專利名稱：室內(nèi)環(huán)境下wlan區(qū)域內(nèi)兩階段匹配定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域定位的兩階段選舉匹配方法，具體涉及ー種用于室內(nèi)環(huán)境基于WLAN進(jìn)行區(qū)域定位時RSSI值搜集不穩(wěn)定的區(qū)域匹配算法，可作為任意定位平滑穩(wěn)定機(jī)制的基礎(chǔ)。
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術(shù)。當(dāng)GPS接收機(jī)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(dá)到室外一祥直接從衛(wèi)星廣播中提取導(dǎo)航數(shù)據(jù)和時間信息是不可能的。使用WLAN進(jìn)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(chǔ)設(shè)施。無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)包括若干個已知自身物理位置信息的無線接入點(diǎn)(Access Point, AP)和若干個移動節(jié)點(diǎn)，所述移動節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送信號探測包，所述無線接入點(diǎn)根據(jù)接收到的信號探測包計(jì)算RSSI信息或跳數(shù)信息，并將RSSI信息發(fā)送給定位服務(wù)器，所述定位服務(wù)器根據(jù)各無線接入點(diǎn)提供的信息，獲得移動節(jié)點(diǎn)的定位位置。進(jìn)行室內(nèi)定位時，移動節(jié)點(diǎn)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(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。由于無線信號的不穩(wěn)定，且WLAN中難以準(zhǔn)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(xué)術(shù)界和エ業(yè)界大多傾向于使用基于信號特征比對的方法。文獻(xiàn)[Honkavirta V,Perala T, Ali-Loytty S,et al. A comparative survey ofWLAN location fingerprinting methods. Proc Workshop Positioning, Navig. Commun.,WPNC,Hannover,Germany,2009:243-251]總結(jié)了近年來這一類方法的進(jìn)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(biāo)簽放置在采樣點(diǎn)上，采集一段時間的信號，獲得各采樣點(diǎn)的信號特征(如信號接收強(qiáng)度指示RSSI的平均值等)。在線階段，通過比較實(shí)時獲取的信號與各采樣點(diǎn)的信號特征，得出移動節(jié)點(diǎn)位于某個采樣點(diǎn)附近的定位結(jié)果。其中，比對方法分為兩大類，第一類方法獲得移動節(jié)點(diǎn)位于某個采樣點(diǎn)的確定結(jié)果，第二類方法獲得移動節(jié)點(diǎn)位于各個采樣點(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，因此往往需要對幾個定位周期的比對結(jié)果進(jìn)行綜合分析后得出ー個平滑穩(wěn)定的定位結(jié)果。傳統(tǒng)的區(qū)域匹配算法在每個周期收到不同個數(shù)的RSSI值時，總是用相同的機(jī)制產(chǎn)生匹配區(qū)域，而沒有考慮到RSSI值越少，對區(qū)域的區(qū)分度越小的事實(shí)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域內(nèi)的兩階段選舉匹配定位方法，它能有效的結(jié)合定位平滑穩(wěn)定機(jī)制，利用實(shí)際的RSSI測值與區(qū)域間的連通關(guān)系，得到更合理的匹配結(jié)果；使用較小的平滑穩(wěn)定窗口得到穩(wěn)定度較高的定位結(jié)果，從而提高定位靈敏度。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)方案如下一種室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域內(nèi)兩階段匹配定位方法，采用的無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)包括若干個無線接入點(diǎn)(Access