一种基于射频信号强度的AP位置估计方法技术

本发明专利技术提供一种基于射频信号强度的AP位置估计方法，包括下列步骤：1）对待测区域进行区块划分；2）采集各个网格区块的射频信号强度；3）计算出信号强度分布图中每个网格区块的信号强度梯度方向；4）在待测区域内均匀选择k个参考位置点作为聚类中心，根据每个网格的角度误差，对各个网格区块进行聚类，得到k个簇；5）对于每个簇，以簇内每个网格区块和当前参考位置点的角度误差的加权平方和为目标函数，对k个参考位置点的位置进行更新，并以更新后的k个参考位置点作为聚类中心，对各个网格区块重新进行聚类，如此迭代下去，直到满足停止条件；6）从k个参考位置点中选出最优的一个作为最终的AP位置点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，具体地说，本专利技术涉及一种基于射频信号强度的AP位置估计方法。
技术介绍
近年来，随着W1-Fi网络的大规模部署，基于W1-Fi的无线定位技术受到广泛关注。其主要原因是基于W1-Fi射频信号定位不仅传输距离相对较远、无视距要求，而且已广泛部署，无需增加额外硬件，添加定位软件也很容易，与基于红外线、超声波、超宽带等其它需要使用特定设备的无线定位技术相比，成本及推广优势十分明显。目前基于W1-Fi射频信号定位技术已成为城区室内外定位技术的主要方式。在现有各种W1-Fi定位技术中，基于基站定位、质心定位、三角定位等方法均需要使用AP (Access Point)的位置信息。本专利技术中，AP是指无线访问接入点，是无线网络中的无线交换机，也是目前组建小型局域网的最常见设备。由于AP分属于不同的自治主体，加之AP部署位置经常发生改变，因此人们往往需要首先对AP进行定位。目前，一类AP定位方法是使用卫星定位接收机(如GPS)获得的位置信息直接标定AP位置。这类方法主要应用于城区室外环境，使用安装有卫星定位接收机和W1-Fi AP扫描设备(如智能手机或平板电脑等)的机动车在城区道路上采集AP信息，并将扫描到AP的MAC地址与当时GPS获得的定位信息进行关联，即用采集时刻获得的卫星定位结果作为AP位置的近似估计。这类AP位置估计方法实现相对简单，不过精度较低，适合于城区大规模粗粒度定位应用场景。另一类AP定位方法是到达角度(angle of arrival,简称AoA)定位方法。该方法使用天线阵列测量射频信号的入射角度，采用三角/多角定位方法估计AP位置。该方法不仅需要安装额外硬件，难以用于智能手机、平板电脑等便携式终端，而且方案获得的定位精度还有待提闻。还有一类AP定位方法是基于射频信号强度的AP位置估计，即基于移动智能终端测量获得射频信号，然后根据所获得的射频信号对AP的位置进行估计。它可以在不增加其它硬件的前提下由基于移动智能终端实现，是有效获得AP部署位置的一类重要方法。目前，常用的基于射频信号强度的AP位置估计方法包括质心/加权质心定位方法和三边/多边形定位方法。其中质心定位方法使用所有能接收到某一特定AP信号点的坐标均值作为该AP的位置，而加权质心算法则用接收到的射频信号强度值对参与计算的采样点坐标进行加权，其定位精度比质心定位算法有所提高，不过它一般要求AP处于信号采集区域内部，否则AP定位结果会产生较大偏差。三边/多边形定位方法需要获得测量点到AP的距离，一般采用经验射频信号传播衰减模型，或者无线信号在收发端的传播时间来估计AP与测量点之间距离。受室内复杂环境和W1-Fi设备同步精度较差等因素影响，基于信号传播衰减模型测距和基于信号传播时间测距精度并不高，影响了 AP的定位精度。另外，文献:D.Han, D.G.Andersen, M.Kaminsky, K.Papagiannaki, and S.Seshan.Access Point Localization using Local Signal Strength Gradient.1n PAM, 2009.提出了一种全局最优穷举定位的AP位置定位方法,它使用所有AP方向角度信息在整个定位区域内部进行穷举搜索定位。其缺点是定位精度和穷举的区域划分严格相关，即只有在特定的区域划分的前提下，才能得到理想的定位精度，其它情况则会出现定位精度不足的问题。