如何使用信号强度计算与Wifi路由器的距离？

Question

如何使用信号强度计算与Wifi路由器的距离？

geolocationwifisignal-strength

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我想计算建筑物内移动设备的精确位置（没有GPS）。

我希望使用至少3个固定WiFi信号（3个已知位置的路由器）的信号强度（以dBm为单位）来实现此目的。

谷歌已经做到了这一点，我想知道他们如何基于这些数据计算出准确的位置。

请查看这篇文章以获取更多详细信息：http://www.codeproject.com/Articles/63747/Exploring-GoogleGears-Wi-Fi-Geo-Locator-Secrets

- Ihab

这是您参考的链接：https://dev59.com/5VHTa4cB1Zd3GeqPSo0E - yokoyoko

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这个问题似乎与电子工程有关，因此我建议将其迁移到http://electronics.stackexchange.com/。 - Danny Varod

@lhab Hajj，我的需求和你一样。你解决了吗？请分享你的想法，这样其他人也可以从中学习。谢谢。 - anddev

7个回答

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要计算距离，您需要信号强度和信号频率。以下是Java代码：

public double calculateDistance(double signalLevelInDb, double freqInMHz) {
    double exp = (27.55 - (20 * Math.log10(freqInMHz)) + Math.abs(signalLevelInDb)) / 20.0;
    return Math.pow(10.0, exp);
}

公式如下:

距离 = 10 ^ ((27.55 - (20 * log10(频率)) + 信号强度)/20)

例如: 频率 = 2412MHz, 信号强度 = -57dbm, 结果 = 7.000397427391188米

这个公式是自由空间传输损耗(FSPL)公式的转换形式。这里的距离以米为单位，频率以兆赫为单位。对于其他测量，您必须使用不同的常数(27.55)。请阅读此处的常数。

有关更多信息，请阅读此处。

- Mario Kutlev

谢谢您明确指出应该是信号电平的绝对值，我找了一段时间才发现我的错误！ - Yiannis Tsimalis

这个答案中展示的例子完全错误。信号强度应该用dB而不是dBm来表示。这是两个完全不同的单位。 - fragon

@YiannisTsimalis 但是它基于哪个物理定律？FSPL不以dbm为单位，而是以db作为参数。正如我之前所写的那样，这两个单位完全不同。 - fragon

@6franek，我明白你写的意思了，也许那只是一个笔误，他可能是想说数据库（db）而不是分贝毫瓦（dbm）。我不知道这个定律的物理背景。 - Yiannis Tsimalis

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我已经研究了这个公式相当长的时间，得出结论它是完全错误的！FSPL以db为单位测量，而signalLevel以dbm为单位测量。它可能会产生良好的估计，但当距离变得相当大时，结果很容易混乱。 - Ahmed Hammad

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K = 32.44
FSPL = Ptx - CLtx + AGtx + AGrx - CLrx - Prx - FM
d = 10 ^ (( FSPL - K - 20 log10( f )) / 20 )

这里:

K - 常数（当 f 单位为 MHz，d 单位为 km 时为32.44，当 f 单位为 MHz，d 单位为 m 时为-27.55）
FSPL - 自由空间传输损耗
Ptx - 发射功率，单位为 dBm（最高可达20 dBm (100mW)）
CLtx, CLrx - 发射端和接收端的电缆损耗，单位为 dB（如果没有电缆则为0）
AGtx, AGrx - 发射端和接收端的天线增益，单位为dBi
Prx - 接收灵敏度，单位为dBm（最低可达-100 dBm(0.1pW)）
FM - 衰落余量，单位为dB（大于14 dB（正常）或者大于22 dB（好））
f - 信号频率，单位为 MHz
d - 距离，单位为 m 或 km（取决于 K 的值）

注意：TP-Link支持站点的公式有误（缺少符号^）。

使用接收信号强度替换 Prx 可以得到从 WiFi AP 到达的距离。

例子：Ptx = 16 dBm，AGtx = 2 dBi，AGrx = 0，Prx = -51 dBm（接收信号强度），CLtx = 0，CLrx = 0，f = 2442 MHz（第七个802.11bgn信道），FM = 22。结果：FSPL = 47 dB，d = 2.1865 m。

注意：这里的 FM（衰落余量）似乎不相关，但我保留它是因为原始公式中包含了它。

您应该考虑到墙壁的影响，表格http://www.liveport.com/wifi-signal-attenuation可能会有所帮助。

例子：（上述数据）+一个木墙（来自表格的5 dB）。结果：FSPL = FSPL - 5 dB = 44 dB，d = 1.548 米

还请注意，天线增益并不会增加功率 - 它描述了辐射图案的形状（全向天线为圆环形，定向天线为卵形等）。

上述计算并未考虑信号的反射（不知道如何处理）。可能也缺少噪声。因此，这些数学只能用于粗略估算距离。

- kestasx

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简单回答你的问题，答案是三角定位。这实际上是所有GPS设备的概念。我建议阅读这篇文章以了解Google如何实现这一点: http://www.computerworld.com/s/article/9127462/FAQ_How_Google_Latitude_locates_you_?taxonomyId=15&pageNumber=2。

