基于快速注水算法的室內(nèi)wlan接入點(diǎn)布置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，它基于模擬無線通信中根據(jù)信道狀況對(duì)發(fā)送功率進(jìn)行自適應(yīng)分配的方法，構(gòu)造注水優(yōu)化問題模型，通過分析不同AP擺放位置對(duì)參考點(diǎn)指紋差異性的影響，利用快速注水算法，獲得每個(gè)AP備選位置處應(yīng)該分配的AP權(quán)重，根據(jù)指紋差異性對(duì)位置指紋定位方法精度的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)AP位置的快速優(yōu)化，并顯著降低系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間開銷。
【專利說明】基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線電通信技術(shù)，具體涉及一種基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入 點(diǎn)布置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著可移動(dòng)設(shè)備得到越來越廣泛的應(yīng)用以及無線網(wǎng)絡(luò)的普及，用戶對(duì)信息即時(shí)性 和就地性的需求越來越強(qiáng)烈，因此基于位置的服務(wù)也備受關(guān)注。目前較為流行的無線定 位系統(tǒng)有全球定位系統(tǒng)（GPS)、蜂窩定位系統(tǒng)、藍(lán)牙定位系統(tǒng)、射頻識(shí)別（RFID)定位系統(tǒng)、 ZigBee定位系統(tǒng)以及WLAN定位系統(tǒng)。其中，GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛，室外定位精度 較高，然而在障礙物較多的遮蔽或室內(nèi)環(huán)境下，如：高樓林立的城市街道或室內(nèi)停車場(chǎng)，衛(wèi) 星信號(hào)會(huì)急劇減弱，導(dǎo)致GPS定位系統(tǒng)難以工作；蜂窩無線定位系統(tǒng)的定位精度較低，室 外定位誤差通常大于50米，對(duì)于定位精度要求較高的室內(nèi)場(chǎng)景則無法適用；藍(lán)牙、RFID和 ZigBee等定位技術(shù)一般較為適用于近距離定位環(huán)境。因此，上述定位技術(shù)不具有較好的普 適性，而需要尋找一種新的定位技術(shù)來代替或彌補(bǔ)各自的不足。同時(shí)，無線局域網(wǎng)的不斷普 及給了WLAN定位技術(shù)很大的發(fā)展機(jī)會(huì)。
[0003] 在WLAN定位系統(tǒng)中，位置指紋定位方法的精度較高且不需要添加額外的設(shè)備，從 而得到了較為廣泛的應(yīng)用?；谖恢弥讣y的定位方法主要分為兩個(gè)階段：離線階段和在線 階段。離線階段，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)選擇合適的參考點(diǎn)，并在參考點(diǎn)處測(cè)量來自每個(gè)AP的信號(hào) 強(qiáng)度值，建立位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。在線階段，通過利用定位算法對(duì)接收端實(shí)時(shí)測(cè)量得到的信號(hào) 值與位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中已保存的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，來估計(jì)終端位置。
[0004]由于室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜多變，因此位置指紋定位方法的精度性能受多種因素的影 響。通過分析對(duì)比影響位置指紋定位方法精度性能的因素中，AP擺放位置對(duì)于定位精度有 較大影響。在現(xiàn)有方法中，為了優(yōu)化AP擺放位置，其主要關(guān)注的有信號(hào)覆蓋范圍，服務(wù)質(zhì) 量，網(wǎng)絡(luò)吞吐量，信號(hào)傳輸速率以及覆蓋范圍內(nèi)的信號(hào)差異性等因素。針對(duì)提高信號(hào)差異性 這一因素的各項(xiàng)研究中，現(xiàn)有方法都集中在使用某種搜索算法，去搜索一個(gè)使得與信號(hào)差 異性相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最大或最小值的組合解，但這類方法的主要缺陷是對(duì)搜索算法的 依賴程度較高，且時(shí)間開銷較大。因此，有必要開發(fā)一種新的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，在確 保位置指紋定位精度的前提下，以實(shí)現(xiàn)AP位置的快速優(yōu)化，降低系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間開銷。
