專利名稱：室內(nèi)環(huán)境下基于加權生成樹的wlan定位平滑穩(wěn)定的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種WLAN定位中基于加權生成樹的平滑穩(wěn)定方法，具體涉及ー種用于WLAN的室內(nèi)環(huán)境下進行區(qū)域定位的非確定性比對算法的平滑穩(wěn)定方法。
背景技術：
隨著數(shù)據(jù)業(yè)務和多媒體業(yè)務的快速増加，人們對定位與導航的需求日益増大，尤其在復雜的室內(nèi)環(huán)境，如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環(huán)境中， 常常需要確定移動終端或其持有者、設施與物品在室內(nèi)的位置信息。但是受定位時間、定位精度以及復雜室內(nèi)環(huán)境等條件的限制，比較完善的定位技術目前還無法很好地利用。GPS是目前應用最為廣泛的定位技木。當GPS接收機在室內(nèi)工作吋，由于信號受建筑物的影響而大大衰減，定位精度也很低，要想達到室外一祥直接從衛(wèi)星廣播中提取導航數(shù)據(jù)和時間信息是不可能的。使用WLAN進行室內(nèi)定位是ー個性價比很高的選擇，無需特別添加基礎設施。無線局域網(wǎng)絡(WLAN)包括若干個已知自身物理位置信息的無線接入點(Access Point, AP)和若干個移動節(jié)點，所述移動節(jié)點周期性地發(fā)送信號探測包，所述無線接入點根據(jù)接收到的信號探測包計算RSSI信息或跳數(shù)信息獲得移動節(jié)點的定位。進行室內(nèi)定位吋，移動節(jié)點可以為待定位人員或物體攜帯的ー個具有WiFi通信功能的定位標簽，為降低系統(tǒng)成本，該標簽可只具有上行信道，周期性發(fā)送信標探測幀。由于無線信號的不穩(wěn)定，且WLAN中難以準確測量時間與距離，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。 學術界和エ業(yè)界大多傾向于使用基于信號特征比對的方法。又獻[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]總結了近年來這ー類方法的進展。這類方法一般分為離線和在線兩個階段。離線階段，將定位標簽放置在采樣點上，采集一段時間的信號， 獲得各采樣點的信號特征(如信號接收強度指示RSSI的平均值等)。在線階段，通過比較實時獲取的信號與各采樣點的信號特征，得出移動節(jié)點位于某個采樣點附近的定位結果。 其中，比對方法分為兩大類，第一類方法獲得移動節(jié)點位于某個采樣點的確定結果，第二類方法獲得移動節(jié)點位于各個采樣點的概率。在實際應用中，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)幾個定位周期的比對結果，綜合分析后得出ー個平滑穩(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定位周期內(nèi)定位服務器獲取的移動節(jié)點的RSSI值，通過與事先采集統(tǒng)計的各區(qū)域的RSSI特征的比對計算，并結合定位區(qū)域的連通關系，得到合理的概率分布，進而得到穩(wěn)定的區(qū)域定位。傳統(tǒng)的平滑穩(wěn)定機制大多沒有考慮地圖區(qū)域的連通性，獲得的平滑結果是由離散的采樣點位置計算得來的連續(xù)結果，當比對效果較差吋，平滑效果更不可靠。為了解決現(xiàn)有技術中的這些問題，本發(fā)明提供的技術方案如下ー種室內(nèi)環(huán)境下基于加權生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，采用的WLAN包括若干AP和若干個移動節(jié)點，所述移動節(jié)點周期性地發(fā)送信號探測包，所述AP根據(jù)接收到的信號探測包獲取移動節(jié)點的RSSI值，定位服務器綜合各AP信息，計算出移動節(jié)點的定位位置。對于上述技術方案，我們具有進ー步的詳細方案，移動節(jié)點位置的計算采用了一種基于加權生成樹的平滑穩(wěn)定機制，即在離線階段劃分地圖區(qū)域，每個區(qū)域使用靜置的移動節(jié)點采集RSSI值，定位服務器對此進行統(tǒng)計獲得各區(qū)域的RSSI特征如平均值，在線階段吋，根據(jù)實時收集的RSSI值與各區(qū)域RSSI特征的比對，獲得各區(qū)域的基本概率分布，并在時間和空間兩個角度進行平滑，最后得到更合理的概率分布，以此確定定位顯示結果。具體方法包括以下步驟步驟1 在實際定位環(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)域之間的連通關系建立ー個區(qū)域連通圖G。該圖的構造方法如下整個定位環(huán)境劃分成獨立的區(qū)域，每個區(qū)域Ai都抽象成一個頂點Ui ；如果兩個區(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Ui和也是相連的。步驟2:在各區(qū)域中心放置移動節(jié)點，保持其位置不變，各AP采集一段時間的RSSI 測值，統(tǒng)計得到各區(qū)域的RSSI特征。假設地圖被劃分為η個區(qū)域，布置了 m個ΑΡ，假設APi 測得移動節(jié)點在區(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測得移動節(jié)點的RSSI值為Xi，可得到移動節(jié)點位于區(qū)域j的概率Pu* 當接收到信號的AP集合記為吋， 移動節(jié)點位于區(qū)域j的聯(lián)合概率P〗為
