標準運行在不同的頻段上,不能工作在同一AP的網絡里。802.11g是為了解決802.11a和802.11b不兼容問題而推出的標準，與以前的協議標準相比有兩個特點：其一，802.11g運行在2.4G頻段，使用OFDM調制技術，使數據傳輸速率提高到20Mbps以上；其二，802.11g能夠與采用802.11b標準的WiFi系統互相連通，共存在同一AP的網絡里，保障了后向兼容性。最新的第五代WLAN的802.11ac標準，已進入了

29、千兆網時代。4.2.2 WiFi的基本概念其實，WiFi是一個基于IEEE802.11系列標準的無線網路通信技術的品牌，目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。簡單來說WiFi就是一種在辦公室和家庭中無線上網使用的短距離無線通信技術，工作在WLAN系列標準中2.4GHz附近的頻段。目前可使用的標準分別為IEEE802.11b和IEEE802.11g，分別支持最大11Mbps和54Mbps的速度。在信號較弱或有干擾的情況下，WiFi帶寬可自動調整為5.5Mbps、2Mbps和1Mbps，有效的保障了網絡的穩定性和可靠性。實際上，WiFi就是WLANA(無線局域網聯盟)

30、的一個商標，該商標僅保障使用該商標的產品互相之間可以合作，與標準本身沒有實質性關系，但因為WiFi主要采用802.11b協議，因此人們逐漸習慣用WiFi來稱呼802.11b協議。從包含關系上來說，WiFi是WLAN其中的一個標準，包含于 WLAN中，屬于采用WLAN協議的一項新技術。WiFi的覆蓋范圍最大為100米左右，而WLAN最大(加天線)則可達到5公里。4.2.3 無線AP的基本概念無線AP(Wireless Access Point)是“無線接入點”的縮寫，也稱無線訪問點、會話點或存取橋接器，是一個包含很廣的名稱。它不僅單指無線接入節點本身，也同樣是無線網關、無線網橋、無線路由器等類設

31、備的統稱。單純性無線AP就是一個無線的交換機，僅僅是提供無線信號發射的功能。其工作原理是將網絡信號通過雙絞線傳送過來，經過AP產品的編譯，將電信號轉換成為無線電訊號發送出來，形成無線網的覆蓋。我們常說的WiFi熱點，既是指WiFi信號源的位置點，也是指無線路由器一類的無線AP設備。無線路由器與無線AP的基本原理都是一樣的，但無線AP的功率要比無線路由器大，覆蓋范圍也更廣。前面已提到，無線路由器發出的WiFi信號覆蓋范圍最大為100米左右，而無線AP一般都是目視范圍內2km覆蓋，而且無線AP還有一個優勢就是能接受的用戶數比無線路由器多。再有,就是穩定性比無線路由器強，所以像大面積的公共區域無線信

32、號覆蓋還是用AP，家庭小范圍無線上網則用無線路由器，因為無線路由器價格比無線AP要便宜許多。這里需要說明一點，盡管很多公共場所的AP無線信號規格都大大超過WiFi的標準定義，平時我們習慣上還是稱作WiFi信號。4.2.4 無線AP與無線路由器的區別：共同點：都能發射WiFi信號。不同點：AP僅發射信號，不能有其它的有線裝置接入上網，AP地址段位于上級網段內，屬于同一網段下的一個IP設備；無線路由器，除了發射信號外，還有24 個RJ-45插口，供有線設備上網。無線路由器端口還有WAN與LAN之別，其中LAN與WAN網段不一樣，而AP是沒有這樣的端口的。從采用的技術角度來看，AP用的是橋接(有線網

