CN103298107B

CN103298107B - 一种基于加权无向图的室内无线定位ap快速部署方法

Info

Publication number: CN103298107B
Application number: CN201310175169.6A
Authority: CN
Inventors: 朱旭东; 周静静
Original assignee: Bsoft Co Ltd
Current assignee: Pioneering Huikang Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CN103298107A

Abstract

本发明所公开的一种基于加权无向图的室内无线定位AP快速部署方法。本发明包括如下步骤：步骤(1)令加权无向图，生成描述抽象空间的加权无向图G；步骤(2)对节点集合V中的节点v染色，利用图论理论，使用边覆盖集合和顶点覆盖集合基本算法迭代对图中顶点进行染色；步骤(3)令AP部署位置列表，对无向加权图G中的每一个染为红色的节点v，获取其在平面图D中对应的覆盖单元的外接圆圆心位置，执行，生成AP部署位置列表。本发明已在室内定位系统中成功应用，实践表明本发明使得由此构造的室内定位系统具有较低的成本和较高的精度。

Description

一种基于加权无向图的室内无线定位AP快速部署方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种基于加权无向图的室内无线定位AP快速部署方法。

背景技术

随着无线网络技术的飞速发展和人们对定位服务需求的日益增多，无线定位技术得到越来越多的关注。GPS(GlobalPositionSystem，全球定位系统)是20世纪70年代由美国研制的以为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务为目的的空间卫星导航定位系统。对于信号到达较为容易的开阔的室外环境，GPS可以提供高精度的定位信息。而对于室内环境，由于建筑物本身的遮挡以及建筑物内部结构包括墙壁、门窗、各种摆设和实时变化的人员走动，使得在室内环境中接收到的GPS信号极其微弱，无法从中获得定位所需的有效信息，因此需要考虑建立一种室内的定位系统，为日益增长的室内定位需求提供可靠的定位信息。

建立室内定位系统，大多是基于现有的通信网络设施，对其进行升级改进，使得其在实现无线网络通信的基础之上构建无线定位技术，为用户提供室内定位。目前室内的无线通信网络设施主要是基于WLAN。基于WLAN的室内定位系统构成如图1所示。AP(AccessPoint，无线接入点)是WLAN的核心设备，它负责无线网络的管理，通告自己的存在以及当前无线网络信息，让终端用户经过扫描匹配后能够与之关联，并控制通信过程。终端用户一般是计算机终端或智能手机等便携设备。地图与信号指纹数据服务器用于存储AP信号指纹数据，并把这些数据下载给终端用户。

WLAN的广泛应用源于它的众多优点：WLAN的网络布局简单，并具有较高的通信速度，符合现代社会对于移动通信、移动办公以及移动娱乐等要求。并且无线局域网的容量大、用户多、覆盖广等特点使得其应用更加广泛。WLAN主要的应用环境是室内环境和人们活动的热点地区。由于WLAN系统在室内环境的广泛应用和部署，基于WLAN通信系统的室内定位技术研究在此背景下发展起来了。在WLAN室内定位系统中，由于定位算法和定位精度的要求，对网络内信号的覆盖要求更加严格，因此对WLAN系统中接入点AP的快速部署的研究具有重大意义。

对于AP的部署，主要有如下两种研究方案：

一个是采用现场调研的方法。就是在进行系统的设计和实施之前，先对目标环境进行调查测量，以获得必要的部署参数。很明显，这种方法要花费大量的人力、财力等，其成本较高。每当进行新环境的组网时，都要重复上述的大量工作。而环境又是随机变化的，所以不能得到依赖于建筑物结构的一般性结论。这种方法是不可取的。

另一个方案是用计算机辅助设计的方法。通过建立数学模型找到AP的最佳数目和放置位置。解决最优化模型的方法有很多，其中大部分都用离散的数学模型找到AP的最佳位置，少部分用连续的数学模型求解。这些算法通常基于启发式算法(如，遗传算法)，参数设置和初始解集合的选择复杂，在针对大型空间时计算时间过于漫长，并且没有对信号强度和定位精度的关联性进行考虑。

目前主流研究的主题是WLAN系统组建时怎样实现全网的信号无缝覆盖问题，从国内外的研究现状来看，绝大数对于AP部署的研究都是考虑如何放置AP才使整个WLAN网络有高于一定门限值的信号覆盖，并且信号干扰低于某值。而很少以WLAN系统定位要求考虑如何放置AP才能得到更高的定位精度。因此，如何在复杂的室内空间中快速计算出AP的合理部署位置，是构造高精度的室内定位系统亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种基于加权无向图的室内无线定位AP快速部署方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包含如下步骤：