[0006] 本發(fā)明所述的基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、計(jì)算各備選AP擺放位置處的Yn，其中Yn表示第η個(gè)備選AP位置處兩 兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度平方歐式距離之和； max / =ZloM1+r，;,）
[0008] 步驟二、令A(yù)P個(gè)數(shù)為Wt，構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)f，p、nwA7I其中丫"表 η; =Wr,η;>0,vneN 示第η個(gè)備選AP位置處兩兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度平方歐式距離之和；wn表示需要得到的解， 即第η個(gè)AP備選位置處放置1個(gè)AP的權(quán)重；N為AP備選位置的個(gè)數(shù)； I I J
[0009] 步驟三、根據(jù)H.',,=孓狀/十Σ->- -，VweΛτ計(jì)算出Wn(ne{1，…，N})，其中Wn N"&sr"r" 表不第η個(gè)AP備選位置處放置1個(gè)AP的權(quán)重；N表不AP備選位置個(gè)數(shù)；γn表不第η個(gè)備 選AP位置處兩兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度最大平方歐式距離之和；wn代表第η個(gè)AP備選位置處 放置一個(gè)AP的權(quán)重；WT表示總的AP個(gè)數(shù)；
[0010] 步驟四、降序排列Wn，把降序后的值儲(chǔ)存為{WpW2，…，WJ，W1 >w2>…>WN，并把 (W1,W2,…，WN}各值對(duì)應(yīng)的Wn的下標(biāo)序號(hào)存儲(chǔ)到序列index中；
[0011] 步驟五、令計(jì)數(shù)參量r= 0,其中r為計(jì)算每一次注水過程中使得Wn〈0(ne{1，… ，N})的AP備選位置個(gè)數(shù)；
[0012] 步驟六、判斷Wn是否小于0 ;若是，則進(jìn)入步驟七；若否，則進(jìn)入步驟十六；
[0013] 步驟七、令Λ= 〇或Λ為滿足條件Wt彡ΝΛ的任意正數(shù)，Λ為用來調(diào)整注水線 的量；且令S= 0，i=N，r= 0，其中i，r為計(jì)數(shù)量，S將用于存儲(chǔ){W1，W2，…Wk+1}應(yīng)減少的 總量；N為AP備選位置的個(gè)數(shù)；
[0014] 步驟八、令S=S+A-Wi ;
[0015] 步驟九、令Wi =O;
[0016] 步驟十、令r =r+1，i=i-Ι;
[0017] 步驟十一、判斷Wi是否小于等于0,且i是否大于等于I;若是，則進(jìn)入步驟七；若 否，則進(jìn)入步驟十二；
[0018] 步驟十二、計(jì)算其中Λ'表示W(wǎng)n彡〇(ne{1，…，幻）的減少量；
[0019] 步驟十三、令j= 1 ;其中，j為計(jì)數(shù)量；
[0020] 步驟十四、計(jì)算Wj =Wj-Λ' ；
[0021] 步驟十五、令j=j+l;
[0022] 步驟十六、判斷j是否小于等于N_r;若是，則進(jìn)入步驟十三；若否，則進(jìn)入步驟 十七；
[0023] 步驟十七、返回注水算法分配后的（W1, ···，％};
[0024] 步驟十八、對(duì)照序列index,把Iff1, ···，％}值存入相應(yīng)的wn(ne{1，"·，Ν})中，得 到最終分配后的權(quán)重wn(ne{1，…，Ν})后，根據(jù)AP總個(gè)數(shù)按照權(quán)重獲得最優(yōu)AP布置方式。
[0025] 所述步驟一中，根據(jù)ρΣΣΜ?)-^)]2計(jì)算出Yn; ?=?j-iIJ
[0026] 其中，M為實(shí)驗(yàn)環(huán)境中總的參考點(diǎn)個(gè)數(shù)；i、j分別為第i、j個(gè)參考點(diǎn)fiOihPjOi) 為參考點(diǎn)i，j從第η個(gè)AP備選位置處獲得的信號(hào)強(qiáng)度值。 1；IfM
[0027] 所述步驟二中，根據(jù)多AP目標(biāo)函數(shù)_xΣK(?卜=Σ/?及注水優(yōu) f二丨戶"丨 /!二| 化問題模型，構(gòu)造出所述目標(biāo)函數(shù)f。
