專利名稱：室內(nèi)環(huán)境下基于加權(quán)生成樹的wlan定位平滑穩(wěn)定的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種WLAN定位中基于加權(quán)生成樹的平滑穩(wěn)定方法，具體涉及ー種用于WLAN的室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行區(qū)域定位的非確定性比對(duì)算法的平滑穩(wěn)定方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的快速増加，人們對(duì)定位與導(dǎo)航的需求日益増大，尤其在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境，如機(jī)場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中， 常常需要確定移動(dòng)終端或其持有者、設(shè)施與物品在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時(shí)間、定位精度以及復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的定位技術(shù)目前還無法很好地利用。GPS是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技木。當(dāng)GPS接收機(jī)在室內(nèi)工作吋，由于信號(hào)受建筑物的影響而大大衰減，定位精度也很低，要想達(dá)到室外一祥直接從衛(wèi)星廣播中提取導(dǎo)航數(shù)據(jù)和時(shí)間信息是不可能的。使用WLAN進(jìn)行室內(nèi)定位是ー個(gè)性價(jià)比很高的選擇，無需特別添加基礎(chǔ)設(shè)施。無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)包括若干個(gè)已知自身物理位置信息的無線接入點(diǎn)(Access Point, AP)和若干個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送信號(hào)探測包，所述無線接入點(diǎn)根據(jù)接收到的信號(hào)探測包計(jì)算RSSI信息或跳數(shù)信息獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位。進(jìn)行室內(nèi)定位吋，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以為待定位人員或物體攜帯的ー個(gè)具有WiFi通信功能的定位標(biāo)簽，為降低系統(tǒng)成本，該標(biāo)簽可只具有上行信道，周期性發(fā)送信標(biāo)探測幀。由于無線信號(hào)的不穩(wěn)定，且WLAN中難以準(zhǔn)確測量時(shí)間與距離，因此無法使用傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的基于測距的集合方法來定位。 學(xué)術(shù)界和エ業(yè)界大多傾向于使用基于信號(hào)特征比對(duì)的方法。又獻(xiàn)[Honkavirta V, Perala T, Ali-Loytty S, et al. A comparativesurvey of WLAN location fingerprinting methods, Proc WorkshopPositioning, Navig. Commun., WPNC, Hannover, Germany, 2009 =243-251]總結(jié)了近年來這ー類方法的進(jìn)展。這類方法一般分為離線和在線兩個(gè)階段。離線階段，將定位標(biāo)簽放置在采樣點(diǎn)上，采集一段時(shí)間的信號(hào)， 獲得各采樣點(diǎn)的信號(hào)特征(如信號(hào)接收強(qiáng)度指示RSSI的平均值等)。在線階段，通過比較實(shí)時(shí)獲取的信號(hào)與各采樣點(diǎn)的信號(hào)特征，得出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于某個(gè)采樣點(diǎn)附近的定位結(jié)果。 其中，比對(duì)方法分為兩大類，第一類方法獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于某個(gè)采樣點(diǎn)的確定結(jié)果，第二類方法獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于各個(gè)采樣點(diǎn)的概率。在實(shí)際應(yīng)用中，由于干擾和環(huán)境遮擋等原因，很難獲得穩(wěn)定、同步、完整的RSSI值集合。因此往往需要根據(jù)幾個(gè)定位周期的比對(duì)結(jié)果，綜合分析后得出ー個(gè)平滑穩(wěn)定的定位