33、卡與無線網卡橋接)，無線路由器采用的是NAT(網絡地址轉換)轉發,把WAN過來的信號轉發給LAN和無線網卡。如果覆蓋面相對集中，一般用無線路由器就可以了，如果覆蓋面很大(幾平方公里以上)，需要AP+無線路由器的混合模式，其中AP主要做中繼。4.3 WiFi應用快速增長的現狀如上所述，由于WiFi通信技術快速進步和無線移動上網人群的急劇膨脹，二者的相互促進作用加速了互聯網經濟的蓬勃發展。加上廠商進入該領域的門檻比較低，只要在機場、車站、商場、圖書館等人員較密集的地方設置免費上網“熱點”，即可吸引用戶的移動設備接入互聯網，為商家低成本的大面積商業推廣鋪平了道路。再加上家庭無線路由移動上網的普及，W

34、iFi無線熱點的密度在城市已達到空前的規模。據2015年04月21日“中國報告大廳”網站報道，2014年全球公用WiFi熱點數量超過了5000萬個，比2013年增長了80%。其中，法國、美國和英國占據前三位，中國排名第四(491萬個)。全球最大商用WiFi網絡提供商iPass公司預計，到2018年時的全球熱點數量將達到3.4億個。有關的研究報告數據顯示，目前一個WiFi熱點對應的全球人口數量為150人，到2018年時，一個WiFi熱點將對應20人。隨著室內環境下的WiFi熱點部署數量不斷增加，越來越多的用戶習慣在室內環境下使用WiFi網絡，也使得WiFi定位的應用環境日漸成熟。相較傳統的GPS

35、定位以及運營商的移動蜂窩網絡定位，室內環境下WiFi定位的準確度更高也更穩定。正是看到了WiFi定位的市場前景，目前主流的WiFi設備廠商都在推廣相關技術和產品，很多應用軟件也利用WiFi定位技術獲取商業數據。值得一提的是，現在科學家們已開始測試一種名為LiFi的全新無線數據傳輸技術，它的傳輸速度比當前WiFi技術快100倍。Li-Fi( Light Fidelity)的一般稱呼是“可見光無線通信”，其原理是通過改變LED燈照明光線的頻率進行數據傳輸，速度與典型的寬帶連接不相上下。LiFi技術和WiFi技術的完美結合，可以使光信號和射頻信號互相無縫切換，充分發揮可見光信號頻譜寬和射頻信號穿透性

36、強的優勢，實現高速數據傳輸。未來的新一代無線通信技術已初露端倪。4.4 WiFi無線定位的原理那么，WiFi定位是如何實現的呢？大致的原理是：通過用戶接入WiFi網絡的信息，比如射頻信號強度、時間數據等，再配合臨近三個或者以上的WiFi熱點，通過差分算法，就可以確定用戶的位置。還可以通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的數據庫來確定位置。這個方法最初是由Google提出來的，目的是解決室內精確定位，原理類似基站定位。在環境理想的情況下，WiFi定位的精確度可以達到5米以內。具體的原理如下：4.4.1 每一個無線AP都有一個全球唯一的MAC地址MAC(Media Access Contr

37、ol)地址，意譯為媒體訪問控制地址，習慣上稱為物理地址或硬件地址，長度為48比特(6個字節)，用來定義網絡設備的位置。網卡的物理地址通常是由網卡生產廠家燒入網卡的EPROM(一種閃存芯片，通常可以通過程序擦寫)，它存儲的是傳輸數據時真正賴以標識發出數據的電腦和接收數據的主機的地址。形象地說，MAC地址就如同我們的身份證號碼，具有全球唯一性；并且一般來說無線AP設備在一段時間內是不會移動的。4.4.2 移動設備開啟Wi-Fi獲取周圍無線AP的MAC地址移動設備在開啟Wi-Fi功能的情況下，無論是否已連接，都可掃描并收集周圍的AP信號,包括加密和未加密的WiFi熱點,甚至信號強度不足以顯示在無線信

