基于wifi網(wǎng)絡(luò)的rssi信號強度的二次定位方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法及裝置，所述方法或裝置包括初次定位和二次求精兩個階段，其中，求精的具體方法包括利用WIFI網(wǎng)絡(luò)中全部AP節(jié)點的信息，然后剔除誤差較大的AP節(jié)點，每次迭代重新選取誤差比較小的AP節(jié)點，保證有效AP節(jié)點的數(shù)量為總數(shù)的90%~95%，通過不斷迭代修正初始的定位結(jié)果以得到更精確的定位結(jié)果；本發(fā)明在二次求精的時候利用了WIFI網(wǎng)絡(luò)中大部分AP節(jié)點的信息，并且剔除了誤差較大的AP節(jié)點，且在新初始坐標重新選取上，采用泰勒公式在初始坐標處進行展開，從而使得到的新初始坐標更接近實際位置；另外，每次迭代重新選取誤差比較小的大部分AP節(jié)點，通過迭代不斷修正初始的定位結(jié)果以得到更精確的定位結(jié)果。
【專利說明】基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線定位領(lǐng)域，特別涉及一種處于WIFI網(wǎng)絡(luò)下的室內(nèi)定位方法及裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)統(tǒng)計，在人們所使用的信息中有80%以上與"位置"有關(guān)。隨著移動互聯(lián)的發(fā) 展，位置服務(wù)（Location Based Severs, LBS)市場將得到飛速的發(fā)展。隨著LBS的蓬勃發(fā) 展與大型建筑的日益增多，人們對室內(nèi)外無縫位置服務(wù)的需求不斷增加，對于室內(nèi)定位的 要求越來越高，提高室內(nèi)定位的精度非常關(guān)鍵。
[0003] WIFI是一種短距無線傳輸技術(shù)，能夠在百米級范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電值 i，但是現(xiàn)有的WIFI定位仍然不夠精確。在無限傳感傳感器網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的定位方法通常包 括距離（或角度）測量，坐標計算以及可選的循環(huán)求精3個階段。其中，所述距離測量方法 主要有基于到達時間差（Τ0Α)、基于到達時間差（TD0A)、基于接收信號強度（RSSI)指示等； 所述坐標計算方法主要有三邊測量法和極大似然法估計法。通過上述的這兩種關(guān)于距離測 量和坐標計算的方法所得到的節(jié)點定位結(jié)果精度一般在3?5米，如果想要得到更精確的 定位效果，那么往往將采用循環(huán)求精的方法來提供定位的精確度。
[0004] 現(xiàn)有的循環(huán)求精的思路無非從兩個方面入手考慮，即第一，利用相關(guān)定位算法得 到未知節(jié)點的初始定位結(jié)果，將其相鄰的節(jié)點作為參考點，重新計算未知節(jié)點的位置并將 符合限制條件的結(jié)果作為未知節(jié)點新的位置估計，進入下一次循環(huán)過程，直到滿足循環(huán)停 止的條件，；第二，部分未知節(jié)點確定自身位置后，將其升級為信標節(jié)點，進入下一次循環(huán)， 直到所有滿足定位條件的位置節(jié)點確定位置后定位結(jié)束。其中，在第一種循環(huán)求精思路中， 對于初始坐標相鄰節(jié)點的選取和未知節(jié)點的重新計算是決定求精結(jié)果的關(guān)鍵。
[0005] 總之，在現(xiàn)有的WIFI網(wǎng)絡(luò)定位中，如果采用距離測量或坐標計算的直接計算方 法，其得到的定位結(jié)果往往不夠精確，無法滿足室內(nèi)精確定位的要求，這就需要采用循環(huán)求 精來提供定位的精確度。而如何采用循環(huán)求精的方法來進一步提高定位結(jié)果的精確度是本 領(lǐng)域技術(shù)人員一直所關(guān)注和不斷研究的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的 RSSI信號強度的二次定位方法及裝置，用于解決在現(xiàn)有的WIFI網(wǎng)絡(luò)定位算法中，直接計算 方法所得到的定位結(jié)果不夠精確的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法，包括：
[0009] 獲取待定位節(jié)點的初始坐標；
[0010] 選取多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的有效AP節(jié)點，并計算出所述多個有效AP節(jié)點到所 述初始坐標位置的信號強度距離；
[0011] 計算所述多個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離；
[0012] 計算每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總 和；
[0013] 重新獲取所述初始坐標附近的一坐標，并將所述坐標作為所述待定位節(jié)點的新初 始坐標；
[0014] 計算所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的信號強度距離；
[0015] 計算所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離；
[0016] 計算每個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的 總和；
