一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法技术

本发明专利技术属于工业场景下的室内无线定位领域，提出了一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法。该方法首先通过搭建室内无线仿真环境并部署待定位AP节点和测量点以采集接收RSS信号强度；然后通过部署两个辅助的AP节点和测量点对对数距离路径损耗模型参数进行估计，将估计后的对数距离路径损耗模型参数用于信号与节点间距的转换；然后进入AP定位，待定位AP节点较小边界范围锁定阶段和AP节点位置预测阶段。本发明专利技术提升了数据质量和室内AP定位准确率；当实验环境在面积较大的工厂车间环境时，该发明专利技术通过初步锁定定位区域将极大提升数据质量，减轻后期数据采集成本，提高定位精度。位精度。位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法


[0001]本专利技术涉及工业场景下的室内无线定位领域，具体涉及一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法。

技术介绍

[0002]随着工业4.0时代的到来，制造业逐渐向智能化和数字化转型，这也意味着在工业无线网络的蓬勃发展期即将到来。在工业场景下，工厂将会引入大量的智能化设备，由于工厂本身的一些特殊性，会导致场地较为空旷但是十分危险、设备众多造成室内聚集着大量无线接入点等问题的出现，工业对于室内基于位置的服务(Location
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based Services,LBS)的需求则会日益提高。LBS的关键是实现准确的定位，在日常生活或是生产工作中，这种服务能够为人们提供极大的便利。2020年初暴发的新型冠状病毒肺炎迅速传播蔓延至全球，面向本次重大公共卫生事件，智能工业场景下对于位置服务技术的应用值得进一步的探索。当工业无线网络覆盖范围越来越广，在面积较大的工厂车间内极易混入一些未知的接入点，这些访问接入点(Access Point,AP)可以依托多种载体潜入在工厂车间中，若不能及时对其进行定位追踪，将会给企业带来不可估量的损失。
[0003]在后新冠时代，工业互联网表现出了鲜明的优势，无人化作业模式需求不断提升。但是伴随着工业无线网络及无人化设备的大量使用，常会有一些隐藏的AP混入其中，难以及时发现，造成数据泄露丢失，从而给企业带来巨大的经济损失。当智能技术在工业领域中应用越来越普遍时，无线设备的需求必将急剧提升，无线访问接入点的数量也将随之增加，AP的位置信息难以管理。因此，能够对各个AP的位置信息实现定位将会从物理手段上保护大量无线设备的传输安全，也能够及时发现未知AP，保障工厂车间的有序运转。
[0004]但是，现有的AP节点检测技术尚存以下问题：
[0005](1)数据噪声处理问题。由于RSS信号本身具有的一些特性，如：测量点离AP越近时信息误差越小、多径衰落和阴影衰落等。这些因素的影响将会造成采集到的数据信息中往往存在一些不在合理范围内的数值。
[0006](2)信道模型参数优化问题。在不同的环境中，对数距离路径损耗模型的参数是不同的，依据已有的研究对不同的场景进行了大致的分类，每个类别的场景中对应一定范围的参数阈值。但是在实际应用过程中，人为设定的参数会导致一定的误差。
[0007](3)改进AP室内定位模型建立问题。已有的AP室内定位算法主要包含最小二乘方法、加权最小二乘方法、粒子群优化算法、区域划分迭代算法等。这些方法均具有一定的局限性，仅能从比较单一的维度提高定位准确率。
[0008](4)定位结果评估问题。关于AP室内定位问题最重要的便是准确率的提升，因此通过改进定位算法多次对准确率进行评估。然而在真实环境部署过程中，还需要考虑部署成本等问题。