综上所述，目前的AP定位方法还不能很好地满足实际应用的需要，当前迫切需要一种在不增添任何额外硬件的条件下，使用移动智能终端所测的射频信号即可进行高精度地AP定位的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在不增添任何额外硬件的条件下，使用移动智能终端所测的射频信号即可进行高精度地AP定位的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于射频信号强度的AP位置估计方法，其特征在于，包括下列步骤:I)对待测区域进行区块划分，得到多个网格区块；2)对于同一个AP，采集各个网格区块的射频信号强度；3)根据各个网格区块的位置和射频信号强度值得到信号强度分布图，进而计算出信号强度分布图中每个网格区块的信号强度梯度方向；4)在待测区域内均匀选择k个参考位置点作为聚类中心，根据每个网格信号梯度方向与各参考位置点之间的角度误差，对各个网格区块进行聚类，得到k个簇，k为大于等于2的整数；5)对于每个簇，以簇内每个网格区块和当前参考位置点的角度误差的加权平方和为目标函数，其中，信号强度值越高的网格区块所对应的加权系数越大，以使信号强度值高的网格区块对所述目标函数的影响被放大，以最小化所述目标函数为目标，对k个参考位置点的位置进行更新，并以更新后的k个参考位置点作为聚类中心，对各个网格区块重新进行聚类，如此迭代下去，直到满足停止条件；6)从k个参考位置点中选出最优的一个作为最终的AP位置点。其中，所述网格区块为矩形网格区块。其中，所述步骤I)中，按照待测区域的自然属性进行区块划分。其中，所述步骤2)中，在每个网格区块的中心设置采样点，在每个采样点处采集所能搜索到的所有AP的射频信号强度，并将所采集的各AP的射频信号强度与相应的MAC地址绑定；对于不同的MAC地址，分别执行所述步骤3)至5)，以确定每个MAC地址所对应的AP的位置。其中，所述步骤3)中，利用一维中心模板卷积核计算出信号强度分布图中每个网格区块的信号强度梯度方向；或者利用Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子或Canny算法计算出信号强度分布图中每个网格区块的信号强度梯度方向。其中，所述步骤5 )中，采用变尺度法、最速下降法或者牛顿法对所述k个参考位置点的位置进行更新。其中，所述步骤5)中，对于簇内每个网格区块，用该网格区块的射频信号强度的绝对值的倒数对该网格和当前参考位置点的角度误差进行加权，然后求和得到所述目标函数。其中，所述步骤5)中，所述停止条件是:在对k个参考位置点的位置进行更新后，所有参考位置点的改变量小于预定的阈值。其中，所述步骤6)中，将簇内网格区块个数最多的簇的参考位置点作为最终的AP位置点；或者选择与所有网格区块的采样点的距离之和最近的参考位置点作为最终的AP位置点。与现有技术相比，本专利技术具有下列技术效果:1、本专利技术在不增添任何额外硬件的条件下，使用移动智能终端所测的射频信号即可进行高精度地AP定位。2、本专利技术既可以精确地估计处于信号采集区域内部的AP位置，也可以精确地估计处于信号采集区域外部的AP位置。3、本专利技术对室内复杂环境和W1-Fi设备同步精度的影响较不敏感。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中:图1示出了本专利技术一个实施例的流程图2示出了本专利技术中一个待测区域的场景示例；图3示出了本专利技术一个实施例中的待测区域的网格划分；图4示出了本专利技术一个实施例中的射频信号强度灰度图5示出了本专利技术一个实施例中的射频信号强度梯度方向的示意图6示出了本专利技术一个实施例中的AP定位角度误差示意图7示出了 AP定位时可能存在的镜像点的原理图8示出了 AP位于待测区域内时，本专利技术一个实施例的方法的定位结果和全局最优穷举定位法的定位结果；图9示出了 AP位于待测区域外时，本专利技术一个实施例的方法的定位结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于射频信号强度的AP位置估计方法，其特征在于，包括下列步骤：1）对待测区域进行区块划分，得到多个网格区块；2）对于同一个AP，采集各个网格区块的射频信号强度；3）根据各个网格区块的位置和射频信号强度值得到信号强度分布图，进而计算出信号强度分布图中每个网格区块的信号强度梯度方向；4）在待测区域内均匀选择k个参考位置点作为聚类中心，根据每个网格区块信号梯度方向与各参考位置点之间的角度误差，对各个网格区块进行聚类，得到k个簇，k是大于等于2的整数；5）对于每个簇，以簇内每个网格区块和当前参考位置点的角度误差的加权平方和为目标函数，其中，信号强度值越高的网格区块所对应的加权系数越大，利用所述目标函数对k个参考位置点的位置进行更新，并以更新后的k个参考位置点作为聚类中心，对各个网格区块重新进行聚类，如此迭代下去，直到满足停止条件；6）从k个参考位置点中选出最优的一个作为最终的AP位置点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗海勇，耿皓，赵方，朱珍民，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：