专利名称：基于生成树的定位平滑稳定机制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线网络的节点定位方法，具体涉及一种用于无线网络的基于生成树的室内环境下的节点轨迹平滑稳定处理方法。
背景技术：
在无线WIFI网络中，通常包含一定数量的WIFI接入点(Access Point，AP热点)， 由于这些AP热点是不可移动的，因此通常将这些AP热点视为已知自身物理位置信息的锚节点(即，固定节点)。为了实现对人员的定位，要求每个人员携带一个标签，因此这类待定位的标签可称之为移动标签。为了减少系统成本，移动标签只具有周期发送信标探测帧的能力，而不具有接收数据的功能。当AP热点收到移动标签的探测帧时，会计算相应的接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator, RSSI)信息，并将收到的多个RSSI 信息组装成一个数据包通过无线多跳路由或有线网络发送至网络服务器，由网络服务器来计算每个移动物体当前的实时位置。为了计算出移动标签的具体位置，文献[BAHL P，PADMANABHAN V. “ RADAR =An in-building RF-based user location and tracking system", Infocom, 2000]提出了在覆盖区域里面预先选取一些信息采集点，随后收集移动标签在这些采集点时各AP收到的探测帧相对应的RSSI值，并以(X，y，RSSI1,RSSI2,. . ·，RSSIn)方式记录下来，其中x，y是该采样点的横纵坐标位置，RSSIi (1 ^ i ^ η)是移动标签位于该采样点时相对于APi的RSSI 值。如此，RADAR便得到一张定位区域RSSI值分布图。在定位过程中，假如移动标签相对于各AP节点的RSSI值为(RSSI ‘ 1； RSSI ‘ 2，. . .，RSSI ‘ η)，RADAR在后台搜索预先记录的RSSI分布图来选取最符合当前信息的位置作为该移动标签的坐标，即对RSSI分布图中的所有点计算式(1)的值。^(RSSI'-RSSI1)( 1)这些值中最小的那个对应的RSSI分布图中的点的坐标即为最后的定位结果。然而在实际环境中，外部环境对RSSI值的影响较大，即RSSI会随着时间和外部环境的变化(如天气因素，晴天和阴天的差距很大)而发生较大幅度的变化，从而造成RSSI 值极其不稳定，于是经常造成错误的定位结果。由于定位算法的结果具有不确定性，如果仅仅按照RADAR系统的定位方法，在不做任何处理的情况下显示最终的定位结果，会造成移动标签轨迹的不断跳跃现象。此外，一般的平滑机制，要求在连续几次定位在某个位置时， 才确定定位在该位置，而在基于RSSI的实际定位应用环境中，连续几次定位在同一位置的概率较低，从而造成移动节点的不移动性和定位延迟较大等缺点，大大降低了定位系统的性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于生成树的定位平滑稳定机制，它可有效减少RSSI值不稳定对定位结果的影响，提高定位精度，并且可有效保证移动轨迹的正确性以及连贯性。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种基于生成树的定位平滑稳定机制，在定位过程中，系统为每个移动节点均计算定位位置和显示位置，在应用环境中所有可能的定位位置组成连通图，在计算过程中系统根据移动节点的接收信号强度计算移动节点的定位位置，并且以该移动节点上一时刻的显示位置为根采用广度优先搜索方法为连通图构造生成树，进而确定最新K+1个定位位置的最近公共祖先节点，并且将该祖先节点的定位位置置为当前的显示位置，进而实现定位轨迹的平滑显示。