專利名稱：定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種定位系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種在傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位wifi設(shè)備的定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
當今社會，定位問題受到了廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)在，通過GPS獲得位置信息變得簡單快捷，但GPS只能用在空曠的室外環(huán)境，而且GPS設(shè)備比較耗能，這對像智能手機、PDAs等手持設(shè)備來說是非常嚴重的問題?，F(xiàn)在越來越多的設(shè)備裝備了無線網(wǎng)卡，包括筆記本電腦，平板電腦，智能手機等等。對WIFI設(shè)備進行定位已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界一個非常熱門的話題。然而，室內(nèi)環(huán)境很復(fù)雜，與WIFI設(shè)備相關(guān)的室內(nèi)定位仍然不是一件簡單的事情。大部分基于WIFI設(shè)備的定位都需要預(yù)先對WIFI環(huán)境進行勘測調(diào)查，這造成了很大的時間開銷。室內(nèi)環(huán)境，WIFI信號很不穩(wěn)定，這幾乎是不能解決的問題，雖然有一些方法來降低預(yù)先勘測的開銷，但效果都不是很好。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明之一目的在于一種定位系統(tǒng)及方法，其通過對不同傳感器節(jié)點收到的WIFI信號強度的不同，估計出WIFI設(shè)備與傳感器節(jié)點之間的距離，實現(xiàn)了在傳感器網(wǎng)絡(luò)中對WIFI設(shè)備的定位。為達上述及其它目的，本發(fā)明提供了一種定位系統(tǒng)，至少包括:多個傳感器節(jié)點，配置傳感器節(jié)點使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣，該些傳感器節(jié)點采集WIFI設(shè)備的RSSI信號，于采集的RSSI填滿節(jié)點緩存器時，統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回，并將節(jié)點的標記傳送給匯聚節(jié)點；多個WIFI設(shè)備，配置WIFI設(shè)備，使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包；匯聚節(jié)點，配置于能夠接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令的位置，該匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心，并廣播一個修正反饋包，以修正節(jié)點的標記抽取過程；以及控制中心，根據(jù)接收到的信息采用最大似然估計方法計算出WIFI設(shè)備的位置。進一步地，每個傳感器節(jié)點至少包括:RSSI采樣模組，用于采集WIFI設(shè)備發(fā)送的RSSI信號，并將其存于節(jié)點的緩存器中；標記抽取模組，以于傳感器節(jié)點所采集的RSSI填滿節(jié)點的緩存器時，統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，并將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回；以及傳送模組，用于將節(jié)點的標記傳送給該匯聚節(jié)點。
進一步地，該些傳感器節(jié)點在環(huán)境中等間距放置，構(gòu)成網(wǎng)格形狀的傳感器網(wǎng)絡(luò)。進一步地，該些WIFI設(shè)備隨機放入傳感器網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)格中。進一步地，該控制中心將WIFI設(shè)備可能在的位置導(dǎo)入WIFI信號隨距離衰減的理論模型，得到該位置理論上對應(yīng)的WIFI信號強度，然后計算這個理論值與在該位置實際得到的標記之間的誤差，誤差最小的位置即為WIFI設(shè)備最可能的位置。為達到上述及其他目的，本發(fā)明還提供一種定位方法，包括如下步驟:步驟一，配置多個傳感器節(jié)點，使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣，配置匯聚節(jié)點，使其能夠接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令，配置WIFI設(shè)備，使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包；步驟二，當傳感器節(jié)點所采集的RSSI填滿節(jié)點的緩存器時，傳感器節(jié)點統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，并將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回；步驟三，傳感器節(jié)點將節(jié)點的標記送給匯聚節(jié)點，該匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心，并廣播一個修正反饋包，修正節(jié)點的標記抽取過程，重復(fù)步驟二，直到所有節(jié)點的標記達到穩(wěn)定的范圍；以及步驟四，控制中心對接收的信息采用最大似然估計方法計算出WIFI設(shè)備的位置。