Point, AP)和若干個移動節(jié)點(diǎn),所述移動節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送信號探測包，所述無線接入點(diǎn)根據(jù)接收到的信號探測包獲取移動節(jié)點(diǎn)的RSSI信息，并將RSSI信息發(fā)送給定位服務(wù)器，所述定位服務(wù)器根據(jù)各無線接入點(diǎn)提供的信息，獲得移動節(jié)點(diǎn)的定位位置，其特征在于所述方法包括以下步驟(I)在實(shí)際定位環(huán)境下，將定位環(huán)境劃分為若干個區(qū)域，根據(jù)區(qū)域之間的連通關(guān)系建立一個區(qū)域連通圖；區(qū)域作為圖結(jié)構(gòu)中的頂點(diǎn)，若兩個區(qū)域在實(shí)際定位環(huán)境中是相鄰且連通的，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(diǎn)，保持其位置不變，各無線接入點(diǎn)采集一段時間的RSSI測量值，統(tǒng)計(jì)得到各區(qū)域的RSSI特征，如各無線接入點(diǎn)測得移動節(jié)點(diǎn)在該區(qū)域內(nèi)RSSI測值的變化范圍；(3)在每個定位周期中，搜集各無線接入點(diǎn)對移動節(jié)點(diǎn)的RSSI測量值；若某AP的RSSI測值在某區(qū)域的關(guān)于該無線接入點(diǎn)的RSSI變化范圍內(nèi)，則為此區(qū)域投一票；在該周期內(nèi)搜集的RSSI值都投過票后，統(tǒng)計(jì)得票最多的區(qū)域，形成待選區(qū)域集合；(4)視上一周期機(jī)制輸出的結(jié)果為可信區(qū)域，以可信區(qū)域?yàn)楦罁?jù)廣度優(yōu)先方法構(gòu)建生成樹；首先選擇待選區(qū)域中在生成樹上離根節(jié)點(diǎn)區(qū)域最近的區(qū)域，然后再選擇這些區(qū)域的最近公共祖先節(jié)點(diǎn)，作為本次定位的區(qū)域匹配結(jié)果。傳統(tǒng)的區(qū)域匹配方法大多未考慮RSSI值采集的不完整，RSSI值越多，區(qū)分度越好，接收到較少的RSSI值和較多的RSSI值時不應(yīng)該產(chǎn)生同樣區(qū)分度的結(jié)果。本發(fā)明的方法包括以下步驟(I)在實(shí)際定位環(huán)境下，所述系統(tǒng)將定位環(huán)境劃分為有代表性的區(qū)域(如房間、走廊等都可視為一個區(qū)域)，根據(jù)區(qū)域之間的連通關(guān)系建立一個區(qū)域連通圖；區(qū)域作為圖結(jié)構(gòu)中的頂點(diǎn)，若兩個區(qū)域在實(shí)際中是相鄰且連通的，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(diǎn)，保持其位置不變，各AP采集一段時間的RSSI測量值，統(tǒng)計(jì)得到各區(qū)域的RSSI特征，如各AP測得移動節(jié)點(diǎn)在該區(qū)域內(nèi)RSSI測值的變化范圍；(3)在每個定位周期中，搜集各AP對移動節(jié)點(diǎn)的RSSI測量值，若某AP的RSSI測值在某區(qū)域的關(guān)于該AP的RSSI變化范圍內(nèi)，則為此區(qū)域投一票；在該周期內(nèi)搜集的RSSI值都投過票后，統(tǒng)計(jì)得票最多的區(qū)域，稱之為待選區(qū)域集合；(4)視上一周期定位機(jī)制輸出的結(jié)果為可信區(qū)域，以可信區(qū)域?yàn)楦罁?jù)廣度優(yōu)先方法構(gòu)建生成樹。首先選擇待選區(qū)域中那些在生成樹上離根節(jié)點(diǎn)區(qū)域最近的區(qū)域，然后再選擇他們的最近公共祖先節(jié)點(diǎn)，作為本次定位的區(qū)域匹配結(jié)果。
相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明所提供的室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域定位的兩階段選舉匹配方法，它通過定位周期內(nèi)搜集的RSSI值選擇適量的待選區(qū)域集合，合理利用了 RSSI值的區(qū)域區(qū)分度，同時還利用了區(qū)域間的連通關(guān)系在待選區(qū)域集合中選出最合理的ー個區(qū)域。通過兩階段選舉，本發(fā)明同時反映了定位中實(shí)時的RSSI值與實(shí)際環(huán)境連通性這兩個要素，能更好地適應(yīng)各個周期RSSI值數(shù)目變化的情況，結(jié)合定位平滑穩(wěn)定機(jī)制時使用更小的時間窗ロ，從而獲得較好的定位靈敏度。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述圖I為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)布置圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一次定位結(jié)果的平滑演示圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對上述方案做進(jìn)ー步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)ー步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。