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室內(nèi)定位系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文
基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)目的，一方面是為了降低位置指紋數(shù)據(jù)庫規(guī)模，另一方面為了減少服務(wù)器與客戶端的數(shù)據(jù)傳輸量，同時(shí)減少相關(guān)的計(jì)算量。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)定位系統(tǒng)，筆者提出了AP預(yù)處理算法、聚類算法以及精定位AP選擇算法。該文主要是分析如何設(shè)計(jì)基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型，以及如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用目的。
關(guān)鍵詞:WLAN，室內(nèi)，定位系統(tǒng)，模型設(shè)計(jì)
1、前言
由于無線局域網(wǎng)的迅速發(fā)展，基于WLAN的室內(nèi)定位技術(shù)也越來越受到相關(guān)研究人員的關(guān)注。WLAN主要是通過檢測(cè)無線接入點(diǎn)發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度判斷用戶的位置，而根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度來進(jìn)行定位的系統(tǒng)主要分為兩種，其中一種基于傳播模型的室內(nèi)定位系統(tǒng)，另外一種是基于位置指紋算法的室內(nèi)定位系統(tǒng)，在這兩種室內(nèi)定位系統(tǒng)中，前一種的限制條件比較多，后一種的優(yōu)勢(shì)比較突出。但是基于位置指紋算法的室內(nèi)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要解決數(shù)據(jù)庫構(gòu)造、離線采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理、定位AP的選擇以及終端設(shè)備位置的估計(jì)，因此本文主要是針對(duì)這個(gè)問題，分析如何設(shè)計(jì)基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型，并加以實(shí)現(xiàn)。
2、關(guān)于基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)分析
2.1定位系統(tǒng)模型整體設(shè)計(jì)
以往定位系統(tǒng)的能耗比較大，而能耗主要發(fā)生在兩個(gè)點(diǎn)，其中一個(gè)點(diǎn)是服務(wù)器與客戶端的數(shù)據(jù)交互，另外一個(gè)點(diǎn)是在位置估計(jì)中的計(jì)算。為了使定位系統(tǒng)能耗降低，就必須縮減數(shù)據(jù)庫規(guī)模，減少服務(wù)器與客戶端的信息傳輸量，同時(shí)還要在位置估計(jì)的計(jì)算過程中選用比較簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型主要包括兩個(gè)階段，一個(gè)是離線階段，包括指紋采集、AP選擇、數(shù)據(jù)庫預(yù)處理以及聚類等四部分;另一個(gè)是在線階段，包括測(cè)量值預(yù)處理、大概定位、AP選擇以及精確定位等四部分。
2.2定位系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)特征
首先關(guān)于虛擬AP預(yù)處理算法，這個(gè)虛擬AP有一定的優(yōu)勢(shì)，但也有不足的地方，它的優(yōu)勢(shì)在于可以虛擬出多個(gè)BSSID的AP，但是在定位方面提供的數(shù)據(jù)不夠簡(jiǎn)潔。針對(duì)這個(gè)問題，筆者提出了VAP預(yù)處理方法，優(yōu)化以往的虛擬AP預(yù)處理算法;其次關(guān)于非斷續(xù)RSSI的仿射傳播聚類算法，在以往的定位算法中，只能在面積比較小的室內(nèi)進(jìn)行定位，然后把定位的地方分為多個(gè)AP才能測(cè)量到。對(duì)于面積比較大的地方，根本就不能使AP全部覆蓋，針對(duì)這個(gè)問題，筆者采用非斷續(xù)RSSI的仿射傳播聚類算法來代替;再次關(guān)于均值平滑濾波，在實(shí)施定位的過程中，容易外在環(huán)境的影響，從而使RSSI出現(xiàn)較大的波動(dòng)，為了解決這個(gè)問題，筆者選擇使用均值平滑濾波器;最后關(guān)于AP的選擇，通常情況下，在離線和在線的階段可以檢測(cè)到接入點(diǎn)的改變情況，需把在線AP選擇分成兩步，比較麻煩，因此筆者采用基于RSSI空間區(qū)分度的AP選擇來解決這個(gè)問題。
