CN109041192B - 一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，具体步骤如下：步骤1：定位服务器采集一定数量的移动终端RSS值，并分析RSS值的变化模式，构建室内RSS分界区域地图；步骤2：当移动终端未发生移动或只在本区域内移动时，则无需对其进行定位；当移动终端移动到其他区域时，则通过分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域；步骤3：根据各移动终端所在的区域，结合RSS阈值，控制本地AP的射频功率，使得各移动终端所在区域的RSS最小值接近于RSS阈值。本发明可有效减少无线局域网间的同频干扰，提高频谱资源的利用率和数据传输的可靠性，适用于无线局域网分布密集的室内应用环境。

Description

一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，属于无线局域网的射频功率控制领域。
背景技术
目前，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN) 在民用无线网络中应用最为广泛，WLAN工作在ISM（Industrial Scientific Medical）公用频段上，除了和常见的蓝牙、ZigBee等设备共享频段外，WLAN通常密集分布在校园、商场、医院等室内场所，由于频谱资源的有限性，必然导致多个WLAN占用相同的信道资源进行数据传输。此时，若各WLAN间的通信范围高度重叠，则会导致同频干扰问题（Co-Channel Interference），造成频谱资源的浪费，增加数据的传输时延，降低数据通信效率，尤其在高密度环境，同频干扰会大幅度扩散至多数相邻基站与外部网络的移动客户终端，成为影响网络全局服务质量（Qualityof Service，QoS）的关键因素。
同频干扰的根本原因在于各WLAN间的通信范围相互重叠，因此根本的解决方法是简化相互重叠的无线网络拓扑结构。在WLAN内部，移动终端与本地基站的数据传输链路采用简单的星形拓扑结构（如图1所示），由于可用的信道资源有限，WLAN内的节点通常采用CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）机制来保证各节点无冲突的共享有限的信道资源，此时载波监听链路将形成非常复杂的点对点网状拓扑结构（如图2所示）。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，通过定位移动终端所在的区域，控制本地AP的射频功率，优化WLAN的通信范围，简化载波监听拓扑结构，从而抑制WLAN间的同频干扰，提高频谱资源的利用率和数据传输的可靠性，适用于WLAN分布密集、拓扑结构变化较快、终端移动性较高的室内应用环境。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，具体步骤如下：
步骤1： 定位服务器采集一定数量的移动终端RSS值，并分析RSS值的变化模式，以数据聚类方法构建室内RSS分界区域地图；
步骤2：当移动终端未发生移动或只在本区域内移动时，即RSS值不变或变化范围在一定值以下时，则无需对移动终端进行定位；当移动终端移动到其他区域时，即RSS值变化范围在一定值以上时，则通过数据挖掘方法分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域；
步骤3：根据各移动终端所在的区域，结合RSS阈值，控制本地AP的射频功率，使得各移动终端所在区域的RSS最小值接近于RSS阈值，设本地AP的最大射频功率为P max ，区域的RSS最小值为C min ，RSS阈值为T，基站的当前射频功率为P cur ，
若满足C min <= T，则P cur = P max （1）；
若满足C min > T，则P cur = P max – (C max – T) （2）。
优选地，所述步骤1中室内RSS分界区域地图构建方法具体步骤如下：
1.1定位服务器实时采集各移动终端的RSS值；
1.2进行数据分类：设定分类常量值c，当先后两次采集到的移动终端的RSS值的差值小于或等于c时，则将这两个RSS值归为一类；当先后两次采集到的移动终端的RSS值的差值大于c时，则将后采集的RSS值归为下一类，以此类推，对所有移动终端的RSS值进行分类；
1.3进行数据筛选：取所有类中的RSS最小值，根据室内区域个数k，采用数据聚类算法将RSS类的个数缩减至k个；
1.4记录数据变化规律：采用相似度分析算法计算并记录所有k个区域RSS 值的相互变化规律，即各区域间RSS值发生变化的幅度。