对于上述技术方案，我们具有进一步的详细方案，作为优化，通过对最新K+1定位位置进行平滑处理，以该移动节点上一时刻的显示位置为根通过广度优先搜索建立生成树，进而确定K+1个定位位置的最近公共祖先节点，这一公共祖先节点的位置即为当前t时刻的显示位置，具体方法包括以下步骤步骤1 在实际定位环境下，选择一些固定的点(采样点)作为可能的定位结果， 并在这些点之间连线以代表移动节点在这些位置间的移动，从而防止节点穿墙；步骤2 通过任意一个定位算法来确定移动物体的定位位置，假设移动物体在t时刻的定位位置为At，t时刻的显示位置为St，在所有离散的定位位置组成的连通图中，以 St^1为根，采用广度优先搜索方法在连通图上构造一棵局部生成树，该生成树至少包含所有最新K+1个定位位置；步骤3 在生成树上找到这K+1个定位位置的最近公共祖先节点，假设该公共祖先节点为B，最终将定位位置B记为节点t时刻的显示位置，并设置St = B。进一步，上述步骤2中所述的定位算法可以采用任意的离散定位算法，包含其他不基于接收信号强度的离散定位算法。更进一步，所述定位平滑稳定机制是基于定位算法的t，t-l，t_2，……，t-(K-l)， t-K公K+1个时刻的定位位置的共同分析而确定最终的定位结果。进一步，上述步骤2中所述的采用广度优先搜索方法建立局部生成树，所述局部生成树包含最新的K+1个定位位置，且其高度只需要足以包含最新的K+1个定位位置即可 (这样可以减少搜索的节点数目，从而提高平滑机制的高效性)。作为优化，所述Sw到B为Sw到K+1个定位位置的最长公共路径，即该机制将t 时刻的显示位置定位在最远的可靠位置。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是1.本发明所提供的基于生成树的定位平滑稳定机制，它通过比较最近的几次定位结果来确定最终的显示位置，可以有效地降低接收信号强度指示(RSSI)值自身不稳定对定位结果的不利影响，进而有效排除个别定位错误问题，提高了定位精度，极大地减少了定位过程中常见的跳跃现象；2.本发明通过将最终的显示位置定位在最远的可靠位置，保证了对移动节点进行定位的移动轨迹的正确性与连贯性；3.本发明相与其它要求连续几次定位在同一个地方才能确定该位置为最终显示位置的稳定机制相比较，本发明能够有效地利用每一次定位结果的信息，提高了标签移动的灵敏度，并减少了系统的延迟。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1为本发明实施例的结构布置图；图2为本发明实施例的一次定位结果的平滑演示图；图3为本发明实施例的另一次定位结果的平滑演示图。
具体实施例方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例本实施所描述的基于生成树的定位平滑稳定机制，它在定位过程中，系统为每个移动节点均计算定位位置和显示位置，在应用环境中所有可能的定位位置组成连通图，在计算过程中系统根据移动节点的接收信号强度计算移动节点的定位位置，并且以该移动节点上一时刻的显示位置为根采用广度优先搜索方法为连通图构造生成树，进而确定最新的定位位置的最近公共祖先节点，并且将该祖先节点的定位位置置为当前的显示位置，进而实现定位轨迹的平滑显示。如图1所示，我们首先如图1所示的楼宇平层内放置12个AP设备，随后在五楼的楼道内和房间内选择了 13个采样点(图中用圆圈表示)来采集RSSI信号，图中的连线表示定位标签只会在这些连线组成的轨迹上移动。经过一段时间(本实施例为30分钟)的采样准备，我们计算出了在这13个采样点，每一个采样点相对于每一个AP节点的RSSI信号强度的平均值。在实际定位时，所有的移动标签都以一定的周期(实际设为1秒)向外发送信标帧，且由于移动标签都只有发包功能而不具备收报解包功能，因此成本价格非常便宜。当网络中的AP节点收到来自标签的信标帧后，会计算相应的RSSI值，并给此RSSI值加一个AP 本地的时间戳，随后将此RSSI值储存在本地。此外，AP节点也以一定的周期向网络服务器发送数据包，该数据包包含该周期内收到的所有标签的RSSI信息及其对应的时间戳。当网络服务器收到来自AP的数据包后，会解包该信息，且我们认为AP的发包时间和网络服务器的收报时间是相同的，即我们忽略数据包的发送时间。因此，当解码数据包时，我们会把各AP的时间戳修正为网络服务器的本地时间，从而实现各个AP间的相对同