步骤(1)令加权无向图，生成描述抽象空间的加权无向图G，具体包含如下步骤：

1-1.生成节点集合，对室内空间结构平面图D中的每一个房间,若房间的外接圆半径小于等于r/2，则生成该房间对应的节点v,使得节点集合；若房间的外接圆半径大于r/2，则用多个正三角形对该房间进行覆盖，正三角形边长为，对每个正三角形区域生成一个节点v，使得节点集合；所述的r指代单个AP在空旷区域的信号覆盖半径，将外接圆半径小于等于r/2的房间和正三角形区域定义为覆盖单元。所述的k为实数，例如5米；由于AP为圆心、半径为k的范围内，该AP信号方差较大，不作为定位的首选依据，因此需要相邻区域的AP对该范围进行覆盖。

1-2.生成边集合，对节点集合V中的每一个节点v,若平面图D中存在与节点v相邻的覆盖单元v'，则生成边，e的权如下：

，其中，为平面图D中v外接圆圆心到v'外接圆圆心的距离，为v外接圆圆心到v'外接圆圆心之间的墙体的厚度，f为信号在穿越墙体材料时的衰减速度和信号在空旷区域传递时的衰减速度之比。

若小于等于r，则边集合；

若大于r，则丢弃；

1-3.对节点集合V中的每个节点v，若存在不与节点v相邻的节点v'，且与节点v之间的最短路径权值之和小于等于r，则生成，且，则边集合。

步骤(2)对节点集合V中的节点v染色，具体包含如下步骤：

2-1.将节点集合V中的所有节点初始化为无色；

2-2.将V中所有由正三角形区域生成的节点v染成红色；

2-3.对所有边的数量小于等于2的节点v，将v和其邻居节点都染成红色；

2-4.对经步骤2-1、2-2、2-3处理后生成的无向加权图G进行如下操作：

2-4-1.对每个节点v，统计其自身和邻居节点中，红色节点的个数，记为；

2-4-2.从无向加权图G中删除所有大于等于3的节点v，同时删除与该节点关联的边，生成子图；

2-4-3.对子图G'使用边覆盖算法获得最小边覆盖集合E''，从G'中删除不在E''中的边，节点保持不变，生成，对G''使用顶点覆盖算法获得最小顶点覆盖集合V''，对V''中每个节点v，将节点v在G中的原始节点染成红色，并对节点v在G'中的原始节点的所有邻居节点v'执行；

2-4-4.在G'中删除所有大于等于3的节点v，同时删除与该节点关联的边。

2-4-5.如果G'中的节点集合V'不为空，则跳转到2-4-3。

步骤(3)令AP部署位置列表\*MERGEFORMAT，对无向加权图G中的每一个染为红色的节点v，获取其在平面图D中对应的覆盖单元的外接圆圆心位置\*MERGEFORMAT，执行\*MERGEFORMAT，生成AP部署位置列表。

本发明有益效果如下：

本发明根据给定的室内平面结构进行建模，生成加权无向图；并利用图论理论，使用边覆盖集合和顶点覆盖集合基本算法迭代对图中顶点进行染色，在多项式时间内确定AP位置部署方案。本发明已在室内定位系统中成功应用，实践表明本发明使得由此构造的室内定位系统具有较低的成本和较高的精度。

附图说明

图1WLAN的室内定位系统构成；

图2为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，一种基于加权无向图的室内无线定位AP快速部署方法，具体包括如下步骤：

步骤(1)令加权无向图\*MERGEFORMAT，生成描述抽象空间的加权无向图G，具体包含如下步骤：

1-1.生成节点集合，对室内空间结构平面图D中的每一个房间,若房间的外接圆半径小于等于r/2，则生成该房间对应的节点v,使得节点集合\*MERGEFORMAT；若房间的外接圆半径大于r/2，则用多个正三角形对该房间进行覆盖，正三角形边长为\*MERGEFORMAT，对每个正三角形区域生成一个节点v，使得节点集合\*MERGEFORMAT；所述的r指代单个AP在空旷区域的信号覆盖半径，将外接圆半径小于等于r/2的房间和正三角形区域定义为覆盖单元。所述的k为实数，例如5米；由于AP为圆心、半径为k的范围内，该AP信号方差较大，不作为定位的首选依据，因此需要相邻区域的AP对该范围进行覆盖。

1-2.生成边集合，对节点集合V中的每一个节点v,若平面图D中存在与节点v相邻的覆盖单元v'，则生成边\*MERGEFORMAT，e的权如下：

\*MERGEFORMAT，其中，\*MERGEFORMAT为平面图D中v外接圆圆心到v'外接圆圆心的距离，为v外接圆圆心到v'外接圆圆心之间的墙体的厚度，f为信号在穿越墙体材料时的衰减速度和信号在空旷区域传递时的衰减速度之比。