优选地，所述步骤2中当移动终端移动到其他区域时，则通过分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域，具体步骤如下：
2.1定位服务器生成两个相同大小的缓存A和B，缓存A中实时存入并更新移动终端的RSS值；当移动终端的RSS值变化范围在一定值以上时，把后采集的RSS值存入缓存B；
2.2采用相似度分析算法计算缓存A和B的RSS值变化规律，与所有k区域RSS 值变化规律进行比较，以此定位对应B的区域。
有益效果：本发明提供一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，可有效减少无线局域网间的同频干扰，提高频谱资源的利用率和数据传输的可靠性，适用于无线局域网分布密集的室内应用环境。
附图说明
图1为WLAN的网络拓扑结构；
图2为WLAN的载波监听拓扑结构；
图3为室内构造图；
图4为室内RSS分界区域图；
图5为RSS数据分类过程示意图，输出类代表室内各区域。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，具体步骤如下：
步骤1： 定位服务器采集一定数量的移动终端RSS值，并分析RSS值的变化模式，以数据聚类方法构建室内RSS分界区域地图；
步骤2：当移动终端未发生移动或只在本区域内移动时，即RSS值不变或变化范围在一定值以下时，则无需对移动终端进行定位；当移动终端移动到其他区域时，即RSS值变化范围在一定值以上时，则通过数据挖掘方法分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域；
步骤3：根据各移动终端所在的区域，结合RSS阈值，控制本地AP的射频功率，使得各移动终端所在区域的RSS最小值接近于RSS阈值，设本地AP的最大射频功率为P max ，区域的RSS最小值为C min ，RSS阈值为T，基站的当前射频功率为P cur ，
若满足C min <= T，则P cur = P max （1）；
若满足C min > T，则P cur = P max – (C max – T) （2）。
优选地，所述步骤1中室内RSS分界区域地图构建方法具体步骤如下：
1.1定位服务器实时采集各移动终端的RSS值；
1.2进行数据分类：设定分类常量值c，当先后两次采集到的移动终端的RSS值的差值小于或等于c时，则将这两个RSS值归为一类；当先后两次采集到的移动终端的RSS值的差值大于c时，则将后采集的RSS值归为下一类，以此类推，对所有移动终端的RSS值进行分类；
1.3进行数据筛选：取所有类中的RSS最小值，根据室内区域个数k，采用数据聚类算法将RSS类的个数缩减至k个；
1.4记录数据变化规律：采用相似度分析算法计算并记录所有k个区域RSS 值的相互变化规律，即各区域间RSS值发生变化的幅度。
优选地，所述步骤2中当移动终端移动到其他区域时，则通过分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域，具体步骤如下：
2.1定位服务器生成两个相同大小的缓存A和B，缓存A中实时存入并更新移动终端的RSS值；当移动终端的RSS值变化范围在一定值以上时，把后采集的RSS值存入缓存B；
2.2采用相似度分析算法计算缓存A和B的RSS值变化规律，与所有k区域RSS 值变化规律进行比较，以此定位对应B的区域。
实施例1：某一室内环境部署了一个定位服务器和1个移动终端，定位服务器和访问接入点互联，共同形成一个WLAN，室内共有4个房间（如图3所示）。
1）：定位服务器采集移动终端的RSS数据，如：{-26dBm，-30dBm，-42dBm，-35dBm，-31dBm，-20dBm，-25dBm，-13dBm，-15dBm，-22dBm，-33dBm，-36dBm，-24dBm，-21dBm…}
2）：设定分类常量c=10dBm，进行数据分类，具体分类如下：
第一类：{-26dBm，-30dBm}；
第二类：{-42dBm，-35dBm，-31dBm}；
第三类：{-20dBm，-25 dBm}；
第四类：{-13dBm，-15dBm，-22dBm}；
第五类：{-33dBm ，-36dBm }；
第六类：{-24dBm，-21dBm}…
3）进行数据筛选：取所有类中的RSS最小值，然后根据室内区域个数，使用数据聚类算法将RSS类的个数减少为4个（如图4和图5所示）。结果为：
第一类（区域一）：{-26dBm，-30dBm，-25 dBm...-39dBm }，MIN = -39dBm；
第二类（区域二）：{-42dBm，-35dBm，-36dBm... -52dBm }，MIN = -52dBm；
