一种室内异构网络间协同定位方法、系统及可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种室内异构网络间协同定位方法、系统及可读存储介质，在室内异构网络环境下，该方法通过分析定位区域内网络信号特点，将定位区域划分成网格的形式，对每一个网格内的定位区域单独分配网络权值，组合最佳协同定位方案，基于网络定位权值判断区域的可定性。该方法扩展性良好，可直接运用于任何异构网络定位区域，只需在离线阶段更新协同定位指纹库。仿真结果表明，本发明专利技术在定位精度和定位区域可定位率方面优于单一网络定位算法和等权定位算法。

A cooperative location method, system and readable storage medium between indoor heterogeneous networks

【技术实现步骤摘要】
一种室内异构网络间协同定位方法、系统及可读存储介质
本专利技术属于通信网络定位领域，特别涉及一种室内异构网络间协同定位方法、系统及可读存储介质。
技术介绍
随着信息行业的发展，物联网(InternetofThings，IOT)作为二十一世纪的新兴领域引领着信息产业革命。近年来物联网的研究及其相关技术正处在持续的蓬勃发展中。物联网即物物相连的互联网，邬贺铨院士对物联网发展中的支撑技术进行了归纳总结，从物联网中的设备发现、定位、实际和虚拟实体的映射发现与搜索技术可看出目前对“物”的实际地理位置精度的要求颇高。目前，“物”的位置定位技术仍旧是国内外广泛关注的研究热点之一。物联网定位的无线通信技术中，定位距离从远至近包括以GPS为代表的可覆盖全球的卫星通信技术、移动通信技术和短距离通信技术。卫星通信适用于室外环境，移动通信适用于3G移动应用等，两者在室内定位环境容易干扰受限。短距离通信技术如Wi-Fi、UWB(ultrawideband)、ZigBee、RFID和Bluetooth等定位范围相对较小，适合局部范围的相对定位。目前，在室内环境中，虽然单一通信网络的定位方法都有各自的局限性，不能同时适应各种网络环境下的定位，但在单一网络环境下的定位精度相对较高，较难满足各领域对更高定位误差的要求。而大规模布置的物联网本身具有网络异构性，在异构网络中的协同定位将成为提高“物”的定位性能的选择之一。目前的无线通信技术，从定位范围来看，以GPS为代表的卫星定位系统覆盖最广，其次是基站定位的移动通信，Wi-Fi、UWB、ZigBee和蓝牙等短距离通信定位范围最小。GPS虽然定位精度较低，但相对定位精度最好，适用于车联网定位，Wi-Fi、Bluetooth以及ZigBee等定位精度较高而且组网成本较低，适用于无线网络定位，目前在智能城市和智能应用等领域应用较多。无线通信网络定位一般是协同式的，不依靠单一节点进行定位，体现出一定的协同定位性。为提高单一网络的定位性能，研究人员提出的协同定位算法主要分为循环式、多跳式和缩小定位范围三种方式。早在20世纪末，ChrisSavarese就提出了协同测距算法，将定位精度提高了5％，且在两年后又提出了将定位精度提高33％的二阶定位算法，两者均为循环式的协同定位算法。Savvides提出了N跳多点定位算法，将数据包通过多跳传输，增加了数据可信度，拓宽了定位范围。部分研究人员还通过不同定位算法制定了混合定位方案，缩小定位范围，有效减小定位误差，如AOA/TDOA、TOA/TDOA和TOA/RSS等。迄今为止，单一网络定位技术已相对成熟，但由于单一网络信息的局限性，如何进行异构网络间的协同定位来提高定位性能成为研究热点之一。然而，异构网络间信息交互协议的不同，如何进行协同定位成为难点之一。Zhou等人提出了RFID与WSN技术的混合定位方法，提高了定位精度，但RFID技术用于人员定位时不侧重定位精度。王睿等人提出了基于WI-FI和蓝牙融合的室内定位算法，构建指纹库，对单一网络定位结果直接进行平均值处理，减小了定位误差，增强了算法健壮性，但说服力不强。
技术实现思路
本专利技术提出一种室内异构网络间协同定位方法、系统及可读存储介质，其目的在于克服现有技术中定位结果精度不高的问题。一种室内异构网络间协同定位方法，包括离线阶段和在线阶段；离线阶段：首先，采集网络信号，确定定位区域存在的网络；其次，依据网络通信半径，确定网格边长；然后，依据各网络在每个网格的定位精度，确定各网格中各网络的定位权值；最后，构建一个离线协同定位指纹数据库，包括网络名称数组和定位数据组，其中，所述定位数据组表示为[网格编号，网络数量，网络名称，网络定位权值]；网络在网格的定位精度是指在网格中对某一网络的采样样本的样本方差；在线阶段：(1)预测节点位置，确定网格编号；通过已有单一网络定位方法，对待定位节点进行初步定位，根据初步定位结果，确定待定位节点所在位置的网格编号；(2)通过多网络间的协同定位对待定位节点进行实时定位；通过网格编号，查询离线协同定位指纹库，获取每个网络的定位权值，根据网络名称数组的顺序，通过网络间的协同定位，获取待定位节点的精确定位测量值。各网络在每个网格的定位精度可以使用已有的单一网络定位方法获得；在单一网络定位方面，常用的定位技术包括到达时间(TimeofArrival，TOA)，到达时间差(TimeDifferentonArrival，TDOA)，接收信号强度值(ReceivedSignalStrengthIndication，RSSI)，以及到达时间角(AngleofArrival，AOA)等。进一步地，所述网格边长dgrid的取值关系如下：其中rmin为最小网络通信半径，最小的干扰损耗值Imin，∧为常数，取值为lg(PR/[PtGtGR(hthR)2])，α为干扰损耗因子，Pt表示发送功率，PR表示接收功率，Gt和ht表示发送节点天线增益和天线高度、GR和hR表示接收节点天线增益和天线高度，I表示干扰损耗，d表示传输距离。进一步地，网格内的网络i的定位权值：其中，N为网络数量；Di为网络i在某一网格的定位精度：为网络i在网格中第j个采样样本的测量误差，网格中某点实际坐标为(x0,y0)，网络i在网格中的第j个采样样本的测量值为m为样本数量。进一步地，所述通过网络间的协同定位，获取待定位节点的精确定位测量值的具体过程如下：基于离线协同定位指纹数据库判断网格中的多网络是否可以协同定位，若网格中的多网络协同定位误差小于单一网络定位误差，则可以协同定位，待定位节点的精确定位测量值采用以下公式计算获得：其中，(xi,yi)在网络i下测量得到的待定位节点的测量值，否则，选取定位精度最大的网络的测量值作为待定位节点的精确定位测量值。进一步地，网格中的多网络协同定位误差是指基于离线协同定位指纹数据库中某一网格中各网络的定位权值，获取网格中多网络的协同定位测量均值与实际值的误差；其中，多网络的协同定位测量均值是指至少20个样本的各网络测量值与对应定位权值乘积之和的平均值。根据离线协同定位指纹数据库中网络定位权值和各网络的测量值，可以获得网格的多网络协同定位误差和单一网络定位误差，从而获取定位区域每一个网格内的所有网络的最佳协同定位方案；其中，若某网格内存在任一网络，则该网格区域可定位；反之，则称该网格为不可定位网格。当某网格可定位时，若仅存在一种网络，则该网格进行单一信号定位。一种室内异构网络间协同定位系统，包括离线模块和在线模块；离线模块：用于通过采集网络信号，确定定位区域存在的网络；依据网络通信半径，确定网格边长；依据各网络在每个网格的定位精度，确定各网格中各网络的定位权值；构建一个包括网络名称数组和定位数据组的离线协同定位指纹数据库，其中，所述定位数据组表示为[网格编号，网络数量，网络名称，网络定位权值]；网络在网格的定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内异构网络间协同定位方法，其特征在于，包括离线阶段和在线阶段；/n离线阶段：/n首先，采集网络信号，确定定位区域存在的网络；其次，依据网络通信半径，确定网格边长；然后，依据各网络在每个网格的定位精度，确定各网格中各网络的定位权值；最后，构建一个离线协同定位指纹数据库，包括网络名称数组和定位数据组，其中，所述定位数据组表示为[网格编号，网络数量，网络名称，网络定位权值]；/n网络在网格的定位精度是指在网格中对某一网络的采样样本的样本方差；/n在线阶段：/n(1)预测节点位置，确定网格编号；/n通过已有单一网络定位方法，对待定位节点进行初步定位，根据初步定位结果，确定待定位节点所在位置的网格编号；/n(2)通过多网络间的协同定位对待定位节点进行实时定位；/n通过网格编号，查询离线协同定位指纹库，获取每个网络的定位权值，根据网络名称数组的顺序，通过网络间的协同定位，获取待定位节点的精确定位测量值。/n