据我所知，他们使用类似于Skyhook的服务，这是一种基于wifi /手机信号确定您位置的位置软件。为了实现他们的准确性，这些服务拥有大型服务器数据库，存储这些基站和wifi接入点的位置信息-他们实际上会调查大都市地区以保持其最新状态。为了实现类似的功能，我认为您需要使用像Skyhook这样的服务-您可以使用他们的SDK（http://www.skyhookwireless.com/location-technology/）。

然而，如果你想做一些内部的事情（比如使用自己路由器的位置） - 那么你可能需要创建一个模仿三角定位的算法。你需要找到一种方法来获取设备的 signal_strength 和 mac_address 信息，并将该信息与你的路由器位置一起使用，以得出位置。你可以通过类似于这样的方式获取连接到你的路由器的设备的信息（http://www.makeuseof.com/tag/check-stealing-wifi/）。

- Suvi Vignarajah

这是一个棘手和具有挑战性的任务，你让我对位置服务的这个方面更加热衷于学习。请发布任何你在解决这个问题时得到的新信息/见解，我很想知道你是如何解决它的。 - Suvi Vignarajah

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距离（公里）= 10^((自由空间损耗 - 92.45 - 20log10(f))/20)

注：此公式为计算无线电波在自由空间中传输时的信号衰减，其中 f 为频率，以 MHz 为单位。

- MAX

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一般来说，这是一种非常糟糕的做法，因为多径干扰。这绝对更像是一个射频工程问题而不是编码问题。

简而言之，wifi射频能量在反弹墙壁、人体和地面后会分散到不同的方向。仅凭三角定位无法确定你的位置，除非你在一个空房间里，wifi信标放置在恰当的位置。

谷歌能够做到这一点，因为他们可以将每个wifi SSID映射到GPS位置，当任何选择加入他们服务的Android用户进入范围时。那样，下次用户经过那里时，即使没有完美的GPS信号，谷歌母舰也可以知道你在哪里。通常，他们会与差劣的GPS信号一起使用。

我所见过的做法是使用Zigbee或BTLE设备的网格。如果你知道它们的布局，你可以利用组合RSS来确定相对接近哪些设备，然后从那里开始。

- yhyrcanus

有关 Google 如何实现此功能的更多信息，请参阅 https://dev59.com/pXI-5IYBdhLWcg3wy72n?rq=1 - yhyrcanus

-7

不要在意你是否是管理员。我写的是给我的受众看的，而不是给技术作家看的。

你们所有人都需要学会使用早于GPS的工具进行导航。例如六分仪、八分仪、后桅杆或星盘。

如果你已经从三个不同的位置接收到信号，那么你只需要测量信号强度并从这些位置做出比率。简单的三角形计算公式a2+b2=c2，信号强度越强，设备离接收器越近。

- Wayne Hamberg

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可以查看英文原文，
原文链接

- Ihab · Accepted Answer

FSPL取决于两个参数：第一个是无线电信号的频率；第二个是无线传输距离。以下公式可以反映它们之间的关系。

FSPL (dB) = 20log10(d) + 20log10(f) + K

d = distance
f = frequency
K= constant that depends on the units used for d and f
If d is measured in kilometers, f in MHz, the formula is:

FSPL (dB) = 20log10(d)+ 20log10(f) + 32.44

根据Fade Margin方程，可以使用以下公式计算自由空间路径损耗。

自由空间路径损耗 = 发射功率 - 发射电缆损耗 + 发射天线增益 + 接收天线增益 - 接收电缆损耗 - 接收灵敏度 - 衰落余量

通过上述两个自由空间路径损耗方程，我们可以计算出距离（单位为公里）。

Distance (km) = 10(Free Space Path Loss – 32.44 – 20log10(f))/20

弗雷涅尔区是指从天线离开后无线电波传播到视线范围周围的区域。为了保持信号强度，特别是对于2.4GHz无线系统，您需要一个清晰的视线。这是因为2.4GHz波被水吸收，例如树木中含有的水分。经验法则是弗雷涅尔区的60％必须没有障碍物。通常，20％的弗雷涅尔区遮挡会对链路产生很少的信号损失。超过40％的遮挡将导致信号损失显著增加。

FSPLr=17.32*√(d/4f)

d = distance [km]
f = frequency [GHz]
r = radius [m]

来源: http://www.tp-link.com/en/support/calculator/