π果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供ー種室內(nèi)環(huán)境下基于加權(quán)生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，它能有效的綜合分析幾個(gè)定位周期內(nèi)定位服務(wù)器獲取的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RSSI值，通過與事先采集統(tǒng)計(jì)的各區(qū)域的RSSI特征的比對(duì)計(jì)算，并結(jié)合定位區(qū)域的連通關(guān)系，得到合理的概率分布，進(jìn)而得到穩(wěn)定的區(qū)域定位。傳統(tǒng)的平滑穩(wěn)定機(jī)制大多沒有考慮地圖區(qū)域的連通性，獲得的平滑結(jié)果是由離散的采樣點(diǎn)位置計(jì)算得來的連續(xù)結(jié)果，當(dāng)比對(duì)效果較差吋，平滑效果更不可靠。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下ー種室內(nèi)環(huán)境下基于加權(quán)生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，采用的WLAN包括若干AP和若干個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送信號(hào)探測包，所述AP根據(jù)接收到的信號(hào)探測包獲取移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RSSI值，定位服務(wù)器綜合各AP信息，計(jì)算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位位置。對(duì)于上述技術(shù)方案，我們具有進(jìn)ー步的詳細(xì)方案，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置的計(jì)算采用了一種基于加權(quán)生成樹的平滑穩(wěn)定機(jī)制，即在離線階段劃分地圖區(qū)域，每個(gè)區(qū)域使用靜置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采集RSSI值，定位服務(wù)器對(duì)此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得各區(qū)域的RSSI特征如平均值，在線階段吋，根據(jù)實(shí)時(shí)收集的RSSI值與各區(qū)域RSSI特征的比對(duì)，獲得各區(qū)域的基本概率分布，并在時(shí)間和空間兩個(gè)角度進(jìn)行平滑，最后得到更合理的概率分布，以此確定定位顯示結(jié)果。具體方法包括以下步驟步驟1 在實(shí)際定位環(huán)境下，所述系統(tǒng)根據(jù)需要將地圖劃分為有代表性的區(qū)域， 根據(jù)區(qū)域之間的連通關(guān)系建立ー個(gè)區(qū)域連通圖G。該圖的構(gòu)造方法如下整個(gè)定位環(huán)境劃分成獨(dú)立的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域Ai都抽象成一個(gè)頂點(diǎn)Ui ；如果兩個(gè)區(qū)域Ai和Aj通過門、走廊等相連，則在區(qū)域連通圖G中頂點(diǎn)Ui和也是相連的。步驟2:在各區(qū)域中心放置移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，保持其位置不變，各AP采集一段時(shí)間的RSSI 測值，統(tǒng)計(jì)得到各區(qū)域的RSSI特征。假設(shè)地圖被劃分為η個(gè)區(qū)域，布置了 m個(gè)ΑΡ，假設(shè)APi 測得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在區(qū)域j內(nèi)的RSSI值符合正態(tài)分布Af (がかσゐ)，其中Pij為均值，Oij為方差。步驟3 某定位周期內(nèi)，APi測得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RSSI值為Xi，可得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于區(qū)域j的概率Pu* 當(dāng)接收到信號(hào)的AP集合記為吋， 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于區(qū)域j的聯(lián)合概率P〗為
則移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于各區(qū)域的比對(duì)概率分布為各區(qū)域聯(lián)合概率的歸ー化結(jié)果，移動(dòng)節(jié)
點(diǎn)位于區(qū)域j的比對(duì)概率Pj為步驟4:根據(jù)最近W個(gè)周期的比對(duì)概率來計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻位于各區(qū)域的平均比對(duì)概率ft“)
步驟5 以上一周期定位區(qū)域?yàn)楦罁?jù)廣度優(yōu)先方法為圖G構(gòu)建生成樹T，即所有與該根節(jié)點(diǎn)區(qū)域連通的區(qū)域作為其子節(jié)點(diǎn)區(qū)域加入生成樹，子節(jié)點(diǎn)區(qū)域又將尚未加入生成樹的與其連通的區(qū)域作為自己的子節(jié)點(diǎn)區(qū)域加入生成樹，以此類推，直到所有的區(qū)域都加入生成樹。在生成樹上按如下規(guī)則獲得各區(qū)域累計(jì)概率根節(jié)點(diǎn)區(qū)域的累計(jì)概率為其平均比對(duì)概率，其余各區(qū)域的累計(jì)概率是以該區(qū)域?yàn)楦淖訕渖纤袇^(qū)域的平均比對(duì)概率之和。即t時(shí)刻標(biāo)簽定位到區(qū)域j的累計(jì)概率為
權(quán)利要求
