基于Wi-Fi指纹的高效隐私保护的室内定位方法技术

一种基于Wi-Fi指纹的高效隐私保护的室内定位方法，首先收集室内每个位置的指纹并生成索引集合；然后将索引集合通过无线网络传给用户端，以待用户完成对自己位置信息的查找，所述的指纹是指每个位置对应每个Wi-Fi接入点的RSS信号；所述的索引集合包括：若干个哈希表、每个哈希表的对应函数组的参数以及用指纹序号标记的每个指纹的位置坐标。本发明专利技术采用位置敏感哈希函数对位置隐私的加密方法，以达到高效性和隐私保护的性质。通过对定位的重新设计，来达到减少计算时间空间，提高定位精度，以及保护用户和服务器位置信息隐私的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种无线通信领域的技术，具体是一种基于Wi-Fi指纹的高效隐 私保护的室内定位方法。
技术介绍
由于无线技术的发展，涌现了许多基于无线信号各种特征的室内定位方法，有些 基于FM信号，音频信号，但更多的是基于Wi-Fi信号的定位方法。 定位方法的实质是基于位置的服务，这种位置服务还包含许多中，比如基于位置 的广告推送，基于位置的查询服务等等，而其中常常被忽视的问题是其中的位置信息的隐 私问题。在室内定位的位置信息交互中，用户在传递指纹信息给服务器进行匹配时，其指纹 信息可能会被攻击方窃听，从而导致位置隐私泄露的问题。攻击方可以利用用户的指纹信 息推断其位置信息，并且发送广告或者记录用户运动路径等等；同时，服务器的位置信息指 纹库也可能会被泄露，如果服务器方为了保护用户的位置隐私，将一部分加密处理过的最 近邻指纹的距离传回，那么攻击方可以根据这些距离来对服务器的指纹库进行推断，窃取 了服务器信息的隐私。 为了解决对位置信息的加密问题，常用的方法是用普通密码学加密方法，比如同 态加密等。这种密码学加密方法虽然可以保证在用户和服务器的信息交互中信息的加密， 但是计算时间长，且密文占用空间大，并不能很好的解决移动端的实际应用问题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于Wi -Fi指纹的高效隐私保护 的室内定位方法，采用位置敏感哈希函数对位置隐私的加密方法，以达到高效性和隐私保 护的性质。通过对定位的重新设计，来达到减少计算时间空间，提高定位精度，以及保护用 户和服务器位置信息隐私的目的。 所述的位置敏感哈希函数(Locality-Sensitive Hashing)，是p稳定分布的位置 敏感哈希函数（Locality-Sensitive Hashing based on p-stable distributions)，具体 特性是依据P稳定分布值的特性可以保证两个欧几里得距离上越相近的指纹向量，将以越 高的概率哈希在同一个值。通过这样的哈希函数，可以达到对位置敏感的要求，在进行相似 指纹的匹配时，因为已知指纹越相似，他们匹配的概率越高，所以那些匹配次数高的指纹越 相似。根据这个原理和这种哈希过程中对数据结构的设计，达到了寻找匹配次数多的数据 库指纹的目的。 本专利技术是通过以下技术方案实现的： 本专利技术包括以下步骤：步骤1、收集室内每个位置的指纹并生成索引集合，具体为： 1.1)假设一个包含m个位置，η个Wi-Fi接入点(Access Point)的室内场景。位置集 合表示为M= {1，2，···ηι}，Wi-Fi接入点集合表示为N= {1，2，···η}。收集室内每个位置、每个 Wi-Fi接入点的RSS信号，用$ 甲}表示第j个位置收集到的、所有η个接入点的信 号强度组成的向量，即指纹。 1.2)构建一个由1个哈希表组成的索引集合，该索引集合包含所有的服务器端在 每个位置收集的指纹的信息，且用户使用这个索引集合来计算自己的位置坐标，对于第i个 哈希表，从位置敏感哈希函数集G = {gi，g2，g3，…gi | gi: Rn-Nk}的集合中选取函数组gi，来将 哈希表i从η个接入点收集的η维向量映射到一个k维向量中，其中：gi(v) = (hii(v)，hi2 (v)，···hik(v))，每个hij(v)函数都是一个具有p稳定性的位置敏感哈希函数。所述的索引集合包括:1个哈希表、每个哈希表的对应函数组gl，g2"_ gl的参数以及 用指纹序号标记的每个指纹的位置坐标。 