[發明專利]基于費歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法

在審

• 申請號: 201410609167.8
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104661232A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 周牧;邱楓;田增山;蔣青;周非;范馨月;張巧;向銘
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于無線電通信技術，具體涉及一種基于費歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法。

背景技術

隨著可移動設備越來越廣泛的應用以及無線網絡的普及，用戶對信息的即時性和就地性的需求越來越強烈，因此基于位置的服務也備受關注。目前較為流行的無線定位系統有全球定位系統GPS(Global?Positioning?System)、蜂窩定位系統、藍牙定位系統、射頻識別RFID(Radio?Frequency?Identification)定位系統、ZigBee定位系統以及Wi-Fi定位系統。其中GPS系統目前應用最為廣泛，室外定位精度較高，但是單衛星信號在障礙物較多的環境下，如高樓林立的城市街道或室內，信號會急劇減弱，導致系統難以工作；蜂窩無線定位系統的定位精度較低，室外定位誤差通常大于50米，對于定位精度要求較高的室內場景無法適用；藍牙、RFID和ZigBee技術一般比較適用于近距離定位的環境。因此，上述定位技術不具有普適性，而需要尋找一種新的定位技術來代替或彌補各自的不足。同時，無線局域網的不斷普及給了Wi-Fi定位技術很大的發展機會。

在Wi-Fi定位系統中，位置指紋定位算法的精度較高且不需要添加額外的設備，從而得到了較為廣泛的應用。基于位置指紋定位算法主要分為兩個階段：離線階段和在線階段。離線階段，在目標區域內選擇合適的參考點，并在參考點處測量來自每個AP的信號強度值，建立指紋數據庫。在線階段，利用定位算法對接收端實時測量得到的信號值與指紋數據庫中已保存的信號數據進行匹配，估計終端位置。

由于室內環境復雜多變，因此位置指紋定位算法的性能受多方面因素的影響。通過分析對比影響位置指紋定位算法性能的因素，AP擺放位置對于定位誤差有較大影響。在現有算法中，為了優化AP擺放位置，其主要關注的有信號覆蓋范圍，服務質量，網絡吞吐量，信號傳輸速率以及覆蓋范圍內的信號差異性等因素。然而，現有算法沒有能夠很好地描述AP擺放位置與位置指紋定位算法精度的數學依賴關系。因此，有必要開發一種基于費歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于費歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法，能對AP位置進行優化，以提高位置指紋定位算法的精度。

本發明所述的基于費歇爾信息矩陣指紋定位精度基本限的AP布置方法，包括以下步驟：

步驟一、利用費歇爾信息矩陣的特性，計算基于費歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限V(θ)，并將其作為基于模擬退火算法AP布置優化的目標函數f(w)；

步驟二、選定AP所有可能擺放位置，并將每個AP位置定義為模擬退火算法的一個可能目標解w；

步驟三、設置初始溫度T₀，降溫速度a以及終止溫度T_s；

步驟四、隨機生成AP擺放位置初始解w，并計算當前AP擺放位置下的精度基本限f(w)，當前溫度T＝T₀；

步驟五、擾動產生AP擺放位置新解w'，并計算當前AP擺放位置下的精度基本限f(w')；

步驟六、計算Δf，Δf＝f(w')-f(w)；

步驟七、判斷Δf是否大于0；若是，則進入步驟八；若否，則進入步驟九；

步驟八、生成一個0到1的隨機數，然后判斷是否大于這個隨機數；若是，則進入步驟九；若否，則進入步驟十；

步驟九、接受AP擺放位置的新解，即w＝w'，f(w)＝f(w')；

步驟十、判斷是否達到迭代次數N；若是，則進入步驟十一；若否，則迭代次數加1，進入步驟五；

步驟十一、判斷當前溫度T是否大于終止溫度；若是，則進入步驟十二；若否，則進入步驟十三；

步驟十二、緩慢降低溫度，即T＝T×a，令迭代次數為N，進入步驟五；

步驟十三、運算結束，返回最優的AP布置坐標；

所述步驟一中基于費歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限V(θ)為利用費歇爾信息矩陣計算得到位置指紋定位的精度下限，即平方位置誤差界；θ表示用戶位置θ＝(x,y)；w表示AP布置位置。

所述步驟一中，基于費歇爾信息矩陣位置指紋精度基本限V(θ)為：