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大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法

文檔序號:6625769閱讀:479來源:國知局
大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法。傳統(tǒng)的二維鏈表結(jié)構(gòu)適合進(jìn)行稀疏矩陣的存儲,但是不適合進(jìn)行信號強(qiáng)度矢量的快速匹配。本發(fā)明方法包括建立指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信號強(qiáng)度矢量在指紋地圖的匹配方法兩部分。指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主體為二維稀疏鏈表,兩個維度均采用哈希表,分別為AP哈希表和測量點(diǎn)哈希表。指紋地圖內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立之后,開始定位,將測量到的信號強(qiáng)度矢量在指紋地圖中進(jìn)行匹配,計算信號強(qiáng)度矢量與某一測量點(diǎn)的信號強(qiáng)度矢量之間的矢量距離,根據(jù)該矢量距離進(jìn)行匹配。本發(fā)明方法提高了匹配計算的速度,解決了在大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖匹配引起的定位延遲問題。
【專利說明】大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對定位服務(wù)需求的日益增多,無線定位技術(shù)得到越來越多的關(guān)注。GPS(Global Posit1n System,全球定位系統(tǒng))是20世紀(jì)70年代由美國研制的以為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)為目的的空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。對于信號到達(dá)較為容易的開闊的室外環(huán)境,GPS可以提供高精度的定位信息。而對于室內(nèi)環(huán)境,由于建筑物本身的遮擋以及建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括墻壁、門窗、各種擺設(shè)和實(shí)時變化的人員走動,使得在室內(nèi)環(huán)境中接收到的GPS信號極其微弱,無法從中獲得定位所需的有效信息,因此需要考慮建立一種室內(nèi)的定位系統(tǒng),為日益增長的室內(nèi)定位需求提供可靠的定位信息。
[0003]目前,業(yè)界大多是在現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的基礎(chǔ)之上構(gòu)建無線定位技術(shù)。室內(nèi)的無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施主要是WLAN,WLAN通過WiFi信號進(jìn)行通信,AP (Access Point,無線接入點(diǎn))即WiFi熱點(diǎn),是WLAN的核心設(shè)備,它負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)的管理,通告自己的存在以及當(dāng)前無線網(wǎng)絡(luò)信息,讓終端用戶經(jīng)過掃描匹配后能夠與之關(guān)聯(lián),并控制通信過程。WLAN的廣泛應(yīng)用源于它的眾多優(yōu)點(diǎn)=WLAN的網(wǎng)絡(luò)布局簡單,并具有較高的通信速度,符合現(xiàn)代社會對于移動通信、移動辦公以及移動娛樂等要求。并且無線局域網(wǎng)的容量大、用戶多、覆蓋廣等特點(diǎn)使得其應(yīng)用更加廣泛。WLAN主要的應(yīng)用環(huán)境是室內(nèi)環(huán)境和人們活動的熱點(diǎn)地區(qū)。
[0004]WLAN中AP所發(fā)出的WiFi信號也可以用作定位?;赪iFi的室內(nèi)定位原理如圖1所示。在室內(nèi)空間內(nèi)部署無線接入點(diǎn)A和B之后,在測量點(diǎn)I的位置可以測量到A的信號強(qiáng)度為-69,B的信號強(qiáng)度為-82。同樣,在測量點(diǎn)2的位置分別測量到A和B的強(qiáng)度為-74和-72。對圖中所有的測量點(diǎn)上對A和B的信號強(qiáng)度進(jìn)行測量,便生成了該區(qū)域的信號指紋地圖。用戶所持手機(jī)在當(dāng)前位置測到的A和B的信號強(qiáng)度分別為-73和-75,設(shè)sqr O為開平方函數(shù),則根據(jù)矢量距離計算公式得到其與A點(diǎn)的信號矢量距離為:
[0005]S(測量點(diǎn) I) = sqr ((-73+74)2+(-75+72)2) = 3.16
[0006]S (測量點(diǎn) 2) = sqr ((-73+69)2+ (-75+82)2) = 8.06
[0007]由此可知,用戶當(dāng)前所在的位置更接近于測量點(diǎn)I。由此可知,在定位時將實(shí)際測量得到的信號強(qiáng)度與整個指紋地圖進(jìn)行匹配,找到與之最為相似的測量點(diǎn),即為當(dāng)前所在的近似位置。
[0008]將當(dāng)前位置的信號強(qiáng)度矢量和指紋地圖的匹配,是室內(nèi)定位的關(guān)鍵技術(shù)之一。其涉及的主要問題包括:
[0009]1.指紋地圖的存儲空間。在一個大型的室內(nèi)空間內(nèi),AP的部署量可以達(dá)到幾百甚至上千個,而測量點(diǎn)的數(shù)量可以達(dá)到數(shù)萬個,一些高精度的指紋地圖中,測量點(diǎn)的數(shù)量甚至可以達(dá)到數(shù)十萬。在這種情況下,指紋地圖在定位系統(tǒng)運(yùn)行時所占用的存儲空間較大,其空間復(fù)雜度為O (mXη),其中m為AP的個數(shù),η為測量點(diǎn)數(shù)量。這使得手機(jī)等手持定位系統(tǒng)難以在內(nèi)存中保存完整的指紋地圖,而需要在實(shí)時定位時訪問磁盤或者SD卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,這將使定位的延遲變得非常大,無法達(dá)到實(shí)時定位的效果。