38、號列表中,都可以獲取到無線AP廣播出來的MAC地址。關于這一點，經常用手機通過WiFi上網的用戶都不乏這方面的體驗：一打開WiFi開關，立刻就會顯示一長串WiFi熱點的列表。4.4.3 位置服務器完成移動設備的定位計算移動設備將這些能夠標識無線AP的數據發送到網絡中的位置服務器,服務器檢索出每一個AP的地理位置,并結合每個信號的強弱程度,計算出設備的地理位置并回送到移動設備；4.4.4 定位數據準確性離不開位置數據庫的不斷更新和補充位置服務商要不斷更新、補充自己的數據庫,以保證數據的準確性,畢竟無線AP不像基站鐵塔那樣固定不動，而且無線AP熱點的增減也比基站鐵塔頻繁。4.5 WiFi無線定位應

39、用的廣泛性Wi-Fi定位可以在廣泛的應用領域內實現復雜的大范圍定位、監測和追蹤、搜救任務，總精度比較高，由于Wi-Fi路由器和移動終端的普及，使得定位系統可以與其他客戶共享網絡，硬件成本很低，而且Wi-Fi的定位系統可以降低了射頻(RF)干擾可能性。Wi-Fi定位適用于對人或者車的定位導航，可用于醫療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導航的場合。近幾年隨著無人機應用的逐漸升溫，WiFi定位技術也開始用在無人機搜救任務，通過受困者手機Wi-Fi信號來判斷受困者的位置。無人機能在9米的輻射范圍確定某一手機的位置，它通過在幾個點收集手機發送的WiFi數據包，然后進行三角定位，找到受困者所在點。

40、手機需要開啟Wi-Fi連接功能，系統依賴用戶的唯一MAC地址來確定被經定位的用戶身份。其實，Wi-Fi能夠進行定位還要多虧了Android、iOS以及Windows Phone這些手機操作系統中內置的位置服務。每一個Wi-Fi熱點都有一個獨一無二的MAC地址，智能手機等移動設備開啟Wi-Fi后就會自動掃描附近熱點并上傳它們的地理位置信息，這樣就建立了一個龐大的熱點位置數據庫。相反，如果你的智能手機連上了某個WiFi熱點，就可以調用數據庫中附近所有熱點的地理位置信息，而服務器會參考每個熱點的信號強弱計算出移動設備的大致地理位置，最后再返回給用戶。值得一提的是，雖然這種WiFi定位沒有GPS定位的

41、精度高，但是卻解決了GPS信號覆蓋范圍有限的問題，這就是為什么手機經常提示打開WiFi定位會更準確原因。第5章 輔助衛星定位(A-GPS)技術A-GPS(Assisted GPS)是“輔助全球定位系統”的縮寫，A-GPS技術利用蜂窩通訊基站信息來輔助GPS模塊進行手機定位。5.1 A-GPS技術出現的背景本文在前面已經分別闡述了GPS衛星定位和手機基站定位的原理，從中我們知道GPS定位從八十年代就開始了，手機基站定位也早在只有功能機的非智能時代就已出現，只不過在手機同時擁有這兩種定位技術的早期，它們一般都是各自獨立使用的。一方面GPS定位精度高，但衛星信號不能穿透建筑物對室內的終端設備定位；另

42、一方面，雖然蜂窩基站信號穿透力強，但由于基站鐵塔之間的距離都很遠，定位精度很低。智能手機逐漸占據移動通信的主流地位之后，移動互聯網資源的有效利用加速了兩種定位技術的融合，A-GPS定位技術開始大行其道。5.2 A-GPS定位原理A-GPS是一種結合了網絡基站信息和GPS信息對移動設備進行定位的技術，可以在移動GSM/GPRS、聯通WCDMA和電信CDMA2000網絡中使用。該 術除需要手機內嵌入GPS模塊并改造手機天線外，同時要在移動網絡上加建AGPS位置服務器、差分GPS基準站等設備。A-GPS定位的具體工作流程如下：.手機從蜂窩基站獲取到當前所在的小區位置(即一次COO定位)；.手機又將本