若\*MERGEFORMAT小于等于r，则边集合\*MERGEFORMAT；

若\*MERGEFORMAT大于r，则丢弃\*MERGEFORMAT；

1-3.对节点集合V中的每个节点v，若存在不与节点v相邻的节点v'，且与节点v之间的最短路径权值之和\*MERGEFORMAT小于等于r，则生成\*MERGEFORMAT，且\*MERGEFORMAT，则边集合\*MERGEFORMAT。

步骤(2)对节点集合V中的节点v染色，具体包含如下步骤：

2-1.将节点集合V中的所有节点初始化为无色；

2-2.将V中所有由正三角形区域生成的节点v染成红色；

2-4-1.对每个节点v，统计其自身和邻居节点中，红色节点的个数，记为\*MERGEFORMAT；

2-4-2.从无向加权图G中删除所有\*MERGEFORMAT大于等于3的节点v，同时删除与该节点关联的边，生成子图\*MERGEFORMAT；

2-4-3.对子图G'使用边覆盖算法获得最小边覆盖集合E''，从G'中删除不在E''中的边，节点保持不变，生成\*MERGEFORMAT，对G''使用顶点覆盖算法获得最小顶点覆盖集合V''，对V''中每个节点v，将节点v在G中的原始节点染成红色，并对节点v在G'中的原始节点的所有邻居节点v'执行\*MERGEFORMAT；

2-4-4.在G'中删除所有\*MERGEFORMAT大于等于3的节点v，同时删除与该节点关联的边。

2-4-5.如果G'中的节点集合V'不为空，则跳转到2-4-3。

虽然通过具体实施方式描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims

1.一种基于加权无向图的室内无线定位AP快速部署方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤(1)令加权无向图G(V,E)＝Φ，生成描述抽象空间的加权无向图G，具体包含如下步骤：

1-1.生成节点集合，对室内空间结构平面图D中的每一个房间,若房间的外接圆半径小于等于r/2，则生成该房间对应的节点v,使得节点集合V＝V∪{v}；若房间的外接圆半径大于r/2，则用多个正三角形对该房间进行覆盖，正三角形边长为对每个正三角形区域生成一个节点v，使得节点集合V＝V∪{v}；所述的r指代单个AP在空旷区域的信号覆盖半径，将外接圆半径小于等于r/2的房间和正三角形区域定义为覆盖单元，所述的k为实数；

1-2.生成边集合，对节点集合V中的每一个节点v,若平面图D中存在与节点v相邻的覆盖单元v'，则生成边e＝(v,v′)，e的权w(e)如下：

w(e)＝d_vv′+f*d_wall，其中，d_vv′为平面图D中v外接圆圆心到v'外接圆圆心的距离，d_wall为v外接圆圆心到v'外接圆圆心之间的墙体的厚度，f为信号在穿越墙体材料时的衰减速度和信号在空旷区域传递时的衰减速度之比；

若w(e)小于等于r，则边集合E＝E∪{e}；

若w(e)大于r，则丢弃e＝(v,v′)；

1-3.对节点集合V中的每个节点v，若存在不与节点v相邻的节点v'，且与节点v之间的最短路径权值之和w₁小于等于r，则生成e＝(v,v′)；若存在不与节点v相邻的节点v'，且与节点v之间的最短路径权值之和w₁小于等于r，且w(e)＝w₁，则边集合E＝E∪{e}；

步骤(2)对节点集合V中的节点v染色，具体包含如下步骤：

2-1.将节点集合V中的所有节点初始化为无色；

2-2.将V中所有由正三角形区域生成的节点v染成红色；

2-4-1.对每个节点v，统计其自身和邻居节点中，红色节点的个数，记为c(v)；

2-4-2.从无向加权图G中删除所有c(v)大于等于3的节点v，同时删除与该节点关联的边，生成子图G'(V′,E′)；

2-4-3.对子图G'使用边覆盖算法获得最小边覆盖集合E”，从G'中删除不在E”中的边，节点保持不变，生成G″(V′,E″)，对G”使用顶点覆盖算法获得最小顶点覆盖集合V”，对V”中每个节点v，将节点v在G中的原始节点染成红色，并对节点v在G'中的原始节点的所有邻居节点v'执行c(v′)++；

2-4-4.在G'中删除所有c(v)大于等于3的节点v，同时删除与该节点关联的边；

2-4-5.如果G'中的节点集合V'不为空，则跳转到2-4-3；

步骤(3)令AP部署位置列表P＝Φ，对无向加权图G中的每一个染为红色的节点v，获取其在平面图D中对应的覆盖单元的外接圆圆心位置p_v，执行P＝P∪{p_v}，生成AP部署位置列表。