技术实现思路

[0009]在上述研究目标的推动下，本专利技术提出了一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法。针对现有工业场景下的室内AP定位存在的系列问题，提出了一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法。
[0010]本专利技术的技术方案：一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，首先通过搭建室内无线仿真环境并部署待定位AP节点和测量点以采集接收RSS信号强度；然后通过部署两个辅助的AP节点和测量点对对数距离路径损耗模型参数进行估计，将估计后的对数距离路径损耗模型参数用于信号与节点间距的转换；然后进入AP定位，AP定位分为两阶段；第一阶段，待定位区域内设置的锁定测量点在场景中随机移动，根据几何关系寻找待定位AP节点所在的较小边界范围以减少第二阶段正式定位过程中的定位测量点的部署面积；第二阶段，根据第一阶段得到的边界范围进行定位测量点部署，通过最小二乘方法完成AP定位。
[0011]所述对数距离路径损耗模型参数的估计具体步骤如下：
[0012]1.1)在搭建的室内无线仿真场景中部署两个辅助的AP节点，然后通过部署多个测量点采集辅助的AP节点的RSS信号，每个辅助的AP节点对应一组RSS信号值，AP
i
(RSS
i1
,RSS
i2
,
…
,RSS
ij
)表示第i个辅助AP节点所获取的来自j个测量点的RSS信号；
[0013]1.2)对采集到的RSS信号通过高斯滤波器进行预处理，剔除小概率的数据；
[0014]1.3)通过对数距离路径损耗模型将RSS信号转换为AP节点与测量点之间的距离；通过对预处理后的数据进行回归化处理，实现对数距离路径损耗模型的参数P和γ的估计。
[0015]所述预处理的具体公式如式(1)所示；
[0016][0017]其中，RSS
i
为不同锁定测量点采集到的某个辅助AP节点的RSS信息，μ为每一个AP节点被采集到的RSS的均值，σ为这一组RSS的标准差；n为采集到的每一个AP节点的RSS的总数。
[0018]所述对数距离路径损耗模型如式(2)所示：
[0019][0020]其中，P是参考距离d0处的路径损耗，γ是路径损耗指数，d是距离发射信号节点的距离，d0是距离发射信号节点的单位距离，X
g
是均值为0、标准差为σ的随机变量。
[0021]所述AP定位分为两个阶段：待定位AP节点较小边界范围锁定阶段和AP节点位置预测阶段。
[0022]所述待定位AP节点较小边界范围锁定阶段包括步骤如下：
[0023]根据AP节点与锁定测量点之间存在的几何关系，对该区域内待定位AP节点的边界
范围进行精确锁定；锁定测量点经过多次随机移动，最终移动至两个待定位AP节点的中心，此时以此中心位置为圆心，以两个待定位节点之间的距离为直径画圆，确定待定位AP节点的初步范围；
[0024]由于RSS信号具备距离AP节点越近信号越强的特点，通过锁定测量点在移动过程中接收到的信号强度对距离进行判断；当锁定测量点距离两个待定位AP节点中心越近时，该锁定测量点与两端待定位AP节点间的信号强度之和应最小并尽可能接近，该部分公式如式(3)所示；
[0025][0026]其中，是锁定测量点到两个AP节点中其中一个的距离，是测量点到两个AP节点中另一个的距离；θ为测量点到两个AP节点之间距离差值绝对值的阈值，为锁定测量点到某个AP节点之间的距离；
[0027]锁定测量点在室内房间中随机移动不断迭代多次，最终选择距离接近且距离之和最小的点作为每两个待定位AP节点所在区域的圆心；
[0028]当所有圆心确定后，以不同圆心、每两个AP节点之间的距离的一半为半径作圆，最后将这些圆的最外边界以最小矩形区域进行锁定。
[0029]所述AP节点位置预测阶段具体如下；
[0030]确立待定位AP节点所在的较小边界范围后，在该范围内将定位测量点按照网格方式进行部署；在每个定位测量点采集不同AP节点的信号强度，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，其特征在于，该面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，首先通过搭建室内无线仿真环境并部署待定位AP节点和测量点以采集接收RSS信号强度；然后通过部署两个辅助的AP节点和测量点对对数距离路径损耗模型参数进行估计，将估计后的对数距离路径损耗模型参数用于信号与节点间距的转换；然后进入AP定位，AP定位分为两阶段，待定位AP节点较小边界范围锁定阶段和AP节点位置预测阶段。2.根据权利要求1所述的面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，其特征在于，所述对数距离路径损耗模型参数的估计具体步骤如下：1.1)在搭建的室内无线仿真场景中部署两个辅助的AP节点，然后通过部署多个测量点采集辅助的AP节点的RSS信号，每个辅助的AP节点对应一组RSS信号值，AP
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(RSS
i1
,RSS
i2
,
…
,RSS
ij
)表示第i个辅助AP节点所获取的来自j个测量点的RSS信号；1.2)对采集到的RSS信号通过高斯滤波器进行预处理，剔除小概率的数据；1.3)通过对数距离路径损耗模型将RSS信号转换为AP节点与测量点之间的距离；通过对预处理后的数据进行回归化处理，实现对数距离路径损耗模型的参数P和γ的估计。3.根据权利要求2所述的面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，其特征在于，所述预处理的具体公式如式(1)所示；其中，RSS
i
为不同锁定测量点采集到的某个辅助AP节点的RSS信息，μ为每一个AP节点被采集到的RSS的均值，σ为这一组RSS的标准差；n为采集到的每一个AP节点的RSS的总数。4.根据权利要求2或3所述的面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，其特征在于，所述对数距离路径损耗模型如式(2)所示：其中，P是参考距离d0处的路径损耗，γ是路径损耗指数，d是距离发射信号节点的距离，d0是距离发射信号节点的单位距离，X
g
是均值为0、标准差为σ的随机变量。5.根据权利要求1或2所述的面向工业企业无线网安全与威胁的室内AP定位方法，其特征在于，所述AP定位的两个阶段，第一阶段，待定位区域内设置的锁定测量点在场景中随机移动，根据几何关系寻找待定位AP节点所在的较小边界范围以减少第二阶段正式定位过程中的定位测量点的部署面积；第二阶段，根据第一阶段得到的边界范围进行定位测量点部署，通过最小二乘方法完成AP定位。6.根据权利要求5所述的面向工...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚羽，金玉多，周小明，杨巍，刘莹，胡博，李钊，许超，李广翱，李广野，滕子贻，张文杰，杨壮观，胡畔，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司国网辽宁省电力有限公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：