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室內定位系統模型設計與實現論文
基于能效的WLAN室內定位系統模型的設計目的，一方面是為了降低位置指紋數據庫規模，另一方面為了減少服務器與客戶端的數據傳輸量，同時減少相關的計算量。為了實現這個定位系統，筆者提出了AP預處理算法、聚類算法以及精定位AP選擇算法。該文主要是分析如何設計基于能效的WLAN室內定位系統模型，以及如何實現這個系統的應用目的。
關鍵詞:WLAN，室內，定位系統，模型設計
1、前言
由于無線局域網的迅速發展，基于WLAN的室內定位技術也越來越受到相關研究人員的關注。WLAN主要是通過檢測無線接入點發射的信號強度判斷用戶的位置，而根據信號強度來進行定位的系統主要分為兩種，其中一種基于傳播模型的室內定位系統，另外一種是基于位置指紋算法的室內定位系統，在這兩種室內定位系統中，前一種的限制條件比較多，后一種的優勢比較突出。但是基于位置指紋算法的室內定位系統的實現需要解決數據庫構造、離線采樣數據預處理、定位AP的選擇以及終端設備位置的估計，因此本文主要是針對這個問題，分析如何設計基于能效的WLAN室內定位系統模型，并加以實現。
2、關于基于能效的WLAN室內定位系統模型設計分析
2.1定位系統模型整體設計
以往定位系統的能耗比較大，而能耗主要發生在兩個點，其中一個點是服務器與客戶端的數據交互，另外一個點是在位置估計中的計算。為了使定位系統能耗降低，就必須縮減數據庫規模，減少服務器與客戶端的信息傳輸量，同時還要在位置估計的計算過程中選用比較簡單的計算方法。基于能效的WLAN室內定位系統模型主要包括兩個階段，一個是離線階段，包括指紋采集、AP選擇、數據庫預處理以及聚類等四部分;另一個是在線階段，包括測量值預處理、大概定位、AP選擇以及精確定位等四部分。
2.2定位系統模型設計特征
首先關于虛擬AP預處理算法，這個虛擬AP有一定的優勢，但也有不足的地方，它的優勢在于可以虛擬出多個BSSID的AP，但是在定位方面提供的數據不夠簡潔。針對這個問題，筆者提出了VAP預處理方法，優化以往的虛擬AP預處理算法;其次關于非斷續RSSI的仿射傳播聚類算法，在以往的定位算法中，只能在面積比較小的室內進行定位，然后把定位的地方分為多個AP才能測量到。對于面積比較大的地方，根本就不能使AP全部覆蓋，針對這個問題，筆者采用非斷續RSSI的仿射傳播聚類算法來代替;再次關于均值平滑濾波，在實施定位的過程中，容易外在環境的影響，從而使RSSI出現較大的波動，為了解決這個問題，筆者選擇使用均值平滑濾波器;最后關于AP的選擇，通常情況下，在離線和在線的階段可以檢測到接入點的改變情況，需把在線AP選擇分成兩步，比較麻煩，因此筆者采用基于RSSI空間區分度的AP選擇來解決這個問題。
3、關于基于能效的WLAN室內定位系統模型實現分析
3.1離線階段
首先，關于指紋的采集，筆者把定位區內AP的安裝位置和配置信息假設為未知，但是兩者都可以通過某種方式把網絡數據傳播出去，同時離線的階段配有無線適配器的移動終端，然后在每個位置可知的參考點，掃描AP的BSSID和BSSID，并獲取BSSID和BSSID;其次，關于離線AP選擇，一般情況下，終端設備每次進行掃描的時候，都能夠測量到幾十個AP，但是不同的AP對定位產生的結果不一樣，因此最好不要保留全部的AP。在離線階段，AP選擇的目的有兩個，一個是縮減數據庫的規模，另一個是減少服務器和客戶端的信息傳輸量。為了達到這兩個目的，應選擇保留信號強度相對比較大的AP，因此信號強度比較大的AP在離線階段不容易發生斷續以及空間區分度大的情況;再次，關于數據庫預處理。在實際定位中，由于外在環境因素的影響，RSSI波動比較大，為了解決這個問題筆者采用均值平滑濾波器進行定位。一般情況下，接受信號強度非常弱的時候，一些AP的測量值不夠平穩，容易出現斷續現象，而平滑濾波器可以補充這些丟失的測量值;最后，關于仿射傳播聚類。如果RSSI比較小的情況下，就會容易出現斷續現象，而基于非斷續RSSI的仿射傳播聚類可以避免這個問題的發生，在對這種仿射傳播進行計算的時候，選擇的每個AP一定要保證RSSI測量值足夠大，把其他的忽略掉。
3.2在線階段
首先，關于類匹配的大概定位。在實際定位過程中，需要終端設備先從下載聚類中心的測量值集合，然后進一步計算在線階段的測量值，同時還要計算各個聚類中心的相似度，從而確定它屬于那種聚類。如果用戶沒有處在聚類的中心時，并且只選擇相似度最高的其中一個聚類，通常都會導致類匹配不成功。所以進行大概定位的時候，需要保留相似度比較高的幾個聚類，而不是只是一個聚類。同時在這個基礎上進行精確的定位[2];其次，關于在線AP選擇。在定位面積比較大的時候，各個參考點并不能檢測到所有的L個AP，這樣的話就容易導致在線和離線RSSI向量間的距離太大，在進行精確定位時容易出現較大的誤差，因此當參考點數量達到一定的比例時，可以把對應的AP去掉;最后，關于精定位的計算方法。在進行精定位的時候，如果計算方法過于復雜的話，將會耗費更多的時間，為了實現降低耗能的目的，可以采取加權K近鄰算法，這個計算方法相對來說比較簡潔。
4、結束語
在基于能效的WLAN室內定位系統模型設計中，主要涉及到兩個部分，其中一個是離線階段，另一個是在線階段，離線階段由四部分組成，分別是指紋采集、AP選擇、數據庫預處理以及聚類，在線階段同樣也是由四部分組成，包括指紋采集、AP選擇、數據庫預處理以及聚類。為了實現這個室內定位系統模型的應用目的，本文對離線階段和在線階段的各個組成部分有可能出現的問題，提出了相應的對策。隨著無線局域網的迅速發展，相信基于能效的WLAN室內定位技術將是未來室內定位系統發展的趨勢。
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