一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法
【專利摘要】一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其包括，S1將無線接入點置于房間內(nèi)，收集客戶端在室內(nèi)和室外的信道脈沖響應(yīng)；并建立室內(nèi)訓(xùn)練集和室外訓(xùn)練集；S2通過客戶端在室內(nèi)信道脈沖響應(yīng)和室外的信道脈沖響應(yīng)的差異判斷客戶端在室內(nèi)或者室外。給出了一個在WiFi環(huán)境下室內(nèi)外區(qū)分的方案框架，根據(jù)無線信道的信道脈沖響應(yīng)信息來進行室內(nèi)外區(qū)分，并在此框架的基礎(chǔ)上提出了兩種室內(nèi)外區(qū)分方法：基于T檢驗的方法和基于線性判別分析的方法；該方法的效率很高：最快只需10秒鐘采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，1秒內(nèi)即可確定設(shè)備位于室內(nèi)還是室外。
【專利說明】一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在無線網(wǎng)絡(luò)中，室內(nèi)外區(qū)分是指對于某個特定房間，能夠判斷出移動設(shè)備或者攜帶移動設(shè)備的人員位于房間內(nèi)還是位于房間外。與室內(nèi)定位相比，室內(nèi)外區(qū)分只需要知道設(shè)備是否在某個房間內(nèi)，而不需要知道設(shè)備的精確位置。近來，研究人員對室內(nèi)相鄰房間的邊界區(qū)分開展了研究，利用WiFi信號，能夠判定出移動設(shè)備位于相鄰房間中的哪一間。而室內(nèi)外區(qū)分則是判斷設(shè)備是否在某個指定房間內(nèi)的問題。因此，室內(nèi)外區(qū)分屬于比較粗糙的室內(nèi)定位。
[0003]室內(nèi)外區(qū)分在現(xiàn)實中有著廣泛的應(yīng)用。把籃球場看成是一個大房間，賽事的組織者可以向在球場內(nèi)的觀眾通過無線網(wǎng)絡(luò)提供場館專有的服務(wù)信息，而場外的用戶卻獲取不了這些信息。對于殘障人士或需要照顧的老人和小孩，可以通過室內(nèi)外區(qū)分來判定他們是否在指定的房間或區(qū)域內(nèi)。另外，室內(nèi)外區(qū)分也可用于實現(xiàn)基于位置的訪問控制。如:在公司內(nèi)部通過無線網(wǎng)絡(luò)可以訪問某些內(nèi)部信息，但一旦出了公司即使能夠連接到公司的無線網(wǎng)絡(luò)上也不能夠訪問這些信息，以此來減少信息泄漏及攻擊發(fā)生的可能性。另外，醫(yī)院可以通過判定醫(yī)生是否位于醫(yī)院內(nèi)，來決定是否允許該醫(yī)生訪問病人的信息，以更好地保護病人的隱私信息。對于被無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的酒店來說，向位于酒店房間內(nèi)的人員提供上網(wǎng)服務(wù)，而拒絕位于酒店外的人接入其網(wǎng)絡(luò)，以加強其無線網(wǎng)絡(luò)的安全性。
[0004]從上述應(yīng)用可以看出，室內(nèi)外區(qū)分的特點是它對位置精度要求不高但定位準(zhǔn)確性要求高?，F(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)雖然定位精度比較高，但它在解決房間內(nèi)外區(qū)分問題時存在兩方面的問題:1)誤判率高。對于基于接收信號強度(RSS)的定位技術(shù)來說，其平均定位誤差為7米，即使設(shè)備位于一個直徑為14米的房間中心，那么該設(shè)備也有一半的幾率會被定位到房間外?；谛诺李l率響應(yīng)(CFR)的定位技術(shù)的最小誤差也在I米左右，在處理房間內(nèi)外邊界時，會出現(xiàn)較大的偏差。2)方法執(zhí)行效率低。現(xiàn)有的大多數(shù)室內(nèi)定位技術(shù)的執(zhí)行過程分為兩個階段，訓(xùn)練階段和測試階段。在訓(xùn)練階段需要采集大量的位置信息，對于一個大小為13米*6米房間來說，至少需要5分鐘I的房間內(nèi)采集時間，而且還需要額外的房間外采集時間。因此，現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)不適合用于解決室內(nèi)外區(qū)分問題。
[0005]邊界區(qū)分方案也可用于解決室內(nèi)外區(qū)分問題。但它在解決室內(nèi)外區(qū)分問題的時候也存在以下問題:1)在訓(xùn)練階段也需要采集大量的位置信息。它不但要采集指定室內(nèi)的位置信息，而且要采集所有相鄰房間中的位置信息。如果一個房間存在多個相鄰房間的話，那數(shù)據(jù)采集工作量是很大的。2)沒有考慮諸多因素對方案的影響，如:房間大小以及移動設(shè)備周圍人的干擾等，但研究表明這些因素，尤其是設(shè)備周圍的人的干擾會對WiFi信號產(chǎn)生較大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種能滿足用戶個性化需求的無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其包括，
