融合WIFI与蜂窝网络定位的切换方法研究

1、 融合WIFI与蜂窝网络定位的切换方法研究 李佳Summary在移动通信系统中，基于位置的服务越来越受到人们的欢迎，也得到了许多研究者的关注。利用卫星（GPS等）、蜂窝网、WIFI、蓝牙等技术的定位方法。有的已经相当成熟，但都有其主要应用的具体环境。卫星与蜂窝网定位在室外空旷地带具有精度高、速度快的优点，而在室内或复杂环境中则几乎不能正常工作。随着近几年无线局域网的发展，研究人员也对室内定位技术开展了广泛的研究，并已逐渐成熟。因此，当前需要一种自适应的切换方法，来实现定位技术间的平滑切换。论文首先介绍了几种常见室内外定位技术的基本概念，在此基础上提出了一种自适应的定位技术切换方式，扩大了定位系

2、统的应用环境。【Keys】指纹定位 仿真 自适应切换1 引言一个理想的定位系统应该首先具备精确追踪任何地点目标的位置能力；其次应该尽可能地使用已有的无线基础设施，提高系统的定位覆盖率。基于所述，无缝定位的概念被提出，使基于位置服务不再受到地域限制，使位置服务在真正意义上实现全覆盖。无线电信号实现定位导航的基本原理有如下几种：到达时间、到达时间差、到达角交汇定位和指纹定位技术（FingerPrint）。位置指纹定位通过在目标地区设置的各个采样点也就是所谓的指纹位置处的接收信本文来自于WWW.zz-news.cOM号强度来创建一张“地图”用于定位。文献4指出位置指纹定位技术在非视距传播环境下的表现

3、非常好，非常适合在非视距环境下进行准确定位。另外，由于定位算法本身不需要额外的硬件支持，只需要接收设备能够反馈接收信号强度等信息，所以位置指纹定位技术的成本较低，值得发展和推广。目前，室外定位技术已经很成熟，且各方定位性能也已达到令人满意的程度，如：GPS在室外空旷地带定位精度较高且实时性较强，而自E-911定位需求颁布以来，蜂窝网络的无线定位技术得到广泛的研究和发展；基于无线局域网的定位技术研究随着无线局域网的快速发展而急速升温，现有的无线局域网定位系统也日渐成熟。为了实现无缝定位，可以根据混合定位范例提出一个混合定位方案。在用户移动过程中，该方案可以在移动设备上所支持的多种定位技术中实现动

4、态选择与定位技术间的平滑切换。2 指纹定位算法原理确定型算法中的最近邻算法、K最近邻算法、加权K近邻算法可以统称为数据相关算法DCM，下面对这几种算法进行剖析：2.1 最近邻法（NN）最近邻法是最基本的指纹定位算法，该方法首先按下式（1-1）计算测量所得的接收信号强度矢量与数据库中各矢量之间的距离Li，然后选取最小距离对应的数据库矢量，以其所代表的位置坐标作为结果输出。式中，和分别是定位点和指纹点的信号强度矢量，n为AP个数。2.2 K近邻法（KNN）与NN算法不同的是，它是找到与定位测量所得矢量最近邻的K（K2）个数据库矢量，再以这些矢量代表的位置坐标的平均值作为待定位终端的位置输出：式中：

5、是第i个被选取的指纹信息所对应的坐标，为定位结果坐标。2.3 K加权近邻法（WKNN）与K近邻法的不同之处在于选取了K（K2）个数据库矢量后，给每个数据库矢量对应的坐标乘上了一个加权系数。加权的方法有很多，本文研究的指纹定位采用下式进行位置估计。是定位点和指纹点之间的信号强度欧式距离。3 一种改进的自适应模式切换策略在重叠区域（在过渡区域可以同时接收到GPS和Wi-Fi信号）采用一种切换机制。切换机制是一种基于计数以及阈值机制方法，称为alpha-count机制，且该机制依赖于一个简单的滤波函数，具有最好的计算复杂性，其定义如下：在上式中，L为一个离散时间变量；为记录RSSI测量值比Srssi