進一步地，于步驟四中，該控制中心將WIFI設(shè)備可能在的位置導(dǎo)入WIFI信號隨距離衰減的理論模型，得到該位置理論上對應(yīng)的WIFI信號強度，然后計算這個理論值與在該位置實際得到的標記之間的誤差，誤差最小的位置即為WIFI設(shè)備最可能的位置。進一步地，步驟二還包括如下步驟:(I)將返回的結(jié)果集RESULT置為空集，給定范圍內(nèi)收到信號強度指示個數(shù)的最大值MAXPERIOD置為0，返回結(jié)果的標記INDEX置為0，統(tǒng)計個數(shù)的信號強度區(qū)間長度PEAK_RANGE置為特定正數(shù)；(2)如果收到的信號強度指示集合X中的某個值R，既不是背景噪聲，也不在頂點集合Peak List中，那么統(tǒng)計在范圍(R，R+PEAK_RANGE)內(nèi)收到的信號強度指示的個數(shù)，并賦給SUM，如果SUM > MAXPERIOD,則將SUM的值賦給MAXPERIOD，R的值賦給INDEX ；(3)重復(fù)步驟(2)，直到?jīng)]有滿足條件的R為止；(4)將(R，R+REAK_RANGE)中的值加入頂點集合 Peak List 中，INDEX 放入 RUSULT中，返回RUSULT。進一步地，該些傳感器節(jié)點在環(huán)境中等間距放置，構(gòu)成網(wǎng)格形狀的傳感器網(wǎng)絡(luò)。進一步地，該些WIFI設(shè)備隨機放入傳感器網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)格中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種定位系統(tǒng)及方法通過對不同傳感器節(jié)點收到的WIFI信號強度的不同，估計出WIFI設(shè)備與傳感器節(jié)點之間的距離，實現(xiàn)了在傳感器網(wǎng)絡(luò)中對WIFI設(shè)備的定位，本發(fā)明易于布置，除去環(huán)境中的傳感器節(jié)點，只需要一個匯聚節(jié)點和一控制中心，就可在較短時間內(nèi)以較高的準確性完成對WIFI設(shè)備的定位。


圖1為本發(fā)明一種定位系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明較佳實施例中配置傳感器節(jié)點及WIFI設(shè)備的示意圖3為本發(fā)明一種定位方法的步驟流程圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例并結(jié)合

本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。圖1為本發(fā)明一種定位系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明一種定位系統(tǒng)，用于在傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位WIFI設(shè)備，至少包括:多個傳感器節(jié)點10、匯聚節(jié)點11、控制中心12及多個WIFI設(shè)備13。其中，傳感器節(jié)點10的配置以使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣為宜，如在環(huán)境中等間距的放置傳感器節(jié)點，構(gòu)成網(wǎng)格形狀的傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點10至少包括RSSI采樣模組101、標記抽取模組102以及傳送模組103，RSSI采樣模組101用于采集WIFI設(shè)備發(fā)送的RSSI (接收信號強度指示)信號，并將其存于節(jié)點的緩存器中，標記抽取模組102以于傳感器節(jié)點所采集的接收信號強度指示(RSSI)填滿節(jié)點的緩存器時，對RSSI執(zhí)行標記抽取算法，即統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，并將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回，期間到達的數(shù)據(jù)包存放在另一個緩存器中，傳送模組103用于將節(jié)點的標記傳送給匯聚節(jié)點11。WIFI設(shè)備13的配置，應(yīng)使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包，在本發(fā)明較佳實施例中，將WIFI設(shè)備隨機的放入傳感器網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)格中，圖2為本發(fā)明較佳實施例中配置傳感器節(jié)點及WIFI設(shè)備的示意圖。匯聚節(jié)點11配置于能夠接收傳感器節(jié)點10的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令的位置，匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心12，并廣播一個修正反饋包，修正節(jié)點的標記抽取過程。控制中心12采用最大似然估計的方法計算出WIFI設(shè)備最可能在的位置。