則移動節(jié)點位于各區(qū)域的比對概率分布為各區(qū)域聯(lián)合概率的歸ー化結果，移動節(jié)
點位于區(qū)域j的比對概率Pj為步驟4:根據(jù)最近W個周期的比對概率來計算移動節(jié)點在t時刻位于各區(qū)域的平均比對概率ft“)
步驟5 以上一周期定位區(qū)域為根依據(jù)廣度優(yōu)先方法為圖G構建生成樹T，即所有與該根節(jié)點區(qū)域連通的區(qū)域作為其子節(jié)點區(qū)域加入生成樹，子節(jié)點區(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)域累計概率根節(jié)點區(qū)域的累計概率為其平均比對概率，其余各區(qū)域的累計概率是以該區(qū)域為根的子樹上所有區(qū)域的平均比對概率之和。即t時刻標簽定位到區(qū)域j的累計概率為
權利要求
1.ー種室內(nèi)環(huán)境下基于加權生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，采用的無線局域網(wǎng)絡 (WLAN)包括若干個已知自身物理位置信息的無線接入點(Access Point, AP)和若干個移動節(jié)點，所述移動節(jié)點周期性地發(fā)送信號探測包，所述無線接入點根據(jù)接收到的信號探測包獲取移動節(jié)點的接收信號強度指示(RSSI)信息，定位服務器綜合各AP信息，計算出移動節(jié)點的定位位置，其特征在于所述方法包括以下步驟(1)在實際定位環(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)域之間的連通關系建立ー個區(qū)域連通圖，其中區(qū)域作為圖結構中的頂點，若兩個區(qū)域在實際中是相鄰連通的，則區(qū)域連通圖中它們之間有邊相連；(2)在各區(qū)域中心放置移動節(jié)點，保持其位置不變，各AP采集一段時間的RSSI測值，統(tǒng)計得到各區(qū)域的RSSI特征；(3)在每個定位周期中，搜集各AP對移動節(jié)點的RSSI測值，通過與各區(qū)域的RSSI特征進行比對計算，獲得移動節(jié)點位于各個區(qū)域的比對概率；然后計算最近W個周期比對概率的均值，記為平均比對概率；(4)以上一周期定位區(qū)域為根依據(jù)廣度優(yōu)先方法構建生成樹T，在生成樹上按如下規(guī)則獲得各區(qū)域累計概率根節(jié)點區(qū)域的累計概率為其平均定位概率，其余各區(qū)域的累計概率是以該區(qū)域為根的子樹上所有區(qū)域的平均比對概率之和；(5)若存在ー個或多個區(qū)域的累計概率大于給定閾值，選取離根節(jié)點最遠的區(qū)域作為移動節(jié)點定位顯示區(qū)域；否則，顯示位置不變。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法步驟(3)中移動節(jié)點位于各個區(qū)域的比對概率按照如下步驟獲得假設地圖被劃分為η個區(qū)域(區(qū)域編號為1、)，布置了 m個AP (AP編號為1、)；某定位周期內(nèi)，記無線接入點Λ \ (i為AP編號)測得移動節(jié)點的RSSI值為。，設,l/ 測得移動節(jié)點在區(qū)域j( j為區(qū)域編號)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可得到移動節(jié)點位于區(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)境下基于加權生成樹的WLAN定位平滑穩(wěn)定方法，在每個定位周期中，系統(tǒng)搜集各無線接入點測量的移動節(jié)點的信號強度，以此計算移動節(jié)點在各區(qū)域的比對概率，然后計算連續(xù)幾個定位周期內(nèi)的平均比對概率。系統(tǒng)以上一周期定位區(qū)域為根，根據(jù)區(qū)域連通關系構建廣度優(yōu)先生成樹，除根節(jié)點區(qū)域外每個區(qū)域的累計概率是以該區(qū)域為根的子樹上所有區(qū)域的平均比對概率之和。當某區(qū)域的累計概率大于給定閾值時，就將移動節(jié)點定位到該區(qū)域。本發(fā)明中的概率計算方法綜合考慮了信號不穩(wěn)定因素與區(qū)域間的連通關系，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:中國科學技術大學蘇州研究院