[0028] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：能夠在較高位置指紋定位精度條件下，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)WLAN接入 點(diǎn)的快速優(yōu)化布置，通過分析每個(gè)AP備選位置對(duì)于兩兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度平方歐式距離 之和的影響，構(gòu)造注水優(yōu)化問題模型，利用快速注水算法，獲得每個(gè)AP備選位置處應(yīng)分配 的AP權(quán)重，即每個(gè)AP備選位置處的重要性，從而實(shí)現(xiàn)了AP位置的快速優(yōu)化，大大降低了系 統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間開銷，并能夠保證較高的位置指紋定位精度。本發(fā)明能夠運(yùn)用于室內(nèi)無線電 通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明中步驟一到步驟十的流程圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明中步驟十一至步驟十八的流程圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明的真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境示意圖；
[0032] 圖4是本發(fā)明的仿真環(huán)境示意圖；
[0033] 圖5、圖6和圖7是在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，當(dāng)AP個(gè)數(shù)為2、3和4時(shí)，本發(fā)明提出的基 于快速注水算法得到的AP布置方式與其它AP布置方式的定位誤差對(duì)比圖；
[0034] 圖8、圖9和圖10是在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，當(dāng)AP個(gè)數(shù)為2、3和4時(shí)，本發(fā)明提出的基 于快速注水算法得到的AP布置方式與其它布置方式的定位誤差對(duì)比圖；
[0035] 圖11是本發(fā)明提出的基于快速注水算法得到的AP布置方法與基于模擬退火算法 得到的AP布置方法的時(shí)間開銷對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037] 如圖1和圖2所示的基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，包括以下步 驟：
[0038] 步驟一、計(jì)算各備選AP擺放位置處的Yn，其中Yn表示第η個(gè)備選AP位置處兩 兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度平方歐式距離之和。
[0039] 各備選AP擺放位置處的Yη的計(jì)算公式如下：
[0040] Y" =YdYdVPiM ^ Pt(n)]Cl) ?=Ι /=(+1
[0041] 其中，M為實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的參考點(diǎn)總數(shù)；i和j分別為第i和第j個(gè)參考點(diǎn)；Pi(η)和 Pj (η)分別為參考點(diǎn)i和j處采集的來自第η個(gè)AP備選位置處發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度值，單位為 dBm。
[0042] 在基于信號(hào)強(qiáng)度最大平方歐式距離之和的AP布置方法中，對(duì)于單個(gè)AP的目 標(biāo)函數(shù)可表示為maxH批(n)-Pj(Jt)]2。基于此，構(gòu)造對(duì)于多個(gè)AP的目標(biāo)函數(shù) /=Ij~i11 max =|>"?其中，總的AP總的個(gè)數(shù)，因此，Yn表征各備選位 ?j-| /-( _/~ι * J n~\ 置對(duì)目標(biāo)函數(shù)獲得最大值所作的貢獻(xiàn)的多少。
[0043]在仿真環(huán)境中，Pi(I1)和h(n)均由信號(hào)傳播模型計(jì)算得到；本發(fā)明假定信號(hào)傳播 特性服從Keenan-Motley多墻傳播模型，即接收端接收到的信號(hào)強(qiáng)度值P的計(jì)算表達(dá)式如 下：
[0044]P=P(d0) -10βIog10 (d) -Nw ·Lw-Nf ·Lf-X(2)
[0045] 其中，Cltl為參考距離，令Cltl= 1πι;β表示路徑損耗指數(shù)，其反映了信號(hào)強(qiáng)度損耗與 信號(hào)傳播距離的關(guān)系；d為信號(hào)接收端與AP之間的距離；NW和Nf分別表示信號(hào)在從AP到 接收端的整個(gè)傳播路徑中，信號(hào)所穿過的墻和地板的個(gè)數(shù)；Lw和Lf分別表示墻壁和地板的 損耗系數(shù)，在本發(fā)明選擇的實(shí)驗(yàn)、仿真環(huán)境中，由于定位目標(biāo)區(qū)域在同一樓層，于是不考慮 地板損耗，即令Lw = 3、Lf = 0 ;X為服從高斯分布N(u，δ2)的隨機(jī)變量。