1.3)对每个采集到的指纹f派射到每个哈希表i时，计算gl(fj)并且得到一个k维 的向量Slj。将这个Slj向量和指纹序号j 一并插入到哈希表i中，循环操作直至每个服务器端 指纹库中的指纹均插入到每一个哈希表中，其中循环操作次数为指纹数量η*哈希表数量1。 步骤2、将索引集合通过无线网络传给用户端，以待用户完成对自己位置信息的查 找，具体为： 2.1)计算用户收集到的指纹f在每个哈希表i中通过函数gdfO计算得到的Υ η 然后在每个哈希表i中查找是否有与相等的su，并记录其对应的指纹序号j，即发生碰 撞;再计算与j的碰撞次数并生成候选人表格T= {〈IDi，ω 〇，<ID2，ω 2>，…，〈IDx，ω x>}，其 中IDi-IDx分别为第一至第χ个匹配s值的序列号，ωι~ω χ分别为与序列号匹配的碰撞次 数。 2.2)将候选人表格排序，按照每个指纹序号的碰撞次数由高至低递减的顺序，并 且取出前c个碰撞次数最高的候选人，将其序号与碰撞次数一起形成候选人优化表格Τ'= KID、，ω 'AaD's，ω '2>，…〈ID'x，ω 'χ>};然后利用候选人优化表格计算用户的实际位 置，即其中：(? F)即为最终得到的用户坐标。 优选地，本专利技术在步骤2.2)中采用了倍数约束Rd来解决相似指纹带来的定位误差 问题:在实际情况中，假设用户指纹向量Q和一个指纹库指纹A非常相似，因此碰撞次数比其 他指纹库指纹要高很多。而这种极为相似的指纹库指纹在地理位置上来说也和用户的位置 非常接近。本专利技术中的倍数约束Rd规定当所采用的前一个指纹的碰撞次数与后一个指纹的 碰撞次数的倍数大于Rd时，停止对后续指纹的采用，此时认为足够接近的指纹已经被采用， 所以不再采用后续的指纹库指纹来增大误差。 优选地，本专利技术在步骤2.2)中通过设定累积约束Pt来设定所有候选指纹碰撞次数 的总和，从而达到自动控制候选指纹个数的步骤，以削减需要自定义候选指纹个数的步骤： 通过Pt乘以总的碰撞次数作为碰撞阈值，在按碰撞次数从大到小处理候选指纹中的一个 时，计算当前所有已处理指纹碰撞次数的和，如果超过这个阈值，则舍去当前指纹；否则采 用当前指纹，继续下一个指纹的处理。 技术效果 与现有技术相比，本专利技术可以显著地减少加密时间且只要求线性时间复杂度，空 间复杂度低;用户服务器之间的信息交互得以加密传播;定位流程重设计，交互只需一次通 信，通信效率高;实现简单，系统步骤清晰易处理。【附图说明】 图1为本专利技术室内定位的系统设计图； 图2为采用哈希表的存储结构；图3为实验中变量1在不同取值下的定位精度CDF曲线；图4为实验中变量k在不同取值下的定位精度CDF曲线； 图5为实验中变量c在不同取值下的定位精度CDF曲线； 图6为实验中单层场景下基本算法和优化算法定位精度CDF曲线； 图7为实验中双层场景下基本算法和优化算法定位精度CDF曲线； 图8为实验中变量1在不同取值下所需要的用户查询时间； 图9为实验中不同指纹维度场景下基本算法和优化算法的中位数误差； 图10为实验中不同大小的指纹库场景下基本算法和优化算法的中位数误差。【具体实施方式】 以下实施例的实验是在一个分布于200mX 200m的三维空间内的，包含353个Wi-Fi 接入点和306个指纹测试点的大型实验。306个指纹测试点分别有222个指纹库点和84个用 户指纹查询点，均匀分布在共两层的教学楼上，其中：在收集每个测试点的Wi-Fi信号强度 时，测试时间为30s，对其中变化的所有值取平均值，得到最终的信号强度值。另外，在算法 对每组对照组实验进行计算时，均为重复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Wi‑Fi指纹的高效隐私保护的室内定位方法，其特征在于，首先收集室内每个位置的指纹并生成索引集合；然后将索引集合通过无线网络传给用户端，以待用户完成对自己位置信息的查找，所述的指纹是指每个位置对应每个Wi‑Fi接入点的RSS信号；所述的索引集合包括：若干个哈希表、每个哈希表的对应函数组的参数以及用指纹序号标记的每个指纹的位置坐标。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴帆，胡叶，高晓沨，孔令和，陈贵海，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31