具體方法是，將WIFI設(shè)備可能在的位置導(dǎo)入WIFI信號隨距離衰減的理論模型，得到該位置理論上對應(yīng)的WIFI信號強度，然后計算這個理論值與在該位置實際得到的標記之間的誤差，誤差最小的位置即為WIFI設(shè)備最可能的位置。圖3為本發(fā)明一種定位方法的步驟流程圖，如圖3所示，本發(fā)明一種定位方法，用于在傳感器網(wǎng)絡(luò)中定位WIFI設(shè)備，包括如下步驟:步驟301，配置多個傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點、控制中心及多個WIFI設(shè)備，配置傳感器節(jié)點，使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣。在環(huán)境中等間距的放置傳感器節(jié)點，構(gòu)成網(wǎng)格形狀的傳感器網(wǎng)絡(luò)。配置匯聚節(jié)點，使其能夠接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令。配置WIFI設(shè)備，使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包。將WIFI設(shè)備隨機的放入傳感器網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)格中。步驟302，當傳感器節(jié)點所采集的接收信號強度指示(RSSI)填滿節(jié)點的緩存器時，節(jié)點對RSSI執(zhí)行標記抽取算法，即統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，并將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回。期間到達的數(shù)據(jù)包存放在另一個緩存器中。
步驟303，傳感器節(jié)點將節(jié)點的標記送給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心，并廣播一個修正反饋包，修正節(jié)點的標記抽取過程。重復(fù)步驟302，直到所有節(jié)點的標記達到穩(wěn)定的范圍。步驟304，控制中心使用最大似然估計的方法計算出WIFI設(shè)備最可能在的位置。具體方法是，將WIFI設(shè)備可能在的位置導(dǎo)入WIFI信號隨距離衰減的理論模型，得到該位置理論上對應(yīng)的WIFI信號強度，然后計算這個理論值與在該位置實際得到的標記之間的誤差，誤差最小的位置即為WIFI設(shè)備最可能的位置。較佳的，在步驟302中，標記抽取算法如下:(I)將返回的結(jié)果集RESULT置為空集，給定范圍內(nèi)收到信號強度指示個數(shù)的最大值MAXPERIOD置為0，返回結(jié)果的標記INDEX置為0，統(tǒng)計個數(shù)的信號強度區(qū)間長度PEAK_RANGE置為特定正數(shù)。(2)如果收到的信號強度指示集合X中的某個值R，既不是背景噪聲，也不在頂點集合Peak List中，那么統(tǒng)計在范圍(R，R+PEAK_RANGE)內(nèi)收到的信號強度指示的個數(shù)，并賦給SUM，如果SUM > MAXPERIOD,則將SUM的值賦給MAXPERIOD，R的值賦給INDEX。(3)重復(fù)步驟(2)，直到?jīng)]有滿足條件的R為止。(4)將(R，R+REAK_RANGE)中的值加入 Peak List 中，INDEX 放入 RUSULT 中。返回RUSULT?？梢姡景l(fā)明一種定位系統(tǒng)及方法通過對不同傳感器節(jié)點收到的WIFI信號強度的不同，估計出WIFI設(shè)備與傳感器節(jié)點之間的距離，實現(xiàn)了在傳感器網(wǎng)絡(luò)中對WIFI設(shè)備的定位，本發(fā)明易于布置，除去環(huán)境中的傳感器節(jié)點，只需要一個匯聚節(jié)點和一控制中心，就可在較短時間內(nèi)以較高的準確性完成對WIFI設(shè)備的定位。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種定位系統(tǒng)，至少包括: 多個傳感器節(jié)點，配置傳感器節(jié)點使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣，該些傳感器節(jié)點采集WIFI設(shè)備的RSSI信號，于采集的RSSI填滿節(jié)點緩存器時，統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回，并將節(jié)點的標記傳送給匯聚節(jié)點； 多個WIFI設(shè)備，配置WIFI設(shè)備，使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包； 匯聚節(jié)點，配置于能夠接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令的位置，該匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心，并廣播一個修正反饋包，以修正節(jié)點的標記抽取過程；以及 控制中心，根據(jù)接收到的信息采用最大似然估計方法計算出WIFI設(shè)備的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種定位系統(tǒng)，其特征在于，每個傳感器節(jié)點至少包括: RSSI采樣模組，用于采集WIFI設(shè)備發(fā)送的RSSI信號，并將其存于節(jié)點的緩存器中； 標記抽取模組，以于傳感器節(jié)點所采集的RSSI填滿節(jié)點的緩存器時，統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，并將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回；以及 傳送模組，用于將節(jié)點的標記傳送給該匯聚節(jié)點。