[0010]2.指紋地圖的訪問效率。簡化的,定位時獲取的信號矢量與指紋地圖進(jìn)行匹配時,需要計算該矢量與數(shù)萬甚至數(shù)十萬個測量點(diǎn)的信號矢量距離;在每一次計算信號矢量距離時,也需要遍歷每一個ΑΡ。因此,指紋地圖匹配的時間復(fù)雜度為O(mXn)。這同樣會使定位的延遲加大。
[0011]目前室內(nèi)定位系統(tǒng)處于實(shí)驗(yàn)室成果向商業(yè)應(yīng)用過渡的階段,因此其研究的主流是如何提高定位精度和減少人工參與的指紋地圖構(gòu)建工作,而對指紋地圖的存儲結(jié)構(gòu)通常簡單的采用數(shù)據(jù)庫或者二維線性表,匹配方法也是以數(shù)據(jù)庫或者二維線性表的遍歷為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)。這在小面積演示或應(yīng)用時不會對定位系統(tǒng)產(chǎn)生影響,但是一旦對大型和超大型室內(nèi)空間進(jìn)行部署時,測量點(diǎn)和AP數(shù)量大幅增加,這些方法就會導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。因此設(shè)計合理的信號指紋地圖存儲和匹配方法,是構(gòu)造高精度的室內(nèi)定位系統(tǒng)亟待解決的重要問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的就是為了解決測量點(diǎn)和無線接入點(diǎn)(AP,ACCeSS Point)數(shù)量大引起的定位延遲問題,提供一種大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法。
[0013]本發(fā)明具體方法包括:(I)建立指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);(2)信號強(qiáng)度矢量在指紋地圖的匹配。
[0014](I)建立指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
[0015]所述的指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主體為二維稀疏鏈表,兩個維度均采用哈希表,分別為AP哈希表和測量點(diǎn)哈希表;
[0016]所述的AP哈希表中的每一行表示某個無線接入點(diǎn)(AP, Access Point)在不同測量點(diǎn)的測量記錄,組織成鏈表的形式;AP哈希表結(jié)構(gòu)根據(jù)AP的mac地址獲得該AP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ap,在該AP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ap中獲得該AP的編號及該AP的所有測量記錄;每一列表示某一個測量點(diǎn)上不同AP的測量記錄,同樣組織成鏈表的形式,這一列上所有的測量記錄可以組成該測量點(diǎn)的信號強(qiáng)度矢量records ;所述的測量記錄用來記錄一個測量點(diǎn)上測得的某一 AP信號強(qiáng)度,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示為record。
[0017]所述的測量點(diǎn)哈希表根據(jù)測量點(diǎn)的全局編號獲得該測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)point,從point中能夠獲得該測量點(diǎn)的時間戳(timestamp)以及測量記錄鏈表;所述的時間戳(timestamp)是point用來保存這一測量點(diǎn)最后一次參與的定位計算所發(fā)生的時間,采用時鐘周期作為時間戳(timestamp)的單位。
[0018]所述的AP 數(shù)據(jù)類型為:ap {char []mac ;char [] ssid ; int ap_id ;record*records ;};
[0019]所述測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)point的數(shù)據(jù)類型為:point {int point_id ;longtimestamp ;record*records ;};
[0020]所述測量記錄的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)record的數(shù)據(jù)類型為:record {int ap_id ;int point_id ;int rss ;record*left ;record*down ;}。
[0021](2)信號強(qiáng)度矢量在指紋地圖的匹配方法具體是:
[0022]指紋地圖內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立之后,開始定位。定位過程首先測量到當(dāng)前位置的信號強(qiáng)度矢量V[k],然后將V[k]在指紋地圖中進(jìn)行匹配,其中k為當(dāng)前定位設(shè)備測到信號的數(shù)量,V[k]為一個數(shù)組,該數(shù)組中一個元素的結(jié)構(gòu)為:V[] {char []ap_mac ;int rss ;};
[0023]設(shè)(AP1, AP2,...APJ為定位系統(tǒng)中所有AP的集合;m > i > 1,貝丨J APi為定位系統(tǒng)中第i個AP的編號。
[0024]采用如下方法計算V[k]與某一測量點(diǎn)的信號強(qiáng)度矢量records之間的矢量距離:
[0025]

【權(quán)利要求】