[0046] 在真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，Pi(Ii)和Pj (η)分別為參考點(diǎn)i和j處從第η個(gè)AP實(shí)際接收 的信號(hào)強(qiáng)度值。 Wi Λ；M
[0047] 步驟二、令A(yù)P個(gè)數(shù)為Wt。根據(jù)多AP目標(biāo)函數(shù)max藝Z 巧(/，)]2 =藝:/β 及注水優(yōu)化問題模型，構(gòu)造本發(fā)明對(duì)于發(fā)送功率進(jìn)行自適應(yīng)分配相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、計(jì)算各備選AP擺放位置處的Yn，其中Yn表示第n個(gè)備選AP位置處兩兩參 考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度平方歐式距離之和；
第n個(gè)備選AP位置處兩兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度平方歐式距離之和；wn表示需要得到的解，即 第n個(gè)AP備選位置處放置1個(gè)AP的權(quán)重；N為AP備選位置的個(gè)數(shù)；
計(jì)算出wn(n G {]_，--?，N})，其中wn表示第 n個(gè)AP備選位置處放置1個(gè)AP的權(quán)重；N表示AP備選位置個(gè)數(shù)；Y n表示第n個(gè)備選AP位 置處兩兩參考點(diǎn)間信號(hào)強(qiáng)度最大平方歐式距離之和；wn代表第n個(gè)AP備選位置處放置一個(gè) AP的權(quán)重；WT表示總的AP個(gè)數(shù)； 步驟四、降序排列wn，把降序后的值儲(chǔ)存為（W1, W2，…，WnKW1I2)…>W N，并把（WpW2，--? ，WN}各值對(duì)應(yīng)的Wn的下標(biāo)序號(hào)存儲(chǔ)到序列index中； 步驟五、令計(jì)數(shù)參量r = 0,其中r為計(jì)算每一次注水過程中使得111〈0〇1 G {1，…，吣） 的AP備選位置個(gè)數(shù)； 步驟六、判斷Wn是否小于0 ;若是，則進(jìn)入步驟七；若否，則進(jìn)入步驟十六； 步驟七、令A(yù) = 0或A為滿足條件Wt彡NA的任意正數(shù)，A為用來調(diào)整注水線的量； 且令3 = 0，1 =仏1' = 0，其中1，1'為計(jì)數(shù)量，5將用于存儲(chǔ){11，12，?11;+1}應(yīng)減少的總 量；N為AP備選位置的個(gè)數(shù)； 步驟八、令S = S+A-Wi ; 步驟九、令Wi = 0 ; 步驟十、令 r = r+1，i = i-1 ; 步驟十一、判斷Wi是否小于等于0,且i是否大于等于I ;若是，則進(jìn)入步驟七；若否，則 進(jìn)入步驟十二；
步驟十三、令j = 1 ;其中，j為計(jì)數(shù)量； 步驟十四、計(jì)算Wj = Wj-A' ； 步驟十五、令j = j+1 ; 步驟十六、判斷j是否小于等于N-r ;若是，則進(jìn)入步驟十三；若否，則進(jìn)入步驟十七； 步驟十七、返回注水算法分配后的（W1，…，WN}; 步驟十八、對(duì)照序列index,把（W1,…義}值存入相應(yīng)的wn(n G {1，…，吣）中，得到最 終分配后的權(quán)重wn(ne {1，…，N})后，根據(jù)AP總個(gè)數(shù)按照權(quán)重獲得最優(yōu)AP布置方式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，其特征在
其中，M為實(shí)驗(yàn)環(huán)境中總的參考點(diǎn)個(gè)數(shù)；i、j分別為第i、j個(gè)參考點(diǎn)Ti(Ii)、Pj(n)為參 考點(diǎn)i，j從第n個(gè)AP備選位置處獲得的信號(hào)強(qiáng)度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于快速注水算法的室內(nèi)WLAN接入點(diǎn)布置方法，其特征
【文檔編號(hào)】H04W16/18GK104363604SQ201410609138
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】周牧, 蒲巧林, 田增山, 蔣青, 周非, 范馨月, 史瑞康, 李雙雙 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)