浅析无线定位技术

原创作品，转载请注明出自xelz's blog

博客地址：http://mingcn.cnblogs.com/

本文地址：http://www.cnblogs.com/mingcn/archive/2011/09/28/location.html

 

 

大家都知道iPod Touch是没有电话和GPS模块的, 那么它是如何实现定位的呢?

其实它使用的是Wi-Fi定位技术,其原理与基站定位类似:

　　1.每一个无线AP都有一个全球唯一的MAC地址,并且一般来说无线AP在一段时间内是不会移动的

　　2.设备在开启Wi-Fi的情况下,即可扫描并收集周围的AP信号,无论是否加密,是否已连接，甚至信号强度不足以显示在无线信号列表中,都可以获取到AP广播出来的MAC地址

　　　　　　

　　3.设备将这些能够标示AP的数据发送到位置服务器,服务器检索出每一个AP的地理位置,并结合每个信号的强弱程度,计算出设备的地理位置并返回到用户设备

　　4.位置服务商要不断更新、补充自己的数据库,以保证数据的准确性,毕竟无线AP不像基站塔那样基本100%不会移动

　　　　　　

这样的位置服务商现在来说只有Skyhook和Google两家.他们收集位置数据的方式也是相似的

　　1.主动采集:Google的街景拍摄车还有一个重要的功能就是采集沿途的无线信号,并打上通过GPS定位出的坐标回传至服务器;

　　　　Skyhook在美国及欧洲一些国家也是直接开着信号采集车采集AP和基站的信号数据,相对来说覆盖城市没有Google多，目前中国仅有少数城市有覆盖，并且他们在包括中国在内的多个国家招募有偿工作者，以协助Skyhook收集位置数据。当然你也可以直接在其网站上提交一个MAC地址。

　　　　　　

　　2.用户提交: 通常是以静默方式向同时拥有Wi-Fi和GPS的终端用户收集位置数据

　　　　Android手机用户在开启“使用无线网络定位”时会提示是否允许Google的定位服务手机匿名地点数据;

　　　　同样的Skyhook的最大客户Apple也在iPhone的User Guide中说明会以不能识别用户身份的方式收集位置数据。

　　　　　　

 

使用这种方式定位一般来说需要与位置服务器进行即时的网络交互，Android正是如此，最好的证明就是关闭电话和GPS后，单单打开Wifi但不连接任何一个无线网络或者连接一个没有接入互联网的网络时，是无法进行定位的。实际测试的时候，发现这种情况下部分软件仍然可以定位，但是无论将设备移动到哪里，应用中的位置始终不会变化。因为Android的API中提供的方法是LocationManager.getLastKnownPosition，只要是通过这种方式获取到的位置数据，Android是不会立即定位的，而是将最后一次定位的数据返回给应用，除非应用发起更新位置的请求。

但是正是在网络交互这一点上，Apple让人觉得不可思议。前几天在touch上安装了一款地图软件,并下载了离线地图,因为touch不接入WLAN是没有其他办法联网的,有了离线地图会方便很多.一次外出时,打开地图竟发现,没有连接任何无线网络的情况下,touch竟然准确地标出了我的位置,走了几步发现地图上的标记也准确地移动到了新的坐标.但是系统自带的Google Map及部分网络软件都无法定位。

 

我们知道通过无线可以定位，但是Touch是如何做到在没有网络交互的情况下定位？

一开始我猜测是离线地图中包含位置元数据，地图应用自行收集环境信息进行定位测算，测试如下：

　　将该地图应用卸载，重新安装，安装成功后第一次打开前即断开Wi-Fi连接（不关闭），然后打开地图应用，定位成功，只不过地图无任何显示

　　　　　　

是不是很离奇呢，也就是说并不是离线地图的功能，难道是...iOS？

为此我做了个简单的实验，Safari是支持HTML5的，于是我想到了GeoLocation API：

　　

javascript:navigator.geolocation.getCurrentPosition(function(position){alert(position.coords.latitude+"\n"+position.coords.longitude);},function(err){alert(err.code)});

 

先完全退出Safari，然后打开，直接将这段js敲进地址栏访问，如果成功获取到位置信息，就显示出经纬度，否则显示错误码

 

测试结果如下：

 

>开启wifi不连接任何网络（随着移动，坐标会变）

 

>关闭wifi（无论怎么移动始终是同一个坐标，后来在地图软件中测试也是如此）

 

可以看出，在开启Wi-Fi而不连接网络的情况下，iOS仍然何以提供定位服务，而关闭Wi-Fi后其实跟Android无网络的情况相同，不是实时的定位

实验至此，基本上可以确定，是iOS缓存了历史地点及附近一定范围内的位置数据（并且范围不小，因为曾经去到一个从未去过的10公里外的度假村，无连接状态仍然成功定位）位置的计算直接在本机进行。

PS：其实还有一点挺困惑的，内置的Google Map为什么不能定位呢？难道是因为Google用自己的服务而不用与Apple合作的Skyhook的服务吗(Google Map在已有地图缓存的情况下定位时有与Google服务器交互的数据包，但不能断定就一定是用于定位的数据)？再者，GoogleMap在定位时状态栏会显示系统的定位服务图标，表明调用了系统Api，却始终无法定位。

 

既然谈到HTML5定位,必然不能不提桌面浏览器，目前主流的浏览器都已经支持HTML5。W3C所提出的Geolocation API是个访问地理位置信息的高层接口，该接口与实现设备紧密相关，API本身对下面的位置信息一无所知。常见的位置信息来源主要包GPS、IP、RFID、AP MAC、cell ID等。那么它的定位效果如何呢？

测试结果如下：(Dell E4300/Ubuntu 10.10 32bit/FF6.0 & Chrome15dev)

　　无线开启、任意联网状态：较准确的定位、且坐标有波动

　　无线开启、不联网：无法定位

　　无线关闭、有线联网：可定位、偏差较远、始终是同一个坐标

　　无线关闭、不联网：无法定位

 

第一种：只要无线开关是打开的，周围有无线网络，不管是否连接无线网络、是否是通过无线接入互联网，只要可以接入互联网即可进行准确定位

第三种：应该是通过IP定位

第二、四种：无法连接位置服务器，故无法定位（如果能定位就超神了~）

 

下面的图可以体现定位时的网络交互（测试时无其他任何网络活动）

　　

检索下IP即可得知是Google的位置服务 。好在W3C标准要求浏览器争得用户同意后才可提供数据给第三方网站，否则要天下大乱了。。。

 

无线AP的覆盖面越来越广，在美国城市基本上地面上任意一点都有3个以上的无线网络覆盖，国内大中城市也紧跟步伐，无线网络变得越来越密集，以此种方式定位成本低，速度快，如果能将精确度提高到10M，相信大多GPS都要下岗了，只要有无线网络环境，对比GPS有绝对的优势，还不会受天气和建筑物的影响。

 

声明：本文中插图所用iPod Touch与淘宝网无关，左上角图标为个人兴趣而改造。