止
少ο当对移动标签进行定位时，在当前t时刻，我们将收到的该移动标签的实时RSSI 值分别(t-Ι时刻和t时刻之间收到的)和15个采样点处的RSSI值进行比对，确定最小的欧式距离的采样点为移动标签的定位位置。随后，平滑机制将对t时刻的定位位置和当前时刻前k次定位结果共k+Ι次定位结果进行轨迹平滑分析处理来确定最终的定位结果。若当前是第一次定位，则直接输出该定位结果为最终的显示结果；否则，若已定位的次数小于k+1 (包括当前这一次)，则维持该移动标签的显示结果不变；若已定位的次数大于k+1 (包括当前这一次)次，则进行平滑处理。实际系统中设置k为4。实际中的一次定位平滑过程如下，当前的移动标签显示位置在采样点2处，t时刻和前面4次的定位位置如下表所示
权利要求
1.一种基于生成树的定位平滑稳定机制，其特征在于，在定位过程中，系统为每个移动节点均计算定位位置和显示位置，应用环境中所有可能的定位位置组成连通图，系统根据移动节点的接收信号强度计算移动节点的定位位置，并且以该移动节点上一时刻的显示位置为根采用广度优先搜索方法为连通图构造生成树，进而确定最新K+1个定位位置的最近公共祖先节点，并且将该祖先节点的定位位置置为当前的显示位置，进而实现定位轨迹的平滑显示。
2.根据权利要求1所述的基于生成树的定位平滑稳定机制，其特征在于，通过对最新 K+1个定位位置进行平滑处理，以移动节点上一时刻的显示为根建立生成树，进而确定K+1 个定位位置的最近公共祖先节点，将该公共祖先节点的位置置为当前t时刻的显示位置， 具体方法包括以下步骤步骤1 在实际定位环境下，选择一些固定的点(采样点)作为可能的定位结果，并在这些点之间连线以代表移动节点在这些位置间的移动，从而防止节点穿墙；步骤2 通过任意一个定位算法来确定移动物体的定位位置，假设移动物体在t时刻的定位位置为At，t时刻的显示位置为St，在所有离散的定位位置组成的连通图中，以Sw为根，采用广度优先搜索方法在连通图上构造一棵局部生成树，该生成树至少包含所有最新 K+1个定位位置；步骤3 在生成树上找到这K+1个定位位置的最近公共祖先节点，假设该最近公共祖先节点为B，最终将定位位置B记为节点t时刻的显示位置，并设置St=B。
3.根据权利要求2所述的基于生成树的定位平滑稳定机制，其特征在于，步骤2中所述的定位算法可以采用任意的离散定位算法，包含其他不基于接收信号强度的离散定位算法。
4.根据权利要求2或3所述的基于生成树的定位平滑稳定机制，其特征在于，所述定位平滑稳定机制是基于定位算法的t，t-1，t-2，……，t-(K-I)，t-K共K+1个时刻的定位位置的共同分析而确定最终的定位结果。
5.根据权利要求2所述的基于生成树的定位平滑稳定机制，其特征在于，步骤2中所述的采用广度优先搜索方法建立局部生成树，所述局部生成树包含最新的K+1个定位位置。
6.根据权利要求2所述的基于生成树的定位平滑稳定机制，其特征在于，所述Sw到B 为St_i到K+1个定位位置的最长公共路径，即该机制将t时刻的显示位置定位在最远的可靠位置。
全文摘要
本发明公开了一种基于生成树的定位平滑稳定机制。在定位过程中，系统为每个移动节点均计算定位位置和显示位置。应用环境中所有可能的定位位置组成连通图，系统根据移动节点的接收信号强度计算移动节点的定位位置，并且以该移动节点上一时刻的显示位置为根采用广度优先搜索方法为连通图构造生成树，进而确定最新K+1个定位位置的最近公共祖先节点，并且将该祖先节点的定位位置置为当前的显示位置，进而实现定位轨迹的平滑显示。本发明通过比较最近几次定位结果来确定最终的显示位置，可以有效地降低接收信号强度值自身不稳定对定位结果的不利影响，提高了定位精度，极大地减少了定位过程中常见的跳跃现象。
文档编号H04W64/00GK102547980SQ20121001783
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者刘刚, 徐宏力, 易飞涛, 汪炀, 黄刘生 申请人:中国科学技术大学苏州研究院