专利名称：一种单基站异构网络环境下的遗传定位算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及异构网络技术，具体涉及一种单基站异构网络环境下的遗传定位算法(H04W无线通信网络，H04W 40/20基于地理位置或定位)。
背景技术：
近年来网络通信技术迅猛发展，产生了种类繁多的网络系统，特别是无线通信技术的发展给人们的生产、生活带来了丰富便捷的体验，目前越来越多的学者和厂商开始认识到未来的无线网络将是由多种网络以及多种技术相互融合形成的具有多种接入方式、提供多种传输速率和多种服务质量要求的多种业务异构网络联合体。定位技术一直是无线技术中备受瞩目的关键问题。国际上对于无线定位技术的研 究应用源于20世纪60年代的自动车辆定位系统，但这项技术随后仅在公共交通管理、货物运输、犯罪跟踪和紧急医疗服务等有限的范围内得到了应用。直到20世纪末，随着移动通信系统的飞速发展以及世界范围内政治、经济、社会交流与合作的进一步加深，人、商品、财物的高度流动，这就迫切需要掌握它们的位置信息。在现在的移动通信中提出了有关位置服务(Location Service,LCS)的概念。位置服务是指基于地理位置数据为移动物体提供的服务。这种服务的对象是移动的，通常需要借助于移动运营商的网络进行信息的交互，也就是利用移动通信网的特性对移动台所处位置进行定位以及提供信息服务。位置服务LCS作为移动通信网提供的增值业务，目前已经受到了电信业内人士的广泛关注，全球各大移动运营商都在积极部署这项具有极大潜力的增值业务。在未来的异构网络中定位将依然是关键技术之一，并且可以利用各个网络丰富的信息资源改善定位性能，为用户提供更优质、更先进的服务。二十世纪九十年代至今，国内外的许多研究小组已经致力于异构网络关键技术的研究，对于多种异构网络和移动终端共存的异构网络融合问题，全球很多研究机构都在努力探索，并且已经提出了一些初步方案。但对于异构网络中的定位问题，现阶段尚处于起步阶段，相关研究报导相对较少。文献[I]中提出了一种引入了高级节点的基于异构无线传感器网络的节点定位算法，有效减少了网络总体能耗，并在其算法中利用测距修正权值提高定位精度。文献[2]为异构网络垂直切换提出了一种移动台位置跟踪技术。文献[3]提出了一种启发式中继异构无线网络定位算法，该算法中利用中继节点来实现异构网络中无线资源的共享。但以上三个研究工作中采用的核心定位算法仍是传统方法，没有充分利用异构网络信息。本发明针对WLAN网络和WCDMA网络共存的异构网络，针对WCDMA网络边缘处无法定位的场景，提出了一种结合WLAN网络信息来实现定位能力的算法单基站异构网络环境下的遗传定位算法。该算法综合利用了这两种网络的特性一是当WCDMA基站与未知节点存在视距路径时，基站TOA测距结果具有比较高的精度。二是在WLAN网络中很方便获得信标节点与未知节点之间的信号指示强度。本发明主要采用遗传算法对未知节点进行搜索定位，并利用WCDMA基站存在视距路线时的高精度TOA测距值，对遗传算法中的初始群体进行选择，为了保证算法计算效率，算法在利用TOA确定初始群体时，采用了相似度的分析手段。由于综合了两个网络的测距信息，该算法定位精度较高，同时采用TOA测距值和相似度来确定初始群体，算法收敛速度快，环境适应性较强，由于本算法采用相似度选择出的初始群体大多数情况下总是靠近真实待定位节点，因此很少会出现遗传搜索结果收敛于局部最优点的情况。对比文件
[1]赵相鹏，张华忠，王瑜.一种基于异构无线传感器网络的定位算法研究[J].计算机科学，2009，Vol. 36:325-327.
[2]Mehbodniya A, Chitizadeh J. A New Positioning Scheme Used for HandoffDecision in Heterogeneous Networks[C]. International Conference on Wireless andOptical Communicaitons Networks, 2005:233-238.
[3]Chong Shen, Pesch D. A Heuristic Relay Positioning Algorithm for Heterogeneous Wireless Networks[C]. Vehicular Technology Conference, 2009:1-5.