[0017] 判斷所述每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差 的總和與所述每個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的 總和之差是否小于預(yù)設(shè)的門限值：若是，將所述新初始坐標作為所述待定位節(jié)點的定位坐 標；若否，將所述新初始坐標作為所述待定位節(jié)點的初始坐標，并利用所述二次定位方法進 行重新定位。
[0018] 優(yōu)選地，在上述基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法中，所述獲取待 定位節(jié)點的初始坐標的具體步驟包括：獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個已知AP節(jié)點的平均路 徑損耗指數(shù)；選取多個所述已知AP節(jié)點作為參考節(jié)點；建立所述待定位節(jié)點到所述參考節(jié) 點的距離方程組；利用極大似然算法求解所述距離方程組以得到所述待定位節(jié)點的初始坐 標。
[0019] 優(yōu)選地，在上述基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法中，所述多個有效 AP節(jié)點包括距離所述待定位節(jié)點較近的且占所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中AP節(jié)點總數(shù)的90%? 95%的已知AP節(jié)點。
[0020] 優(yōu)選地，在上述基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法中，重新獲取所述 待定位節(jié)點新初始坐標的步驟具體包括：設(shè)定一坐標；建立所述多個有效節(jié)點到所述坐標 的幾何距離方程組；將所述幾何距離方程組在所述待定位節(jié)點的初始坐標處做泰勒公式展 開；采用矩陣的最小二乘法求解所述泰勒公式以得到所述待定位節(jié)點的新初始坐標。
[0021] 另外，本發(fā)明還提供了一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置，所述 裝置包括：初始坐標獲取模塊，用于獲取待定位節(jié)點的初始坐標；第一誤差計算模塊，用于 選取多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的有效AP節(jié)點，并計算出所述多個有效AP節(jié)點到所述初始坐 標位置的信號強度距離和計算所述多個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離；再 計算每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和；第二 誤差計算模塊，用于重新獲取所述初始坐標附近的一坐標，并將所述坐標作為所述待定位 節(jié)點的新初始坐標，計算所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的信號強度距離和 所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離；再計算每個有效AP節(jié)點到所述 新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和；待定位節(jié)點判定模塊，判斷所述 每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和與所述每個 有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和之差是否小于 預(yù)設(shè)的門限值：若是，將所述新初始坐標作為所述待定位節(jié)點的定位坐標；若否，將所述新 初始坐標作為所述待定位節(jié)點的初始坐標，并利用所述二次定位方法進行重新定位。
[0022] 優(yōu)選地，在上述基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置中，所述初始坐標 獲取模塊具體包括：路徑損耗計算模塊，用于獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個已知AP節(jié)點的平 均路徑損耗指數(shù)；初始坐標計算模塊，用于選取多個所述已知AP節(jié)點作為參考節(jié)點并建立 所述待定位節(jié)點到所述參考節(jié)點的距離方程組；利用極大似然算法求解所述距離方程組以 得到所述待定位節(jié)點的初始坐標。
[0023] 優(yōu)選地，在上述基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置中，還包括新初始 坐標獲取模塊，用于建立所述多個有效節(jié)點到一設(shè)定的坐標的幾何距離方程組，并將所述 幾何距離方程組在所述待定位節(jié)點的初始坐標處做泰勒公式展開，進而采用矩陣的最小二 乘法求解所述泰勒公式以得到所述待定位節(jié)點的新初始坐標。
[0024] 優(yōu)選地，在上述基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置中，在所述第一誤 差計算模塊中，所述多個有效AP節(jié)點包括距離所述待定位節(jié)點較近的且占所述無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中AP節(jié)點總數(shù)的90%?95%的已知AP節(jié)點。