6、大的次数，如果的值超过一个特定的阈值，则定位切换器被触发；为连续不断比阈值Srssi要大的读取值中的最小值；D为每个将至阈值Srssi以下的的减少率。本文来自于WWw.zz-news.Com和D取值的确定取决于系统所需要的精度和准确性。阈值值越大，则该定位系统的定位技术切换性能的可靠性越高，但另一方面，这也增加了切换所需要的时间，也减少了精度。减少率D的值越大，误报的权重越大。此外，和D取值的选取也依赖于每秒测量RSSI的次数n和用户移动的速度s。如果n值高，s值低，那么在计算时，可以选取一个高的值和一个低的D值。3.1 自适应切换策略的仿真分析如图 1所示，将定位区域划分为三个区域：A区域、

7、B区域和AB交互区域。设定A区域使用一种定位技术；B区域使用另外一种定位技术；在C区域融合两种定位技术同时进行定位，且在该区域实现定位技术的切换。（1）仿真场景一：如图2所示，设用户沿路线1从室外运动到室内。移动设备现采用蜂窝定位技术，从图4可以看出，随着移动设备的运动，接收到的蜂窝信号强度（蓝色）越来越弱，而接收到的WiFi信号强度（黑色）越来越强。设室外边界局域所接收到的蜂窝信号强度值为边界阈值Tb=-50（红色），当接收到的蜂窝信号强度值小于该边界阈值Tb时，计数触发。设计数阈值Tc=-47（绿色），当接收到的WiFi信号强度大于计数阈值时，计数函数开始计数。如图 3所示，设切换阈值Ts

8、=20，在进入室内2.8m左右，定位技术切换触发，使用WiFi定位技术。（2）仿真场景二：如图2所示，设用户沿路线2从室内运动到室外。移动设备现采用WiFi定位技术，从图4可以看出，随着移动设备的运动，接收到的蜂窝信号强度（蓝色）越来越强，而接收到的WiFi信号强度（黑色）越来越弱。设室内边界局域所接收到的WiFi信号强度值为边界阈值Tb=-47（红色），当接收到的WiFi信号强度值小于该边界阈值Tb时，计数触发。设计数阈值Tc=-47（绿色），当接收到的蜂窝信号强度大于计数阈值时，计数函数开始计数。如图4所示，设切换阈值Ts=20，从室内出来1.8m左右，定位技术切换触发，使用蜂窝定位技术。

9、endprint（3）仿真场景三：如图2所示，设用户沿路线3运动在室外运动（由起点移动靠近室内入口，当靠近入口后又背离入口移动）。移动设备现采用蜂窝定位技术，从图5可以看出，随着移动设备的运动，接收到的蜂窝信号强度（蓝色）由强变弱再变强，而接收到的WiFi信号强度（黑色） 由弱变强再变弱。设室外边界局域所接收到的蜂窝信号强度值为边界阈值Tb=-47（红色），当接收到的蜂窝信号强度值小于该边界阈值Tb时，计数触发。设计数阈值Tc=-47（绿色），当接收到的WiFi信号强度大于计数阈值时，计数函数开始计数。如图5所示，设切换阈值Ts=40，计数函数最大值小于切换阈值Ts，则定位为技术不切换。4 结

10、论与展望本文主要介绍了多种定位技术的工作原理，提出了一种自适应切换策略，通过一种alpha-count函数来动态决定切换的时间与信号阈值，避免处于边界区域中的频繁切换的情况，自适应切换方式在定位的灵活性上有所提高，但同样会小幅度延长定位等待时间。因此，在蜂窝网/卫星定位和室内定位的基础上设计更加灵活切换方法，将是未来研究的热点。Reference1Di Flora C，Ficco M，Russo S （2006） An architecture for providing Java applications with indoor and outdoor htbrid location sen

11、sing.In：Proceedings of the IEEE international workshop on software technology for future embedded and ubiquitous systems， IEEE，pp 37-42.2Di Martino B，Ficco M，Aversa R，Venticinque S （2010） A positioning service for pervasive objects in dynamic environments.In：Proceedings of the IEEE 5th international

12、 symposium on wireless pervasive computing，IEEE，pp 244-249.3SheadiDayekh，Sofi eneAffes，NahiKandil， and Chahe Nerguizian，Cooperative Localization in Mines Using Fingerprinting and Neural Networks，IEEE Communications Society subject matter experts for publication in the WCNC 2010 proceedings.4Marc，Ciurana，Adell，Jesus，Pablo， Gonzalez.Smart ind