43、身所在的基站地址通過網絡傳輸給A-GPS位置服務器；.A-GPS位置服務器根據當前小區位置查詢該區域當前可用的衛星信息(包括衛星的頻段、方位、仰角等相關信息)，并將這些GPS輔助信息返回給手機；.手機的A-GPS模塊根據輔助信息提升GPS信號的第一鎖定時間TTFF的能力，快速搜索衛星并接收GPS原始信號；.手機在接收到GPS原始信號后進行解調，計算手機到衛星的偽距(包括各種GPS信號誤差影響的距離)，并將有關信息通過移動網絡傳輸到A-GPS位置服務器；.位置服務器根據傳來的GPS偽距信息和其他定位設備(如差分GPS基準站等)的輔助信息完成對GPS信息的處理，并估算該手機的位置,并通過網絡將位置

44、信息傳回到手機。5.3 A-GPS的MSB和MSA兩種定位方式MSBMobile Station Based，基于終端定位；MSAMobile Station Assisted，終端輔助定位。前面介紹的定位流程前4步是A-GPS的主要功能，即由網絡端的定位服務器下載衛星的星歷數據或空間坐標信息傳送給移動端，使其簡化搜索衛星的過程，提高移動端進行GPS定位的速度。接下來的過程根據位置計算所在端的不同，分別采用兩種方案：在移動端進行位置計算的MSB方式和在網絡端進行位置計算的MSA方式。MSB方式中，接下來的過程與傳統GPS定位完全相同：移動端的GPS模塊在網絡端的輔助下快速鎖定衛星后，開始對衛星

45、原始信號進行解調和處理，根據處理后的數據獨立進行精確定位計算，得到最終的位置坐標；而在MSA方式中，移動端在解調和處理衛星原始信號后就不再在手機中進行定位計算，而是執行第、步流程，將解調處理后的數據傳給網絡端的位置服務器去完成手機最終位置的計算。一般情況下MSA方式適用于衛星信號較差地方，實現單次定位；MSB方式適用于衛星信號較好的地方，特別是地圖導航狀態下的連續定位，如果采用MSA方式將會長時間大量消耗網絡資源和流量。5.4 A-GPS定位的特點A-GPS解決方案的優勢主要在其定位精度上。在室外等空曠地區，其精度在正常的GPS工作環境下，可達10米左右，堪稱目前定位精度最高的一種定位技術。該

46、技術的另一個優點是，首次捕獲GPS信號的時間大大縮短，一般僅需幾秒，不像以前單純依靠GPS信號的定位終端或手機，首次捕獲時間可能要23分鐘。很多使用過車載GPS導航儀的朋友都會有同感，早期只具有單純GPS定位功能的手機也同樣如此。由于A-GPS定位的技術優勢，新一代智能手機的衛星定位功能很多都采用了A-GPS技術。另一方面，雖然AGPS技術的定位精度很高、首次捕獲GPS信號時間短，但是該技術也存在著一些缺點。首先，室內定位的問題目前仍然無法圓滿解決。另外，AGPS的定位實現必須通過多次網絡傳輸(最多可達六次單向傳輸)，這對運營商來說，是大量占用了空中資源；對于用戶來說，多耗費了移動網絡流量。A

47、GPS的另一個問題是，使用老一點型號手機的用戶要享受到A-GPS技術的好處，必須更換手機。好在目前智能手機的市場價格都越來越趨于平民化，手機換代時間大大縮短。再一個問題，就是AGPS手機比一般手機在耗電上有一定的額外負擔，間接縮短了手機的待機時間。第6章GPS-One混合型定位技術A-GPS定位從形式上說也屬于混合定位，只不過是借助GSM通信網絡輔助GPS衛星進行定位，其核心還是衛星定位，不能解決室內環境下的移動設備定位問題。這里要介紹的是另一種現在比較常用的多模混合定位GPS-One定位技術。由于GPS及A-GPS技術中需要移動設備實時跟蹤4個以上的GPS衛星信號，而且還需要根據獲得的位置信