[0025] 如上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明在二次求精的時候利用了 WIFI網(wǎng)絡(luò) 中大部分AP節(jié)點的信息，并且剔除了誤差較大的AP節(jié)點，且在新初始坐標重新選取上，采 用泰勒公式在初始坐標處進行展開，從而使得到的新初始坐標更接近實際位置；另外，每次 迭代重新選取誤差比較小的大部分AP節(jié)點，通過迭代不斷修正初始的定位結(jié)果以得到更 精確的定位結(jié)果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1顯示為本發(fā)明基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法的流程示意 圖。
[0027] 圖2顯示為本發(fā)明基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置的原理示意 圖。
[0028] 附圖標號說明
[0029] S10?S90 方法步驟

【具體實施方式】
[0030] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施 例中的特征可以相互組合。
[0031] 針對無線信號的信號強度會隨著距離的增加而衰減，信號的衰減程度受環(huán)境的影 響比較嚴重。根據(jù)RSSI值計算距離、再根據(jù)相互距離計算位置的算法定位精度一般在3? 5米左右，例如加權(quán)質(zhì)心算法。而這樣的定位精度對于精確定位來說，誤差還是過大，這樣就 需要在初始定位結(jié)果的基礎(chǔ)上進行修正，使其達到更高的定位精度。
[0032] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二 次定位方法，請參考圖1，所述方法包括以下步驟：
[0033] 步驟S10,獲取網(wǎng)絡(luò)中各個AP節(jié)點到待定位點的路徑損耗值。
[0034] 具體地，對于任何一個已知AP節(jié)點要計算出和其他已知AP節(jié)點有通信路徑的所 有路徑損耗值，然后再求得這些路徑損耗值的平均值，并以此平均值作為這個已知AP節(jié)點 周圍平均路徑損耗指數(shù)
[0035] 進一步地，在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個已知位置的AP節(jié)點周期性的向四周發(fā) 射信號，所述信號中包含所述AP節(jié)點的節(jié)點名和位置坐標。當(dāng)其他已知位置的AP節(jié)點接收 到所述信號后，記錄下接收信號強度值的大小及所述信號源節(jié)點的節(jié)點名和位置坐標。進 而，根據(jù)接收到的所述信息計算出所述已知位置的AP節(jié)點到其他某一已知位置的AP節(jié)點 這一路徑的路徑損耗指數(shù)。
[0036] 另外，在計算路徑損耗值之前，也要對接收到的信號強度值進行均值濾波處理，然 后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)和對數(shù)距離路徑損耗模型計算出該條路徑損耗值。對于任何一個已知AP 節(jié)點都要計算出和其他已知AP節(jié)點有通信路徑的所有路徑損耗值，然后再求得這些路徑 損耗值的平均值，并以此平均值作為所述任何一個已知AP節(jié)點周圍的平均路徑損耗指數(shù) :Σ^。那么，當(dāng)待定位節(jié)點接收到來自此所述已知AP節(jié)點信號時，就利用所述平均路徑損耗 η 指數(shù)來對待定位節(jié)點與此節(jié)點間的距離進行估算。
[0037] 步驟S20,根據(jù)距離約束條件，建立方程組，采用極大似然法計算待定位點的初始 坐標。
[0038] 具體地，當(dāng)待定位節(jié)點接收到來自此某一已知ΑΡ節(jié)點信號時，就利用所述平均路 徑損耗指數(shù)Σ ^來對待定位節(jié)點與此節(jié)點間的距離估算。
[0039] 進一步地，所述距離估算方法為：首先，當(dāng)待定位節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，會收到來自所 述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個節(jié)點的信號強度值，以及對應(yīng)節(jié)點周圍環(huán)境的平均路徑損耗指數(shù)，并取Ν次 信號強度值，然后進行均值濾波處理，并對所得到的信號強度值進行排序；接著，從所述 信號強度值序列中選取信號強度值大且穩(wěn)定的多個（至少4個）已知節(jié)點作為初次定位 的已知ΑΡ節(jié)點；接著，建立所述已知ΑΡ節(jié)點到待定位點的距離方程組；最后，利用矩陣 的極大似然法計算該待定位點的初始坐標。例如，假設(shè)所述多個已知ΑΡ節(jié)點的坐標為： (a 1； hv Ci), (a2, b2, c2), ......(an, bn, cn)，所述待定位節(jié)點坐標為（xQ, yQ, zQ)，然后利用公式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法，其特征在于，所述二次定位方 法包括： 獲取待定位節(jié)點的初始坐標； 選取多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的有效AP節(jié)點，并計算出所述多個有效AP節(jié)點到所述初 始坐標位置的信號強度距離； 計算所述多個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離； 計算每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和； 重新獲取所述初始坐標附近的一坐標，并將所述坐標作為所述待定位節(jié)點的新初始坐 標； 計算所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的信號強度距離； 計算所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離； 計算每個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總 