[0007]SI將無線接入點置于房間內(nèi)，收集客戶端在室內(nèi)和室外的信道脈沖響應(yīng)；并建立室內(nèi)訓(xùn)練集和室外訓(xùn)練集；
[0008]S2通過客戶端在室內(nèi)信道脈沖響應(yīng)和室外的信道脈沖響應(yīng)的差異判斷客戶端在室內(nèi)或者室外。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述步驟S2中判斷客戶端在室內(nèi)或者室外的方法包括T檢驗法和線性判別法。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述線性判別法包括，設(shè)Sin表示在室內(nèi)測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，Swt表示在室外測得的信道脈沖響應(yīng)值集合,Sg表示在室內(nèi)測得的第i號天
線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合，表示在室外測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合；
[0011]多次求每個載波室內(nèi)外的信道脈沖響應(yīng)差值并取差值均值，獲取差值均值集合，從差值均值集合中提取出差值均值最大的載波，生成區(qū)分特性集合Index= {IndeXi}，其中Indexi表示在第i號天線中差值均值最大的載波，i e {a, b, c},無線接入點依照Index集合從Sin和Swt中過濾出相應(yīng)的載波，分別形成室內(nèi)訓(xùn)練集TSin和室外訓(xùn)練集TSrat,無線接入點收到測試數(shù)據(jù)后，依照Index集合從測試數(shù)據(jù)中過濾出相應(yīng)的載波形成測試集TStest，無線接入點根據(jù)TSin和TSwt計算線性判別分析所需的特征值集合Eigenvalue=(Eigenvaluei),其 Eigenvaluei 表示第 i 號天線的特征值，i e {a,b,c},對于測試集TStest中的每組數(shù)據(jù)，分別判斷每根天線的值與相應(yīng)特征值之間的關(guān)系，如果該天線的值大于特征值，那么將該組`數(shù)據(jù)中此天線的判別結(jié)果為室內(nèi)，用I表示，否則判別結(jié)果為室外，用O表示，然后根據(jù)三根天線的情況，給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，若具有多根天線，根據(jù)多根天線的情況，通過大數(shù)表決給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果O
[0013]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述T檢驗法包括，設(shè)Sin表示在室內(nèi)測得的值信道脈沖響應(yīng)值集合，Sout表示在室外測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，5?表示在室內(nèi)測得的第i號
天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合，5丨^表示在室外測得的第i號天線的第j號載
波的信道脈沖響應(yīng)值集合，
[0014]提出兩個假設(shè):
[0015]N0: E(Sli) =
[0016]H1; E(S；:) ^ E(S^t)
[0017]并設(shè)定顯著性水平α，網(wǎng)卡中每根天線的每個載波建立所述兩個假設(shè)，先令α為預(yù)設(shè)值，生成每根天線的P值曲線，其中，P值為拒絕無效假設(shè)的最小顯著性水平，判斷通過P值曲線的T校驗的結(jié)果，判斷能否為每根天線挑選出單一載波作為室內(nèi)外區(qū)分特性，如果不能，繼續(xù)減少α值，繼續(xù)觀察每個載波經(jīng)過T校驗的結(jié)果，直至能為每根天線挑選出單一載波，最終生成一個區(qū)分特性集合Index=UndexJ ,其中Indexi表示從每根天線中挑選出的用來作為室內(nèi)外區(qū)分的載波號，其中i e {a,b,c}。然后,無線接入點依照Index集合從Sin和Swt中過濾出相應(yīng)的載波，分別形成室內(nèi)訓(xùn)練集TSin和室外訓(xùn)練集TStjut ；
[0018]當(dāng)無線接入點收到測試數(shù)據(jù)集后，依照Index集合從測試數(shù)據(jù)集中過濾出相應(yīng)的載波形成測試集TStest,對于TStest中的每組數(shù)據(jù)，分別計算其每根天線的值與TSin中對應(yīng)天線的均值和TStjut中對應(yīng)天線的均值之間的距離，如果其與TSin的距離小于其與TStjut的距離，那么將該組數(shù)據(jù)中此天線的判別結(jié)果為室內(nèi)，否則判別結(jié)果為室外。
[0019]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，若具有多根天線，根據(jù)多根天線的情況，通過大數(shù)表決給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果O