實(shí)施例如圖I和圖2所示，本實(shí)施例在如圖I所示的樓宇平層內(nèi)放置12個AP設(shè)備，隨后在五樓的樓道內(nèi)和房間內(nèi)劃分了 13個定位區(qū)域并選擇了 13個采樣點(diǎn)(圖中用圓圈表示)來采集RSSI信號，圖中的連線表示定位移動節(jié)點(diǎn)只會在這些連線組成的軌跡上移動。經(jīng)過一段時間(本實(shí)施例為30分鐘)的采樣準(zhǔn)備，計(jì)算出每個采樣點(diǎn)上相對于每個AP節(jié)點(diǎn)的RSSI值變化范圍。本實(shí)施例進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域定位的兩階段選舉匹配方法，采用的WLAN網(wǎng)絡(luò)包括若干AP和若干個移動節(jié)點(diǎn)，所述移動節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的RSSI值，定位服務(wù)器綜合各AP信息，計(jì)算出移動節(jié)點(diǎn)的定位位置。移動節(jié)點(diǎn)位置的計(jì)算采用了一種基于生成樹的平滑穩(wěn)定機(jī)制，即在離線階段劃分地圖區(qū)域，每個區(qū)域使用靜置的移動節(jié)點(diǎn)采集RSSI值，定位服務(wù)器對此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得各區(qū)域的RSSI變化范圍，在線階段時，根據(jù)實(shí)時收集的RSSI值與各區(qū)域RSSI變化范圍的比對，選舉產(chǎn)生待選區(qū)域集合，然后在生成樹上根據(jù)區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇區(qū)域匹配結(jié)果，使用多個周期的區(qū)域匹配結(jié)果平滑得到定位顯示結(jié)果。具體方法包括以下步驟步驟I :在實(shí)際定位環(huán)境下，所述系統(tǒng)將應(yīng)用環(huán)境(或地圖)劃分為有代表性的區(qū)域，根據(jù)區(qū)域之間的連通關(guān)系建立ー個區(qū)域連通圖。其中，區(qū)域作為圖的頂點(diǎn)，若兩個區(qū)域在實(shí)際中是相鄰連通的，則區(qū)域連通圖中兩區(qū)域的對應(yīng)頂點(diǎn)之間有邊相連，如圖I所示。步驟2:在各區(qū)域中心放置移動節(jié)點(diǎn)，保持其位置不變，各AP采集一段時間的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個區(qū)域，布置了 m個ΑΡ，假設(shè)APi測得移動節(jié)點(diǎn)在區(qū)域j內(nèi)的RSSI值變化范圍為[minu，maXiJ]。步驟3 :在某個定位周期內(nèi)，APi測得移動節(jié)點(diǎn)的RSSI值為Xi。若Hiinij ^ Xi ^ maxu，則稱區(qū)域j得到了 APi的一票。定位周期內(nèi)搜集的每個RSSI值對所有可能的區(qū)域做RSSI值范圍檢測(或稱投票)，最終得到ー個票數(shù)最高的區(qū)域集合，稱為待選區(qū)域集合。步驟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，樹構(gòu)造方法如下首先，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；接著，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。如圖2所示，當(dāng)前根節(jié)點(diǎn)為2時的一個生成子樹。在生成樹上按如下規(guī)則從待選區(qū)域集合中選出一個區(qū)域匹配結(jié)果(I)選取離根節(jié)點(diǎn)最近的一個或多個區(qū)域。各區(qū)域到根節(jié)點(diǎn)區(qū)域的距離用跳數(shù)來衡量，即在生成樹上，該區(qū)域到根節(jié)點(diǎn)區(qū)域需要經(jīng)過的連通邊的條數(shù)。(2)如果離根節(jié)點(diǎn)最近的區(qū)域不止一個，則選擇它們的公共祖先，并重復(fù)此過程直至只有一個區(qū)域。在定位跟蹤過程中，所有移動節(jié)點(diǎn)都以一定的周期(實(shí)際設(shè)為I秒)向外發(fā)送信標(biāo)幀，且由于移動節(jié)點(diǎn)都只有發(fā)包功能而不具備收報解包功能，因此成本價格非常便宜。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的AP節(jié)點(diǎn)收到來自移動節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)幀后，計(jì)算相應(yīng)的RSSI值，給該RSSI值加一個AP本地的時間戳，并保存此信息。此外，AP節(jié)點(diǎn)也以一定的周期向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包包含該周期內(nèi)收到的所有移動節(jié)點(diǎn)的RSSI信息及其對應(yīng)的時間戳。