3.如權(quán)利要求2所述的一種定位系統(tǒng)，其特征在于:該些傳感器節(jié)點在環(huán)境中等間距放置，構(gòu)成網(wǎng)格形狀的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種定位系統(tǒng)，其特征在于:該些WIFI設(shè)備隨機放入傳感器網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)格中。
5.如權(quán)利要求1所述的一種定位系統(tǒng)，其特征在于:該控制中心將WIFI設(shè)備可能在的位置導(dǎo)入WIFI信號隨距離衰減的理論模型，得到該位置理論上對應(yīng)的WIFI信號強度，然后計算這個理論值與在該位置實際得到的標記之間的誤差，誤差最小的位置即為WIFI設(shè)備最可能的位置。
6.一種定位方法，包括如下步驟: 步驟一，配置多個傳感器節(jié)點，使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣，配置匯聚節(jié)點，使其能夠接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令，配置WIFI設(shè)備，使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包； 步驟二，當傳感器節(jié)點所采集的RSSI填滿節(jié)點的緩存器時，傳感器節(jié)點統(tǒng)計特定信號強度范圍內(nèi)數(shù)據(jù)包的個數(shù)，并將數(shù)據(jù)包個數(shù)最多的信號強度范圍的開始位置作為標記返回； 步驟三，傳感器節(jié)點將節(jié)點的標記送給匯聚節(jié)點，該匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心，并廣播一個修正反饋包，修正節(jié)點的標記抽取過程，重復(fù)步驟二，直到所有節(jié)點的標記達到穩(wěn)定的范圍；以及 步驟四，控制中心對接收的信息采用最大似然估計方法計算出WIFI設(shè)備的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的 一種定位方法，其特征在于:于步驟四中，該控制中心將WIFI設(shè)備可能在的位置導(dǎo)入WIFI信號隨距離衰減的理論模型，得到該位置理論上對應(yīng)的WIFI信號強度，然后計算這個理論值與在該位置實際得到的標記之間的誤差，誤差最小的位置即為WIFI設(shè)備最可能的位置。
8.如權(quán)利要求6所述的一種定位方法，其特征在于，步驟二還包括如下步驟: (1)將返回的結(jié)果集RESULT置為空集，給定范圍內(nèi)收到信號強度指示個數(shù)的最大值MAXPERIOD置為O，返回結(jié)果的標記INDEX置為O，統(tǒng)計個數(shù)的信號強度區(qū)間長度PEAK_RANGE置為特定正數(shù)； (2)如果收到的信號強度指示集合X中的某個值R，既不是背景噪聲，也不在頂點集合Peak List中，那么統(tǒng)計在范圍(R，R+PEAK_RANGE)內(nèi)收到的信號強度指示的個數(shù)，并賦給SUM,如果 SUM > MAXPERIOD,則將 SUM 的值賦給 MAXPERIOD，R 的值賦給 INDEX ； (3)重復(fù)步驟(2)，直到?jīng)]有滿足條件的R為止；(4)將(R，R+REAK_RANGE)中的值加入頂點集合PeakList中，INDEX放入RUSULT中，返回 RUSULT。
9.如權(quán)利要求6所述的一種定位方法，其特征在于:該些傳感器節(jié)點在環(huán)境中等間距放置，構(gòu)成網(wǎng)格形狀的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種定位方法，其特征在于:該些WIFI設(shè)備隨機放入傳感器網(wǎng)絡(luò)的某個網(wǎng)格中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定位系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括多個傳感器節(jié)點，配置傳感器節(jié)點使其在與WIFI設(shè)備重疊的信道上以較高的頻率采樣；多個WIFI設(shè)備，配置WIFI設(shè)備，使其在與傳感器節(jié)點重疊的信道上以某種頻率發(fā)送數(shù)據(jù)包；匯聚節(jié)點，配置于能夠接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)并可以給傳感器節(jié)點發(fā)送命令的位置，該匯聚節(jié)點將收到的信息交給控制中心，并廣播一個修正反饋包，以修正節(jié)點的標記抽取過程；以及控制中心，根據(jù)接收到的信息采用最大似然估計方法計算出WIFI設(shè)備的位置，通過本發(fā)明，實現(xiàn)了在傳感器網(wǎng)絡(luò)中對WIFI設(shè)備的定位。
文檔編號H04W64/00GK103079265SQ20121057703
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者林溢彬, 劉魯濱, 朱燕民 申請人:上海交通大學(xué)