和； 判斷所述每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總 和與所述每個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和 之差是否小于預(yù)設(shè)的門限值： 若是，將所述新初始坐標作為所述待定位節(jié)點的定位坐標； 若否，將所述新初始坐標作為所述待定位節(jié)點的初始坐標，并利用所述二次定位方法 進行重新定位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法，其特征在 于，所述獲取待定位節(jié)點的初始坐標的具體步驟包括： 獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個已知AP節(jié)點的平均路徑損耗指數(shù)； 選取多個所述已知AP節(jié)點作為參考節(jié)點； 建立所述待定位節(jié)點到所述參考節(jié)點的距離方程組； 利用極大似然算法求解所述距離方程組以得到所述待定位節(jié)點的初始坐標。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法，其特征在 于，所述多個有效AP節(jié)點包括距離所述待定位節(jié)點較近的且占所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中AP 節(jié)點總數(shù)的90%?95%的已知AP節(jié)點。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位方法，其特征在 于， 重新獲取所述待定位節(jié)點新初始坐標的步驟包括： 設(shè)定一坐標； 建立所述多個有效節(jié)點到所述坐標的幾何距離方程組； 將所述幾何距離方程組在所述待定位節(jié)點的初始坐標處做泰勒公式展開； 采用矩陣的最小二乘法求解所述泰勒公式以得到所述待定位節(jié)點的新初始坐標。
5. -種基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置，其特征在于，所述二次定位裝 置包括： 初始坐標獲取模塊，用于獲取待定位節(jié)點的初始坐標； 第一誤差計算模塊，用于選取多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的有效AP節(jié)點，并計算出所述多 個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的信號強度距離和計算所述多個有效AP節(jié)點到所述初 始坐標位置的幾何距離；再計算每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與信號 強度距離之差的總和； 第二誤差計算模塊，用于重新獲取所述初始坐標附近的一坐標，并將所述坐標作為所 述待定位節(jié)點的新初始坐標，計算所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的信號強 度距離和所述多個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離；再計算每個有效AP節(jié) 點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信號強度距離之差的總和； 待定位節(jié)點判定模塊，判斷所述每個有效AP節(jié)點到所述初始坐標位置的幾何距離與 信號強度距離之差的總和與所述每個有效AP節(jié)點到所述新初始坐標位置的幾何距離與信 號強度距離之差的總和之差是否小于預(yù)設(shè)的門限值：若是，將所述新初始坐標作為所述待 定位節(jié)點的定位坐標；若否，將所述新初始坐標作為所述待定位節(jié)點的初始坐標，并利用所 述二次定位方法進行重新定位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置，其特征在 于，所述初始坐標獲取模塊具體包括： 路徑損耗計算模塊，用于獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個已知AP節(jié)點的平均路徑損耗指 數(shù)； 初始坐標計算模塊，用于選取多個所述已知AP節(jié)點作為參考節(jié)點并建立所述待定位 節(jié)點到所述參考節(jié)點的距離方程組；利用極大似然算法求解所述距離方程組以得到所述待 定位節(jié)點的初始坐標。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置，其特征在 于，還包括新初始坐標獲取模塊，用于建立所述多個有效節(jié)點到一設(shè)定的坐標的幾何距離 方程組，并將所述幾何距離方程組在所述待定位節(jié)點的初始坐標處做泰勒公式展開，進而 采用矩陣的最小二乘法求解所述泰勒公式以得到所述待定位節(jié)點的新初始坐標。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于WIFI網(wǎng)絡(luò)的RSSI信號強度的二次定位裝置，其特征在 于，在所述第一誤差計算模塊中，所述多個有效AP節(jié)點包括距離所述待定位節(jié)點較近的且 占所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中AP節(jié)點總數(shù)的90%?95%的已知AP節(jié)點。
【文檔編號】H04W4/04GK104125538SQ201410401900
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】劉曙光, 陳玲玲, 何沛樺, 曹磊, 賀良云 申請人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院