【技术特征摘要】
1.一种室内异构网络间协同定位方法，其特征在于，包括离线阶段和在线阶段；
离线阶段：
首先，采集网络信号，确定定位区域存在的网络；其次，依据网络通信半径，确定网格边长；然后，依据各网络在每个网格的定位精度，确定各网格中各网络的定位权值；最后，构建一个离线协同定位指纹数据库，包括网络名称数组和定位数据组，其中，所述定位数据组表示为[网格编号，网络数量，网络名称，网络定位权值]；
网络在网格的定位精度是指在网格中对某一网络的采样样本的样本方差；
在线阶段：
(1)预测节点位置，确定网格编号；
通过已有单一网络定位方法，对待定位节点进行初步定位，根据初步定位结果，确定待定位节点所在位置的网格编号；
(2)通过多网络间的协同定位对待定位节点进行实时定位；
通过网格编号，查询离线协同定位指纹库，获取每个网络的定位权值，根据网络名称数组的顺序，通过网络间的协同定位，获取待定位节点的精确定位测量值。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格边长dgrid的取值关系如下：



其中rmin为最小网络通信半径，最小的干扰损耗值Imin，∧为常数，取值为lg(PR/[PtGtGR(hthR)2])，α为干扰损耗因子，Pt表示发送功率，PR表示接收功率，Gt和ht表示发送节点天线增益和天线高度、GR和hR表示接收节点天线增益和天线高度，I表示干扰损耗，d表示传输距离。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，网格内的网络i的定位权值：
其中，N为网络数量；Di为网络i在某一网格的定位精度：为网络i在网格中第j个采样样本的测量误差，网格中某点实际坐标为(x0,y0)，网络i在网格中的第j个采样样本的测量值为m为样本数量。


4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述通过网络间的协同定位，获取待定位节点的精确定位测量值的具体过程如下：
基于离线协同定位指纹数据库判断网格中的多网络是否可以协同定位，若网格中的多网络协同定位误差小于单一网络定位误差，则可以协同定位，待定位节点的精确定位测量值采用以下公式计算获得：其中，(xi,yi)在网络i下测量得到的待定位节点的测量值，否则，选取定位精度最大的网络的测量值作为待定位节点的精确定位测量值。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，网格中的多网络协同定位误差是指基于离线协同定位指纹数据库中某一网格中各网络的定位权值，获取网格中多网络的协同定位测量均值...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺赞贻，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三八五零部队，
类型：发明
国别省市：吉林;22