48、息完成當前位置的計算，這就造成了GPS終端體積較大、耗電較高的特點。GPS-One技術是美國高通公司在GPS定位技術基礎上，針對上述缺點進行優化，并融合了Cell-ID、AFLT等蜂窩定位技術而形成的一項專利技術。GPS-One定位技術結合了高級前向鏈路三角測量法和輔助全球衛星定位，把GPS定位技術與通信網絡和互聯網絡定位技術結合起來，是真正意義上的混合定位技術。GPS-One定位過程中，首先使用GPS定位確保定位精度、靈敏度和速度，接著在GPS衛星視野被部分或全部阻擋時使用CDMA AFLT技術定位，確保定位靈敏度。在上述定位手段均告失敗時，使用起源蜂窩小區定位確保定位成功率。該定位技術避免

49、了AFLT技術在基站稀少區域定位效果差的問題，克服了GPS技術室內定位效果不佳的缺點。定位精度、靈敏度較高，終端耗電低，首次定位啟動時間短。如果移動目標處于比較空曠的區域，其上空可見的衛星數量比較多時(不低于4顆)，則采用GPS定位方式，而不用借助地面網絡中基站的一些參數。如果移動目標處于室內或其他復雜環境下，衛星完全不可見時，只能完全依靠基站對移動目標進行定位。根據可接收基站信號數目的多少，選擇Cell-ID或AFLT定位。如果移動目標位于高樓林立的城市繁華地帶或者室內的情況下，只有一兩顆衛星可見，可以采取衛星和基站數據相結合的方式。下圖就是采用GPS-One技術的無縫定位服務示意圖。GPS

50、-One技術可用來解決CDMA手機的全球定位。該技術由于其定位精度高、快速、靈敏度高等優點，具有很大的發展潛力，成為一股不容忽視的發展趨勢。第7章 移動定位技術的比較7.1 混合定位A-GPS和GPS-One的比較 A-GPS：全稱是網絡輔助的GPS定位,手機可以接收GPS信號，但要借助基站的輔助才能更快、更準確地定位。理論上說，A-GPS可以用于各種網絡，就是說移動、聯通、電信的網絡都可以。GPS-One：是美國高通公司開發的基于CDMA標準的定位技術，通過在手機芯片上加載支持GPS-One協議的模塊實現對手機的定位。目前只有中國電信的手機支持。比較：A-GPS的優勢主要在其定位精度上。在室

51、外等空曠地區，其精度可達10米左右；其的缺點是在室內的時候，定位精度急劇下降。 GPS-One終端，在室外的時候，其實就是采用A-GPS的技術來定位，而在室內的時候衛星信號弱，則主要靠基站定位或無線網絡定位。 因此，綜合來說，GPS-One比A-GPS要強。7.2 幾類定位技術的性能對照表技術類別 應用設備 首次定位 定位時間 可用性 定位精度 通信GPS定位 導航設備 15分鐘 1秒以內 80% 310米 不需通信基站定位 手機 3分鐘 無關 不確定 150200米 蜂窩網絡AGPS定位 手機 20秒 25秒 95% 30米 移動網絡WiFi定位 手機/筆記本/ 1秒 1秒以內 99.80%

52、 35米 互聯網絡PDA/電子標簽7.3 定位精度比較的實例下面是筆者用同一部手機運行百度地圖后，先后分別單獨打開WLAN、移動網絡、GPS設置所得到的不同定位精度結果，包括WiFi定位在街道上和建筑物中的差別： 在街道上只采用WiFi定位的精度 在建筑物內只采用WiFi定位的精度 在街道上只采用基站定位的精度 在街道上只采用GPS定位的精度從上面的四個手機截圖中不難看出，在城市街道上進行手機定位，定位精度從低到高依次是WiFi定位、基站定位、GPS定位。而在無線AP熱點密集的建筑物內，由于手機處于多個無線熱點信號的有效輻射距離內，WiFi定位的精度就比在戶外街道上高很多，與GPS定位精度不分