1.大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法,該方法包括建立指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信號強(qiáng)度矢量在指紋地圖的匹配兩部分,其特征在于: (1)建立指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu): 所述的指紋地圖的內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主體為二維稀疏鏈表,兩個維度均采用哈希表,分別為AP哈希表和測量點(diǎn)哈希表; 所述的AP哈希表中的每一行表示某個AP在不同測量點(diǎn)的測量記錄,組織成鏈表的形式,所述的AP為無線接入點(diǎn);AP哈希表結(jié)構(gòu)根據(jù)AP的mac地址獲得該AP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ap,在該AP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ap中獲得該AP的編號及該AP的所有測量記錄;每一列表示某一個測量點(diǎn)上不同AP的測量記錄,同樣組織成鏈表的形式,這一列上所有的測量記錄可以組成該測量點(diǎn)的信號強(qiáng)度矢量records ;所述的測量記錄用來記錄一個測量點(diǎn)上測得的某一 AP信號強(qiáng)度,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示為record ; 所述的測量點(diǎn)哈希表根據(jù)測量點(diǎn)的全局編號獲得該測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)point,從point中能夠獲得該測量點(diǎn)的時間戳timestamp以及測量記錄鏈表;所述的時間戳timestamp是point用來保存這一測量點(diǎn)最后一次參與的定位計算所發(fā)生的時間,采用時鐘周期作為時間戳timestamp的單位; (2)信號強(qiáng)度矢量在指紋地圖的匹配方法具體是: 指紋地圖內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立之后,開始定位;定位過程首先測量到當(dāng)前位置的信號強(qiáng)度矢量V[k],然后將V[k]在指紋地圖中進(jìn)行匹配,其中k為當(dāng)前定位設(shè)備測到信號的數(shù)量,V[k]為一個數(shù)組,該數(shù)組中一個元素的結(jié)構(gòu)為:V[] {char []ap_mac ;int rss ;}; 設(shè)(AP1, AP2,...APJ為定位系統(tǒng)中所有AP的集合;m > i > 1,則APi為定位系統(tǒng)中第i個AP的編號; 采用如下方法計算V[k]與某一測量點(diǎn)的信號強(qiáng)度矢量records之間的矢量距離:
-100? V 中不容在任if ¥f||ap.mac — AP1.mac._ frecord.rss,record.是德表 reccMto 中 αΡ| 1-100,records喲不容1^珥對+弦_灣量記錄 匹配方法具體包含如下步驟: .1.設(shè)與當(dāng)前位置具有最小矢量距離的測量點(diǎn)編號min_p= -l,該最小矢量距離Smin =q,其中q為矢量距離的閾值;. 2.設(shè)定time為從開機(jī)到當(dāng)前的cpu運(yùn)行的時鐘周期數(shù),用來記錄本次定位發(fā)生的時間;. 3.設(shè)定i=0,i為V[k]中元素的變量序號,對V[k]進(jìn)行以下操作,: .3-1.如果i > k,則直接跳轉(zhuǎn)到步驟4 ; .3-2.根據(jù)V[i]中的ap_mac從AP哈希表中獲得ap」; 3-3.設(shè)定record為ap」的records中第一個測量記錄,執(zhí)行以下操作: 3-3-1.如果測量記錄record不存在,則跳轉(zhuǎn)到步驟3_4 ; 3-3-2.根據(jù)測量記錄record的測量點(diǎn)編號point_id,從測量點(diǎn)哈希表中獲得該測量點(diǎn) point ; 3-3-3.如果point的時間戳point, timestamp等于本次定位發(fā)生的時間time,表明這一測量點(diǎn)在本次定位中已經(jīng)計算過矢量距離,直接跳轉(zhuǎn)到步驟3-2-5 ; 3-3-4.使用公式I計算當(dāng)前位置的信號強(qiáng)度矢量V[k]和測量點(diǎn)point的信號強(qiáng)度矢量point, records之間的矢量距離S (V[k], point, records);設(shè)置測量點(diǎn)point的時間戳point, timestamp等于本次定位發(fā)生的時間time,用來標(biāo)記該測量點(diǎn)在本次匹配中已經(jīng)計算過矢量距離; 3-3-5.如果S (V [k], point, records) <Smin,表示找到了一個矢量距離更小的測量點(diǎn),設(shè)置 Smin 為 S (V [k], point, records),然后設(shè)置 min_p 為測量點(diǎn) point 的編號 point.point_id ; 3-3-6.設(shè)置record為ap」的records中下一個測量記錄,并跳轉(zhuǎn)至步驟3_3_1 ; 3-4.設(shè)置i = i+1,并跳轉(zhuǎn)至步驟3-1 ;.4.輸出min_p為定位結(jié)果;如果min_p>0,則表示當(dāng)前所在的位置在編號為min_p的測量點(diǎn)附近;如果min_p〈0,則表示沒有有效的定位結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的大型室內(nèi)空間中的多熱點(diǎn)信號指紋地圖的存儲和匹配方法,其特征在于:
所述的 AP 數(shù)據(jù)類型為:ap {char []mac ;char [] ssid ;int ap_id ;record*records ;}; 所述測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)point的數(shù)據(jù)類型為:point{int point_id ;long timestamp ;record*records ;}; 所述測量記錄的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)record的數(shù)據(jù)類型為:record{int ap_id ;int point_id ;int rss ;record*left ;record*down ;}。
【文檔編號】G06F17/30GK104202817SQ201410444577
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】葛航, 余小益, 曹興兵, 朱旭東 申請人:創(chuàng)業(yè)軟件股份有限公司
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