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器收到來自AP的數(shù)據(jù)包后，會解包該信息，且認(rèn)為AP的發(fā)包時間和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的收報時間是相同的，即忽略數(shù)據(jù)包的發(fā)送時間。因此，當(dāng)解碼數(shù)據(jù)包時，會把各AP的時間戳修正為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的本地時間，從而實(shí)現(xiàn)各個AP間的相對同步。當(dāng)對移動節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位時，在當(dāng)前t時刻，將收到的該移動節(jié)點(diǎn)的實(shí)時RSSI值分別(t-1時刻和t時刻之間收到的)和13個采樣點(diǎn)處的RSSI值進(jìn)行比對，考察各RSSI值是否在該區(qū)域采樣點(diǎn)的RSSI值變化范圍內(nèi)，若在范圍內(nèi)，則該區(qū)域獲得該RSSI值的I票。實(shí)際中的一次投票過程如下，上一定位周期(t-1時刻)的移動節(jié)點(diǎn)顯示位置在區(qū)域2處，則以區(qū)域2為根節(jié)點(diǎn)建立廣度優(yōu)先搜索樹，其中前3層如圖2所示。當(dāng)前t時刻共搜集了 8個AP的RSSI值，RSSI值投票的結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域內(nèi)兩階段匹配定位方法，采用的無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)包括若干個無線接入點(diǎn)(Access Point, AP)和若干個移動節(jié)點(diǎn)，所述移動節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送信號探測包，所述無線接入點(diǎn)根據(jù)接收到的信號探測包獲取移動節(jié)點(diǎn)的RSSI信息，并將RSSI信息發(fā)送給定位服務(wù)器，所述定位服務(wù)器根據(jù)各無線接入點(diǎn)提供的信息，獲得移動節(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，將定位環(huán)境劃分為若干個區(qū)域，根據(jù)區(qū)域之間的連通關(guān)系建立一個區(qū)域連通圖；區(qū)域作為圖結(jié)構(gòu)中的頂點(diǎn)，若兩個區(qū)域在實(shí)際定位環(huán)境中是相鄰且連通的，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(diǎn)，保持其位置不變，各無線接入點(diǎn)采集一段時間的RSSI測量值，統(tǒng)計(jì)得到各區(qū)域的RSSI特征，如各無線接入點(diǎn)測得移動節(jié)點(diǎn)在該區(qū)域內(nèi)RSSI測值的變化范圍； (3)在每個定位周期中，搜集各無線接入點(diǎn)對移動節(jié)點(diǎn)的RSSI測量值；若某AP的RSSI測值在某區(qū)域的關(guān)于該無線接入點(diǎn)的RSSI變化范圍內(nèi)，則為此區(qū)域投一票；在該周期內(nèi)搜集的RSSI值都投過票后，統(tǒng)計(jì)得票最多的區(qū)域，形成待選區(qū)域集合； (4)視上一周期定位機(jī)制輸出的結(jié)果為可信區(qū)域，以可信區(qū)域?yàn)楦罁?jù)廣度優(yōu)先方法構(gòu)建生成樹；首先選擇待選區(qū)域中在生成樹上離根節(jié)點(diǎn)區(qū)域最近的區(qū)域，然后再選擇這些區(qū)域的最近公共祖先節(jié)點(diǎn)，作為本次定位的區(qū)域匹配結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)環(huán)境下WLAN區(qū)域定位的兩階段選舉匹配方法。在每個定位周期中，系統(tǒng)搜集每個運(yùn)動節(jié)點(diǎn)到各無線接入點(diǎn)的RSSI值，通過選舉產(chǎn)生該周期匹配的區(qū)域，作為初步的定位結(jié)果，然后結(jié)合任意的穩(wěn)定定位機(jī)制可實(shí)現(xiàn)區(qū)域判定。該方法首先利用RSSI值對區(qū)域進(jìn)行選舉，得到待選區(qū)域集合，且信號較少時傾向于選出較多的區(qū)域，反之亦然；然后在定位穩(wěn)定機(jī)制得到的可信區(qū)域基礎(chǔ)上，基于區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇這些待選區(qū)域的最近公共祖先作為本次比對的結(jié)果。本發(fā)明中的兩階段選舉法考慮了信號的篩選作用與區(qū)域間的連通關(guān)系，提高了區(qū)域匹配的準(zhǔn)確度。
文檔編號H04W84/12GK102711245SQ20121021367
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者劉剛, 徐宏力, 易飛滔, 黃劉生 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院