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明給出了一個在WiFi環(huán)境下室內(nèi)外區(qū)分的方案框架，根據(jù)無線信道的信道脈沖響應(yīng)信息來進行室內(nèi)外區(qū)分，并在此框架的基礎(chǔ)上提出了兩種室內(nèi)外區(qū)分方法:基于T檢驗的方法和基于線性判別的方法；
[0021]在現(xiàn)有的802.11網(wǎng)卡上實現(xiàn)了上述兩種室內(nèi)外區(qū)分方法，并進行大量的實驗。結(jié)果表明，所提的基于線性判別的方法要優(yōu)于基于T檢驗的方法，其區(qū)分正確率為100%，同時該方法不受房間大小、移動設(shè)備周圍人的干擾以及訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集位置的影響。另外，該方法的效率很高:最快只需10秒鐘采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)，I秒內(nèi)即可確定設(shè)備位于室內(nèi)還是室外。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0022]圖1為本發(fā)明一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法邏輯圖。
【具體實施方式】
[0023]請參考圖1，一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其包括，
[0024]SI將無線接入點RX置于房間內(nèi)，收集客戶端在室內(nèi)和室外的信道脈沖響應(yīng)；并建立室內(nèi)訓(xùn)練集和室外訓(xùn)練集；
[0025]S2通過客戶端在室內(nèi)信道脈沖響應(yīng)和室外的信道脈沖響應(yīng)的差異判斷客戶端在室內(nèi)或者室外。
[0026]步驟S2中判斷客戶端在室內(nèi)或者室外的方法包括T檢驗法和線性判別法。
[0027]線性判別法包括，設(shè)Sin表示在室內(nèi)測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，Sout表示在室外
測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，Sg表示在室內(nèi)測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響
應(yīng)值集合，5丨^表示在室外測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合；
[0028]多次求每個載波室內(nèi)外的信道脈沖響應(yīng)差值并取差值均值，獲取差值均值集合，從差值均值集合中提取出差值均值最大的載波，生成區(qū)分特性集合IndeX={IndeXi}，，其中Indexi表示在第i號天線中差值均值最大的載波，i e {a, b, c},無線接入點依照Index集合從Sin和Swt中過濾出相應(yīng)的載波，分別形成室內(nèi)訓(xùn)練集TSin和室外訓(xùn)練集TSrat,無線接入點收到測試數(shù)據(jù)后，依照Index集合從測試數(shù)據(jù)中過濾出相應(yīng)的載波形成測試集TStest，無線接入點根據(jù)TSin和TSwt計算線性判別分析所需的特征值集合Eigenvalue=(Eigenvaluei),其 Eigenvaluei 表示第 i 號天線的特征值，i e {a,b,c},對于測試集TStest中的每組數(shù)據(jù)，分別判斷每根天線的值與相應(yīng)特征值之間的關(guān)系，如果該天線的值大于特征值，那么將該組數(shù)據(jù)中此天線的判別結(jié)果為室內(nèi)，用I表示，否則判別結(jié)果為室外，用O表示，然后根據(jù)三根天線的情況，給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果。若具有多根天線，根據(jù)多根天線的情況，通過大數(shù)表決給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果。
[0029]本發(fā)明的T檢驗法包括，設(shè)Sin表示在室內(nèi)測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，Sout表示在室外測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，電表示在室內(nèi)測得的第i號天線的第j號載波的信道
脈沖響應(yīng)值集合，表示在室外測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合，
[0030]提出兩個假設(shè):
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其特征在于:其包括， Si將無線接入點置于房間內(nèi)，收集客戶端在室內(nèi)和室外的信道脈沖響應(yīng)，并建立室內(nèi)訓(xùn)練集和室外訓(xùn)練集； S2通過客戶端在室內(nèi)信道脈沖響應(yīng)和室外信道脈沖響應(yīng)的差異判斷客戶端在室內(nèi)或者室外。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其特征在于:所述步驟S2中判斷客戶端在室內(nèi)或者室外的方法包括T檢驗法和線性判別法。
