基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)能耗誤差均衡實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及室內(nèi)定位系統(tǒng)的誤差能耗均衡領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 的室內(nèi)定位系統(tǒng)誤差能耗均衡實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智慧城市概念的提出和迅速普及，基于位置的 服務(wù)化ocationBasedService,LB巧受到越來越多的關(guān)注，在醫(yī)療保健、緊急救助、個性化 信息傳遞等科技生活領(lǐng)域顯示出巨大的活力。W智能終端為平臺，基于WLAN的室內(nèi)定位因 其能夠W純軟件的方式實(shí)現(xiàn)、定位系統(tǒng)成本低等特點(diǎn)，成為近年來普適計算和位置感知領(lǐng) 域的一個研究熱點(diǎn)。WLAN熱點(diǎn)服務(wù)的高覆蓋率使得保證精確室內(nèi)外無縫定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 成為可能，運(yùn)一點(diǎn)正好契合智慧城市無線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的需求，同時大型的超市、賣場中WLAN 熱點(diǎn)的覆蓋率也正在逐步上升。從目前針對室內(nèi)定位的技術(shù)研究方向來說，主要集中于定 位精度的提升，但是，由于基于WLAN的室內(nèi)定位系統(tǒng)需要消耗非常大的能耗，嚴(yán)重制約了 用戶的體驗(yàn)感。因此，對于基于WLAN的室內(nèi)定位系統(tǒng)而言，能耗與定位精度之間的均衡性 是基于網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位技術(shù)走進(jìn)應(yīng)用所必須面臨和解決的問題。
[0003] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，A.Neish油oori等人于2013年在Proceedings ofthe16thACMInternationalConferenceonModeling,AnalysisandSimulationof WirelessandMobileSystem發(fā)表了題為"EnergySavingStrategiesinWi-FiIndoor Localization"的文章，在文章中提出了融合Wi-Fi與Blooth兩種類型的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行室 內(nèi)定位，但是文中所提出的系統(tǒng)架構(gòu)并不能有效地保證高精度的定位效果，只能降低智能 設(shè)備的能耗。因此，解決基于WLAN與WPAN融合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位精度與 能耗之間的均衡仍然是一個急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng) 能耗誤差均衡實(shí)現(xiàn)方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)能耗誤差均衡實(shí)現(xiàn)方法，包括如 下步驟：
[0006] 步驟A:服務(wù)器基于WLAN的指紋匹配算法獲得室內(nèi)每個智能設(shè)備的位置信息，并 根據(jù)室內(nèi)智能設(shè)備的位置信息對所述智能設(shè)備進(jìn)行聚類處理，并在聚類處理后得到的每個 類中選取智能設(shè)備充當(dāng)簇頭，實(shí)現(xiàn)扮演簇頭角色的智能設(shè)備和扮演非簇頭角色的智能設(shè)備 間的信息傳輸；
[0007] 步驟B:通過計算每個類中的每個智能設(shè)備的剩余能量，根據(jù)剩余能量的大小對 每個類中的智能設(shè)備進(jìn)行排序，獲得每個類中智能設(shè)備的有序列表.
[000引步驟C:重復(fù)執(zhí)行步驟i使得每個類中所有智能設(shè)備充當(dāng)簇頭的激勵值得到更新； 其中步驟i如下：
[0009] 步驟i:在有序列表中選取每個類中排位最高的兩個智能設(shè)備后根據(jù)智能設(shè)備之 間的布局關(guān)系選取第=個智能設(shè)備，將排位最高的兩個智能設(shè)備和第=個智能設(shè)備充當(dāng)簇 頭，更新簇頭的激勵值，當(dāng)所述激勵值達(dá)到設(shè)定值時，將每個類中已經(jīng)選取的智能設(shè)備追加 至簇頭集合后從有序列表中刪除；
[0010] 步驟D:服務(wù)器把多簇頭集合分配給相應(yīng)的智能設(shè)備，并通過指紋匹配算法為所 有充當(dāng)簇頭的智能設(shè)備進(jìn)行位置信息解算，并根據(jù)=邊定位解算算法為所有充當(dāng)非簇頭的 智能設(shè)備進(jìn)行位置信息解算。
[0011] 優(yōu)選地，計算每對簇頭之間的匹配距離，所述的步驟A包括如下步驟：
[0012] 步驟Al:室內(nèi)所有的智能設(shè)備實(shí)時采集WLAN的AP的接收信號強(qiáng)度信息，并將所 述信號強(qiáng)度信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過指紋匹配算法確定每個智能設(shè)備的位置信息；