发明内容
I、要解决的技术问题(即原“发明目的”)
当未知节点处于单个WCDMA基站与WLAN网络共同覆盖所构成的异构网络中，单个WCDMA基站并不能对未知节点进行有效定位。此时，利用WCDMA网络信息无法确定未知节点位置。而采用WLAN网络对未知节点进行定位，由于RSSI的固有特性，定位精度不能保证。2、技术方案(方法发明)
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是
本发明的前提条件是WCDMA基站与待定位的节点之间存在视距路径，当不存在视距路径时，TOA非视距环境时的测距误差比较大，此时这种低精度的TOA测距结果对改善异构网络定位精度并没有任何实际意义。算法分为三个阶段第一个阶段，利用WCDMA网络中基站与未知节点之间的TOA测距值，确定遗传算法初始群体存在的圆环区域；第二阶段，在第一阶段确定的区域中，随机分布初始点，利用WLAN网络的RSSI值计算相似度来判断随机初始群体的优劣，从而获得接近未知节点真实位置的初始群体分布；第三阶段，利用RSSI值计算适应度函数，通过遗传算法搜索未知节点的坐标。下面具体描述算法思想
第一阶段，根据WCDMA基站与待定位未知节点的TOA测距值，设定遗传算法初始群体的出现区域。设定方法以基站为圆心，基站到未知节点测距为半径的圆周围± 米圆环区域为遗传算法初始群体的出现区域。之所以选择圆环内的点而不是选择存在于圆上的点是因为即使是具有较高精度的TOA基站测距法在测距的时候仍然存在一定的误差，采用圆环区域分布初始群体，可以提高遗传算法初始群体的多样性。第二阶段，如直接在第一阶段设定的圆环区域内随机分布《个样本点，作为遗传算法的初始群体，也可以通过遗传搜索寻找未知节点的真实位置，但如果初始群体在圆环上随机分布在远离真实位置的区域，会造成遗传搜索的计算量显著增加，并且增大了遗传算法局部收敛的可能性。为了能够获得良好的初始群群体，本算法采用了相似度的概念，将第一阶段设定的圆环区域均匀划分成η段，在每一段的中心放置一个初始点，然后计算每一点与未知节点的RSSI值的欧氏距离相似度。若计算出相似度越�。蚋玫阍浇咏粗诘悖艏扑愠龅南嗨贫忍螅虮砻鞲玫阍独胛粗诘悖皇且桓龊玫某跏嘉恢谩８菹嗨贫鹊募扑憬峁≡褚桓鼍哂凶钚∠嗨贫鹊慕诘悖卸细玫阄恢梦桓隽己玫某跏嘉恢茫缓笠愿玫闼谠不范挝跏记颍谄渲兴婊植肌犯鲅镜悖魑糯惴ǖ某跏既禾逖≡瘛５谌锥危诘诙锥稳范ǖ某跏既禾寤∩希褂靡糯惴ǘ源ㄎ唤诘憬卸ㄎ唬饫锊捎肦SSI值计算适应度函数，算法中选择操作采用适应度比例选择方法，交叉操作采用算术交叉，变异操作采用非一致性变异算子。
3、有益效果
在多基站的WCDMA与WLAN异构网络中，可以直接利用WCDMA网络的信息对未知节点进行定位，但是当异构网络中仅存在单独一个WCDMA基站时，如何进行较高精度的定位就成了必须考虑的问题。本发明针对WCDMA单基站和WLAN混合异构网络，引入了基于遗传算法的定位方法。该基于单基站的遗传定位算法利用基站TOA的高精度测距结果对遗传算法的初始区域进行设定，进而利用相似度寻找最佳初始位置，最终利用RSSI值计算适应度函 数，用遗传算法搜索未知节点坐标。本发明算法的初始区域选择方法，减少了遗传算法的计算量，保证了遗传算法初始群体的优秀率，改善了遗传算法的定位精度和稳定性。该算法兼顾综合异构网络的测距信息，收敛速度较快，对环境有很好的适应性和鲁棒性，并且具有较高的定位精度。附图
和附表说明
图I基于遗传算法的单基站异构网络定位算法流程图
附表说明图I表示基于遗传算法的单基站异构网络定位算法流程图，通过获知WLAN网络各信标节点坐标及与未知节点之间的RSSI值、WCDMA基站坐标及到未知节点的TOA测距值，然后采用TOA测距值和相似度来确定初始群体，最后利用遗传算法计算出待定位未知节点的坐标。
具体实施例方式输入WLAN网络各信标节点坐标及与未知节点之间的RSSI值，WCDMA基站坐标及到未知节点的TOA测距。输出异构网络中待定位未知节点的坐标。步骤
Stepl.根据未知节点到WCDMA基站的TOA测距值rf，选择内环半径为,外环半径为的圆环形区域，并将该圆环区域均匀划分成段；
Step2.在Stepl给出的每一段的中心位置，放置一个初始点，得到/ 个初始点；利用每一点到WLAN各信标的理论RSSI值和未知节点实测RSSI值计算相似度；
Step3.选择最小相似度节点所在的圆环段作为初始区域，在该区域中随机均匀分布》个样本点作为遗传算法的初始群体，样本点的数目》取决于区域面积的大�。�
Step4.计算初始群体的适应度值，使用遗传算法对待定位未知节点进行定位，得到最终的未知节点坐标。步骤4中的遗传算法采用实数编码方式，克服了二进制编码解码换算带来的计算时间复杂度的增加以及精度与计算量之间的矛盾。遗传算法是一个反复迭代的计算过程，其算法描述为
输入初始群体坐标、迭代次数*初始为O ;
输出待定位未知节点坐标。Stepl.计算初始群体的适应度值，根据适应度值的大小对初始群体使用轮盘赌方法进行选择操作产生父代群体；
Step2.采用式(I)所示的算术交叉算子进行交叉操作，对父代群体随机配对交叉进行基因交换重组产生新个体；
权利要求
1.当WCDMA基站与未知节点存在视距路径时，基站TOA测距结果具有比较高的精度，该算法定位精度较高，同时采用TOA测距值和相似度来确定初始群体，算法收敛速度快，环境适应性较强。
2.在WLAN网络中很方便获得信标节点与未知节点之间的信号指示强度，采用相似度选择出的初始群体大多数情况下总是靠近真实待定位节点，因此很少会出现遗传搜索结果收敛于局部最优点的情况。
全文摘要
本发明“一种单基站异构网络环境下的遗传定位算法”，其技术领域涉及异构网络技术，具体涉及一种单基站异构网络环境下的遗传定位算法。本发明针对WLAN网络和WCDMA网络共存的异构网络，针对WCDMA网络边缘处无法定位的场景，提出了一种结合WLAN网络信息来实现定位能力的算法单基站异构网络环境下的遗传定位算法。由于本算法采用相似度选择出的初始群体大多数情况下总是靠近真实待定位节点，因此很少会出现遗传搜索结果收敛于局部最优点的情况。
文档编号G01S5/02GK102970746SQ201210431690
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者不公告发明人 申请人:江苏学府医疗科技有限公司
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