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

随着现代网络技术的飞速发展，无线上网已经被大众所熟知。目前几乎所有的智能手机、笔记本电脑等都支持无线上网。而WiFi是使用2.4G或者5G的频段，遵循802.11协议的一种无线局域网（WLAN）技术。WiFi信息中信号频道、相位信息和幅度信息是被人熟知的，而在这些参数中，幅度信息比较容易获取。其中，RSS信息是属于幅度信息的一种。RSS信息是指客户端接收的无线信号强度，属于MAC层，能从每个数据包中获取，以 dBm为计量单位，通常具体数值为负数。一般RSS的强度收到三方面影响：衰落效应、物体遮挡以及多径效应。

RSS信息目前多应用于室内定位技术的研究、人体识别研究。基于RSS的几何定位和基于RSS的场景分析法即位置指纹法，都是室内定位的常用方法。基于计算机视觉的识别技术和基于可穿戴传感器的识别技术，都是获得人体行为信息的常用方法。例如文献[1]中详细介绍了RSS信息在室内定位的应用，并与其他室内定位的方法进行对比。文献[2]中通过分析WiFi信号的物理层信息，可以得到人体行为信息，从而我们能够实现基于 WiFi的手势识别、活动监测、生命特征监测和情感识别等无线传感系统。

从以往的研究中发现，采用RSS信息对人体行为进行识别或室内定位需要克服的问题是RSS信息的精度。相较于其他识别方法，RSS信息的识别精度较低，但它的获取不需要特殊设备，NIC、蓝牙、ZigBee等都能提取RSS值。但是它们不像WiFi这样到处都有，因此流行程度不如WiFi。而且802.11协议发展特别快速衍生出了802.11a/b/g/n/ac等不同的子协议，其中不同的后缀表示其有着不同的物理层标准，也有着不同的传输速度。目前最流行的WLAN协议是802.11ac，它通过5GHz频带(也是其得名原因)进行通信。理论上，它能够提供最多1Gbps带宽进行多站式无线局域网通信，或是最少500Mbps的单一连接传输带宽，它是802.11n的继承者。这么高的速率能达到本次实验的需求。

到目前为止，国外关于基于无线信号的人体行为识别已经出现很多成果。Sigg教授发表文章[5]提出WiFi-RSSI的无接触式行为识别并且是采用智能手机手机RSSI，与此同时他还发表有关一系列的文章[6-8]，类似于非接触式人体识别系统和室内定位系统。

Xuefeng Liu等人在文献[10]通过WiFi信号中的CSI信息完成了非接触人体呼吸频率的检测以及睡姿的实时识别。CSI具有高敏度和高分辨率，因此识别准确率很高。Scholz一些人在文献[11]实现了基于RSS信号实现的无设备接触和设备边缘化的行为识别系统。

在这方面国内也不落后。2016年南京大学杨成等人在文献[11]提出了基于RSSI行为的研究。戴明威等人在文献[12]中提出基于无线信号的人体识别和检测。同时，郑国军等人在文献[13]中使用融合算法获取92.58%的识别准确率。基于不需要实验者配合的室内RSSI的特征值完成了无人、走、坐、站四种不同的行为识别。基于以上国内外的研究成果，为本文基于无线信号强度采集提供了有力的基础。

本次课题主要研究室内环境下基于Linux系统的无线信号强度采集方法，并将采集到的数据用于无设备的人体行为识别。通过获取WiFi信号的接收端强度信息，从其变化规律中检测并获得需要的人员位置、行为动作等信息。

研究方法：

首先研究无线信号强度指标RSSI在无线数据包中的位置。网络中的数据包结构都是802.11ac的协议结构。只要了解802.11ac协议就知道RSS片段的所在位置以及截获数据包。802.11ac协议使用5GHz频段，此协议的标准核心是MIMO和OFDM技术，传输速度600Mbps，最高可达1Gbps。无线数据包和有线数据包的主要不同在于额外的802.11头部。在分析无线数据包中内容时，发现每一个数据帧前面都有一个Radiotap的头部数据。我们所需的RSS信息就是由此头部数据解析得来的。

其次，研究如何在接收端Linux系统下运行wireshark软件进行RSSI信息的获取。目前想尝试使用两台主流配置的计算机运行Linux，两台计算机均接入到1.0Gbps或100Mbps的局域网中，一台计算机使用有线连接进行发包，一台计算机使用无线连接（802.11ac标准，5Ghz频段，80Mhz频宽，256QAM调制解调,1X1mimo或者2X2mimo）抓取报文。但是对于Linux系统软件包如何下载、安装，Linux系统中的命令如何使用不太清楚，因此需要查阅更多的资料来先帮助解决基础的问题，后面再进行深入探究这种方案是否比之前的方案更佳。

步骤：

(1)参考文献了解Linux系统中抓包的原理和过程。

(2)在实际操作之前，想好操作方案和步骤，以及所需要的实验设备和实验环境。

(3)初步进行操作测试和调试，了解实验的过程和原理，从而制定最佳的方案。

(4)记录数据并进行实验研究，根据原理以及研究的数据撰写论文。

(5)对论文以及所有的材料进行总结，对于无线信号人体行为识别的研究工作进行一个展望。