3.如權(quán)利要求2所述的一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其特征在于:所述線性判別法包括，設(shè)Sin表示在室內(nèi)測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，Sout表示在室外測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，表示在室內(nèi)測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合，表示在室外測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合； 多次求每個載波室內(nèi)外的信道脈沖響應(yīng)差值并取差值均值，獲取差值均值集合，從差值均值集合中提取出差值均值最大的載波，生成區(qū)分特性集合Index= {IndeXi}，其中Indexi表示在第i號天線中差值均值最大的載波，i e {a, b, c},無線接入點依照Index集合從Sin和Swt中過濾出相應(yīng)的載波，分別形成室內(nèi)訓(xùn)練集TSin和室外訓(xùn)練集TSrat,無線接入點收到測試數(shù)據(jù)后，依照Index集合從測試數(shù)據(jù)中過濾出相應(yīng)的載波形成測試集TStest，無線接入點根據(jù)TSin和TSwt計算線性判別分析所需的特征值集合Eigenvalue=(Eigenvaluei),其中 Eigenvaluei 表示第 i 號天線的特征值，i e {a,b,c},對于測試集TStest中的每組數(shù)據(jù)，分別判斷每根天線的值與相應(yīng)特征值之間的關(guān)系，如果該天線的值大于特征值，那么將該·組數(shù)據(jù)中此天線的判別結(jié)果為室內(nèi)，用I表示，否則判別結(jié)果為室外，用O表不。
4.如權(quán)利要求3所述的一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其特征在于:若具有多根天線，根據(jù)多根天線的情況，通過大數(shù)表決給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果。
5.如權(quán)利要求2所述的一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其特征在于:所述T檢驗法包括，設(shè)Sin表示在室內(nèi)測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，Sout表示在室外測得的信道脈沖響應(yīng)值集合，表示在室內(nèi)測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合，Sitf表示在室外測得的第i號天線的第j號載波的信道脈沖響應(yīng)值集合， 提出兩個假設(shè):
ε(5?ξ) = E&
H-J Ε(5?$Φ E(S^t) 并設(shè)定顯著性水平α，網(wǎng)卡中每根天線的每個載波建立所述兩個假設(shè)，先令α為預(yù)設(shè)值，生成每根天線的P值曲線，其中，P值為拒絕無效假設(shè)的最小顯著性水平，判斷通過P值曲線的T校驗的結(jié)果，判斷能否為每根天線挑選出單一載波作為室內(nèi)區(qū)分特性，如果不能，減少α值,，為每根天線挑選出單一載波，生成一個區(qū)分特性集合Index=UndexJ ,其中Indexi表示從每根天線中挑選出的用來作為室內(nèi)外區(qū)分的載波號，其中i e {a, b，c}，然后，無線接入點依照Index集合從Sin和Stjut中過濾出相應(yīng)的載波，分別形成室內(nèi)訓(xùn)練集TSin和室外訓(xùn)練集TStjut ； 當(dāng)無線接入點收到測試數(shù)據(jù)集后，依照Index集合從測試數(shù)據(jù)集中過濾出相應(yīng)的載波形成測試集TStest,對于TStest中的每組數(shù)據(jù)，分別計算其每根天線的值與TSin中對應(yīng)天線的均值和TStjut中對應(yīng)天線的均值之間的距離，如果其與TSin的距離小于其與TStjut的距離，那么將該組數(shù)據(jù)中此天線的判別結(jié)果為室內(nèi)，否則判別結(jié)果為室外。
6.如權(quán)利 要求5所述的一種無線網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)外區(qū)分方法，其特征在于:若具有多根天線，根據(jù)多根天線的情況，通過大數(shù)表決給出該組數(shù)據(jù)的判別結(jié)果，最后對整個TStest進行大數(shù)表決，給出該測試數(shù)據(jù)集的判別結(jié)果。
【文檔編號】H04W24/00GK103826241SQ201410067487
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】李興華, 李書欣, 溫明軍, 劉會博, 姚青松, 馬建峰, 姜奇, 毛立強, 高勝 申請人:西安電子科技大學(xué)