3、關(guān)于基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)分析
3.1離線階段
首先，關(guān)于指紋的采集，筆者把定位區(qū)內(nèi)AP的安裝位置和配置信息假設(shè)為未知，但是兩者都可以通過某種方式把網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳播出去，同時(shí)離線的階段配有無線適配器的移動(dòng)終端，然后在每個(gè)位置可知的參考點(diǎn)，掃描AP的BSSID和BSSID，并獲取BSSID和BSSID;其次，關(guān)于離線AP選擇，一般情況下，終端設(shè)備每次進(jìn)行掃描的時(shí)候，都能夠測(cè)量到幾十個(gè)AP，但是不同的AP對(duì)定位產(chǎn)生的結(jié)果不一樣，因此最好不要保留全部的AP。在離線階段，AP選擇的目的有兩個(gè)，一個(gè)是縮減數(shù)據(jù)庫的規(guī)模，另一個(gè)是減少服務(wù)器和客戶端的信息傳輸量。為了達(dá)到這兩個(gè)目的，應(yīng)選擇保留信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)比較大的AP，因此信號(hào)強(qiáng)度比較大的AP在離線階段不容易發(fā)生斷續(xù)以及空間區(qū)分度大的情況;再次，關(guān)于數(shù)據(jù)庫預(yù)處理。在實(shí)際定位中，由于外在環(huán)境因素的影響，RSSI波動(dòng)比較大，為了解決這個(gè)問題筆者采用均值平滑濾波器進(jìn)行定位。一般情況下，接受信號(hào)強(qiáng)度非常弱的時(shí)候，一些AP的測(cè)量值不夠平穩(wěn)，容易出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，而平滑濾波器可以補(bǔ)充這些丟失的測(cè)量值;最后，關(guān)于仿射傳播聚類。如果RSSI比較小的情況下，就會(huì)容易出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，而基于非斷續(xù)RSSI的仿射傳播聚類可以避免這個(gè)問題的發(fā)生，在對(duì)這種仿射傳播進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，選擇的每個(gè)AP一定要保證RSSI測(cè)量值足夠大，把其他的忽略掉。
3.2在線階段
首先，關(guān)于類匹配的大概定位。在實(shí)際定位過程中，需要終端設(shè)備先從下載聚類中心的測(cè)量值集合，然后進(jìn)一步計(jì)算在線階段的測(cè)量值，同時(shí)還要計(jì)算各個(gè)聚類中心的相似度，從而確定它屬于那種聚類。如果用戶沒有處在聚類的中心時(shí)，并且只選擇相似度最高的其中一個(gè)聚類，通常都會(huì)導(dǎo)致類匹配不成功。所以進(jìn)行大概定位的時(shí)候，需要保留相似度比較高的幾個(gè)聚類，而不是只是一個(gè)聚類。同時(shí)在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行精確的定位[2];其次，關(guān)于在線AP選擇。在定位面積比較大的時(shí)候，各個(gè)參考點(diǎn)并不能檢測(cè)到所有的L個(gè)AP，這樣的話就容易導(dǎo)致在線和離線RSSI向量間的距離太大，在進(jìn)行精確定位時(shí)容易出現(xiàn)較大的誤差，因此當(dāng)參考點(diǎn)數(shù)量達(dá)到一定的比例時(shí)，可以把對(duì)應(yīng)的AP去掉;最后，關(guān)于精定位的計(jì)算方法。在進(jìn)行精定位的時(shí)候，如果計(jì)算方法過于復(fù)雜的話，將會(huì)耗費(fèi)更多的時(shí)間，為了實(shí)現(xiàn)降低耗能的目的，可以采取加權(quán)K近鄰算法，這個(gè)計(jì)算方法相對(duì)來說比較簡(jiǎn)潔。
4、結(jié)束語
在基于能效的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)中，主要涉及到兩個(gè)部分，其中一個(gè)是離線階段，另一個(gè)是在線階段，離線階段由四部分組成，分別是指紋采集、AP選擇、數(shù)據(jù)庫預(yù)處理以及聚類，在線階段同樣也是由四部分組成，包括指紋采集、AP選擇、數(shù)據(jù)庫預(yù)處理以及聚類。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)室內(nèi)定位系統(tǒng)模型的應(yīng)用目的，本文對(duì)離線階段和在線階段的各個(gè)組成部分有可能出現(xiàn)的問題，提出了相應(yīng)的對(duì)策。隨著無線局域網(wǎng)的迅速發(fā)展，相信基于能效的WLAN室內(nèi)定位技術(shù)將是未來室內(nèi)定位系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。
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