[0013] 步驟A2 :服務(wù)器迭代計算第i個智能設(shè)備T1和第j個智能設(shè)備T,之間的歐氏 距離di,，并在各次迭代中將歐氏距離最小的兩個智能設(shè)備聚合在一個類中，得到了多個類 的集合C，即CkGC，k= 1，2，...，N/2,其中，N表示智能設(shè)備的個數(shù)，Ck表示第k組歐氏距 離最小的兩個智能設(shè)備所聚合的類，第i個智能設(shè)備和第j個智能設(shè)備的選擇是任意的；
[0014]步驟A3:迭代計算集合C中的第i個類C郝第j個類C,之間的類距離P (C1，C,)， i，j= 1，2,. ..，N/2且i聲j，并在各次迭代中將類距離最小的兩個類進(jìn)行合并，直到最終 合并出的類的個數(shù)滿足設(shè)定的要求，其中：
[0015] P (Cl, C j) = a pp (Cp, C j) + a qp (Cq, C j) + 0 pP (Cp, C j);
[0016]其中，Cp表示集合，且屬于集合Ci的子集，Cq表示集合，且屬于Ci的子集，P(cp,Cj) 表示集合Cp與C,之間的距離，P(Cq，C,)表示集合Cq與C,之間的距離，集合C1由集合CP和 集合Cq合并而成，且距離系數(shù)a P、a。、Pp的計算公式如下：
[00化]式中叫，Hiq與m,分別表示第P、q、j個類中的智能設(shè)備的數(shù)目，P、q、j為正整數(shù)； 陽019] 步驟A4 :服務(wù)器計算每個類中智能設(shè)備的剩余能量，選擇每個類中剩余能量最高 的=個智能設(shè)備充當(dāng)該類的簇頭，其中計算智能設(shè)備的在初始階段所耗能量的計算公式如 下：
[00巧式中：E(Tl,CH)setup表示充當(dāng)簇頭的智能設(shè)備T迫初始階段的能耗，下標(biāo)Se化P表示初始階段，瑪2^表示智能設(shè)備T1掃描WLAN的AP時的能耗，scan表示掃描WLAN的AP 的情況，瑞篇表示智能設(shè)備T1通過WLAN進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時的能耗，下標(biāo)comm表示通信的 情況，而、(1a，d)表示智能設(shè)備TI接收確認(rèn)信息數(shù)據(jù)帖的能耗，下標(biāo)Rx表示接收數(shù)據(jù)的情 況，Eh(Iud)表示智能設(shè)備Tl發(fā)送聚類信息數(shù)據(jù)帖的能耗，下標(biāo)Tx表示發(fā)送數(shù)據(jù)的情況， E(Tl,non-CH)Wtup表示充當(dāng)非簇頭的智能設(shè)備T1在初始階段的能耗，Ed)表示智能 設(shè)備Tl發(fā)送確認(rèn)信息數(shù)據(jù)帖的能耗，EKy(Iud)表示智能設(shè)備Tl接收聚類信息數(shù)據(jù)帖的 能耗，4 =心&琴，Atg。。。表示智能設(shè)備捜索AP的時間，PW。。表示智能設(shè)備在捜索AP時 的發(fā)送功率，Atuy表示智能設(shè)備通過WLAN接收信息的時間，PKy表示智能設(shè)備通過WLAN接 收信息時的功率；Ia表示確認(rèn)信息數(shù)據(jù)帖的長度；1。表示聚類信息數(shù)據(jù)帖的長度；e。1。。表 示發(fā)送每比特信息的能量損耗；eh表示信號增益造成的能量損耗；emp表示在多徑信道下 信號增益造成的能量損耗；d表示智能設(shè)備T1與簇頭之間的距離；
[0023] 步驟A5:服務(wù)器完成聚類后，選擇每個類中剩余能量最高的S個智能設(shè)備充當(dāng)簇 頭，并將每個類中的簇頭接收到的信息通過WLAN發(fā)送給剩余能量最高的智能設(shè)備，該智能 設(shè)備將該信息通過WPAN發(fā)送給類中的其他智能設(shè)備。
[0024] 優(yōu)選地，所述的步驟B包括如下步驟：
[00巧]步驟Bl:在開始進(jìn)入新一輪之前，服務(wù)器計算每個智能設(shè)備在上一輪中的能量消 耗，所述計算公式如下：
[00測式中：1康示定位信息數(shù)據(jù)帖的長度，下標(biāo)1用來指示定位信息數(shù)據(jù)帖；
[0029]步驟B2 :服務(wù)器計算每個智能設(shè)備在開始后第r+1輪時的剩余能量，計算公式如 下：
陽0川式中：E(Ti,r+1)表示智能設(shè)備T迫第r+1輪消耗的能量，E(Ti)D表示智能 設(shè)備Ti進(jìn)入初始階段前的能量；E(T1)Wtup表示智能設(shè)備T1在初始階段所消耗的能量； E(Xi，r)表示智能設(shè)備Tl在進(jìn)入第r輪時的剩余能量；E(ti，r)。表示智能設(shè)備T1在第 r輪消耗的能量；
[0032] 步驟B3 :對每個類根據(jù)每個智能設(shè)備的剩余能量進(jìn)行降序排序，得到有序列表， 記為Li,i= 1，2, ...，M，Li表示第i個類的有序列表，其中M表示類的個數(shù)。
[0033] 優(yōu)選地，所述步驟C包括如下步驟：
[0034] 將每個有序列表Li,i= 1，2, ...，M中的每個智能設(shè)備的激勵值CO設(shè)置為0,對于 有序列表Li,i= 1，2, ...，M中的智能設(shè)備執(zhí)行步驟i，CO的值在每次執(zhí)行步驟i后增加1， 則對于有序列表Li,i= 1，2, ...，M中的剩余智能設(shè)備執(zhí)行一次步驟i;
[0035] 步驟il:計算步驟B中所得的有序列表Li,i= 1，2, . . .，M中任意兩個智能設(shè)備 11和1,之間的歐氏距離(11,;
[0036] 步驟i2 :從有序列表Li選擇剩余能量最高的兩個智能設(shè)備T。和Tb，并根據(jù)智能 設(shè)備之間的布局關(guān)系，確定第=個智能設(shè)備T。，其中，第=個智能設(shè)備需要滿足如下公式：
[00創(chuàng)式中：cU、d。。、屯。分別表示智能設(shè)備T。與Tb之間、T。與T義間、Tb與T義 間的歐式距離，A、B、