1.ー種室內(nèi)環(huán)境下基于加權(quán)生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，采用的無線局域網(wǎng)絡(luò) (WLAN)包括若干個(gè)已知自身物理位置信息的無線接入點(diǎn)(Access Point, AP)和若干個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，所述移動(dòng)節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送信號(hào)探測包，所述無線接入點(diǎn)根據(jù)接收到的信號(hào)探測包獲取移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)信息，定位服務(wù)器綜合各AP信息，計(jì)算出移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位位置，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)在實(shí)際定位環(huán)境下，根據(jù)需要將地圖劃分為有代表性的區(qū)域，根據(jù)區(qū)域之間的連通關(guān)系建立ー個(gè)區(qū)域連通圖，其中區(qū)域作為圖結(jié)構(gòu)中的頂點(diǎn)，若兩個(gè)區(qū)域在實(shí)際中是相鄰連通的，則區(qū)域連通圖中它們之間有邊相連；(2)在各區(qū)域中心放置移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，保持其位置不變，各AP采集一段時(shí)間的RSSI測值，統(tǒng)計(jì)得到各區(qū)域的RSSI特征；(3)在每個(gè)定位周期中，搜集各AP對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RSSI測值，通過與各區(qū)域的RSSI特征進(jìn)行比對(duì)計(jì)算，獲得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于各個(gè)區(qū)域的比對(duì)概率；然后計(jì)算最近W個(gè)周期比對(duì)概率的均值，記為平均比對(duì)概率；(4)以上一周期定位區(qū)域?yàn)楦罁?jù)廣度優(yōu)先方法構(gòu)建生成樹T，在生成樹上按如下規(guī)則獲得各區(qū)域累計(jì)概率根節(jié)點(diǎn)區(qū)域的累計(jì)概率為其平均定位概率，其余各區(qū)域的累計(jì)概率是以該區(qū)域?yàn)楦淖訕渖纤袇^(qū)域的平均比對(duì)概率之和；(5)若存在ー個(gè)或多個(gè)區(qū)域的累計(jì)概率大于給定閾值，選取離根節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的區(qū)域作為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位顯示區(qū)域；否則，顯示位置不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于各個(gè)區(qū)域的比對(duì)概率按照如下步驟獲得假設(shè)地圖被劃分為η個(gè)區(qū)域(區(qū)域編號(hào)為1、)，布置了 m個(gè)AP (AP編號(hào)為1、)；某定位周期內(nèi)，記無線接入點(diǎn)Λ \ (i為AP編號(hào))測得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的RSSI值為。，設(shè),l/ 測得移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在區(qū)域j( j為區(qū)域編號(hào))內(nèi)的RSSI值符合正態(tài)分布入レ,,“O(其中/、;為均值，へ,為方差)，那么根據(jù)RSSI 值X1可得到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于區(qū)域j的概率/Ii
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)環(huán)境下基于加權(quán)生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，在每個(gè)定位周期中，系統(tǒng)搜集各無線接入點(diǎn)測量的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，以此計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在各區(qū)域的比對(duì)概率，然后計(jì)算連續(xù)幾個(gè)定位周期內(nèi)的平均比對(duì)概率。系統(tǒng)以上一周期定位區(qū)域?yàn)楦?，根?jù)區(qū)域連通關(guān)系構(gòu)建廣度優(yōu)先生成樹，除根節(jié)點(diǎn)區(qū)域外每個(gè)區(qū)域的累計(jì)概率是以該區(qū)域?yàn)楦淖訕渖纤袇^(qū)域的平均比對(duì)概率之和。當(dāng)某區(qū)域的累計(jì)概率大于給定閾值時(shí)，就將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)定位到該區(qū)域。本發(fā)明中的概率計(jì)算方法綜合考慮了信號(hào)不穩(wěn)定因素與區(qū)域間的連通關(guān)系，提高了定位精度，極大地減少了定位過程中常見的跳躍現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102547982SQ20121005632
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者劉剛, 徐宏力, 易飛滔, 汪煬, 黃劉生 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院