53、上下。第8章 定位參數獲取、移動站識別及其它8.1 移動站的識別移動網絡中的移動站是由兩個部分構成的：一是移動設備，二是移動用戶。目前移動設備的身份識別依靠兩種標志：一種是機身識別碼IMEI，另一種是網絡地址碼MAC。這兩種設備標識參數都具有唯一性，是區別移動設備的唯一標志，用在不同的移動應用環境。而GSM蜂窩網絡中移動用戶的身份識別則需要IMSI碼。8.1.1 IMEI或MEID碼IMEI(International Mobile Equipment Identity)，是“國際移動設備標識”的縮寫，又稱為國際移動設備身份碼，是手機的唯一識別號碼。IMEI碼由GSM(全球移動通信協會)統一分

54、配，與每臺手機一一對應，而且是全世界唯一的標識碼。MEID(Mobile Equipment Identifier)，則是CDMA手機的移動設備身份識別碼，是由TIA(電信工業協會)進行分配管理的，和IMEI碼的作用一樣，也是每臺CDMA手機或通訊平板設備唯一的識別標志。目前GSM和WCDMA(即中國移動和中國聯通)手機終端需要使用IMEI碼，而CDMA(中國電信)手機終端需要使用MEID碼。8.1.1.1 組成：IMEI由15位16進制數字組成，但每一位僅使用09的數字，其組成為：前6位數：一般代表機型；接著的2位數：一般代表產地；之后的6位數：一般代表生產順序號；最后1位數：通常是“0”，

55、為檢驗碼，備用。MEID則是由14位全16進制數字組成，與IMEI的格式和作用類似。8.1.1.2 查看方法方法一：打開手機后蓋板，取下電池，在電池倉的標簽上就能看到(以三星S4手機為例)：IMEI：xxxxxx/xx/xxxxxx/0。方法二：在手機上操作步驟：“設置”或“設定”“關于手機”或“關于設備”“狀態”或“狀態信息”在界面上下滾動就可以看到IMEI或MEID碼了。方法三：移動或聯通手機：在撥號盤輸入*#06#，即可顯示出本機的IMEI碼；電信手機：在撥號盤輸入*#0000#，即可顯示出本機的MEID碼。（MEID號碼的查看，目前沒有一個通用的方法，由各手機制造商自己設置，可以通過咨

56、詢廠商客服得到）。下面就是用三種不同查看方法顯示出的三種不同型號、不同制式手機的標識碼： 酷派7296聯通雙卡手機設置 努比亞z9 mini雙卡全網通手機 酷派9190L電信雙模手機后蓋內狀態顯示的2個國際標識碼 撥號顯示的3國際標識碼 背面標簽上的3個國際標識碼8.1.1.3 作用IMEI碼主要用來查證手機的真偽：如果三種方法查出的IMEI碼一致，手機是正品行貨的可信度就非常高；如果再加上與包裝盒上的IMEI碼一致，就可以確信是正品了。當然，最權威的手機驗真方法還是通過在“電信設備進網管理”官網上輸入IMEI碼來驗真。 既然 IMEI碼是手機鑒別的主要依據，那么，為什么Android系統的APP都要頻繁地獲取IMEI碼呢？那正是因為APP要利用IMEI碼作為手機標識的全球唯一性，被下載安裝過的APP把手機的IMEI碼讀取出來，然后上傳到其提供商的服務器上面。當同一個手機再次下載時，APP會讀取手機IMEI碼，并通過連接服務器校核本APP是否曾經在該手機上使用過。作為APP用戶的唯一ID，IMEI是個很好的要素，所以基本上所有需要網絡服務的APP都要讀取IMEI來區分用戶，而且是每次通信都需要讀取。另一方面也是因為Android系統提供了直接讀取IMEI的接口。8.1.1.4 關于雙卡和雙模手機的國際標識碼8.1.1.4.1 手機卡制式的基本概念國內手機主要有兩大基本制式：