第三类（区域三）：{-25dBm，-32dBm，-24dBm... -41dBm }，MIN = -41dBm；
第四类（区域四）：{-13dBm，-15dBm，-22dBm... -31dBm }，MIN = -31dBm；
4）记录4个室内区域RSS 值的相互变化规律，存在区域4到区域3、区域4到区域2、区域4到区域1、区域3到区域2、区域3到区域1、区域2到区域1这 6种变化模式，各RSS 值的模式代表着移动终端的区域切换行为。计算所有区域间各自的所有RSS值的均方误差，分别以a、b、c、d、e、f表示。
5）定位服务器于缓存A实时存入、更新定量的移动终端RSS数据，如：A = {-29dBm，-22dBm，-25dBm，-28dBm，-27dBm...}。当采集的RSS差值大于c，后续的RSS数据存入缓存B，如：B = {-36dBm，-34dBm，-30dBm，-28dBm，-37dBm...}。
6）计算缓存器A中所有数据和缓存器B中所有数据的均方误差x，与a、b、c、d、e、f比较，取最为相近的c，以此判断移动终端的移动区域为区域三。
7）本地访问接入点的最大射频功率P max = 25 dBm；设RSS阈值T=–50dBm；区域三的最小RSS值C min =–41dBm。此时满足C min > T，则调整访问接入点的P cur ，使得P cur = P max – (C max – T) = 16dBm；25dBm = 316mw、16dBm = 40mw，即降低316 mw – 40 mw = 276mw射频功率。
8）如相同的室内环境中存在多个移动终端，定位服务器则对各移动终端单独进行步骤1）-6）的定位过程。但在7）的射频功率控制过程中，只考虑当前RSS值最小移动终端的所属区域，以此使得访问接入点射频范围可覆盖所有其他移动终端。
本发明中提及的相似度分析算法、数据挖掘方法均属于本领域技术人员掌握的常规技术手段，故而未加详述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的两种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1： 定位服务器采集一定数量的移动终端RSS值，并分析RSS值的变化模式，以数据聚类方法构建室内RSS分界区域地图；
步骤2：当移动终端未发生移动或只在本区域内移动时，即RSS值不变或变化范围在一定值以下时，则无需对移动终端进行定位；当移动终端移动到其他区域时，即RSS值变化范围在一定值以上时，则通过数据挖掘方法分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域；
步骤3：根据各移动终端所在的区域，结合RSS阈值，控制本地AP的射频功率，使得各移动终端所在区域的RSS最小值接近于RSS阈值，设本地AP的最大射频功率为P max ，区域的RSS最小值为C min ，区域的RSS最大值为C max ，RSS阈值为T，基站的当前射频功率为P cur ，
若满足C min <= T，则P cur = P max （1）；
若满足C min > T，则P cur = P max – (C max – T) （2）。
2.根据权利要求1所述的一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，其特征在于，所述步骤1中室内RSS分界区域地图构建方法具体步骤如下：
1.1定位服务器实时采集各移动终端的RSS值；
1.2进行数据分类：设定分类常量值c，当先后两次采集到的移动终端的RSS值的差值小于或等于c时，则将这两个RSS值归为一类；当先后两次采集到的移动终端的RSS值的差值大于c时，则将后采集的RSS值归为下一类，以此类推，对所有移动终端的RSS值进行分类；
1.3进行数据筛选：取所有类中的RSS最小值，根据室内区域个数k，采用数据聚类算法将RSS类的个数缩减至k个；
1.4记录数据变化规律：采用相似度分析算法计算并记录所有k个区域RSS 值的相互变化规律，即各区域间RSS值发生变化的幅度。
3.根据权利要求1所述的一种基于室内相对定位的无线局域网射频功率控制方法，其特征在于，所述步骤2中当移动终端移动到其他区域时，则通过分析移动终端移动到其他区域时RSS值的变化模式，定位其最终所在的区域，具体步骤如下：
2.1定位服务器生成两个相同大小的缓存A和B，缓存A中实时存入并更新移动终端的RSS值；当移动终端的RSS值变化范围在一定值以上时，把后采集的RSS值存入缓存B；
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