BVIRE定位算法研究

沈陽理工大學(xué) 閆海姣

BVIRE定位算法研究

沈陽理工大學(xué) 閆海姣

BVIRE算法采用參考標(biāo)簽線性內(nèi)插得到虛擬標(biāo)簽的方法，通過相近地圖排除不可能標(biāo)簽，定位效果大幅度提高。

參考標(biāo)簽；虛擬標(biāo)簽；相近地圖

1 NVIRE定位算法

NVIRE算法在定位區(qū)域中由參考標(biāo)簽構(gòu)造出虛擬標(biāo)簽，其RSSI值由線性內(nèi)插公式求得。求出定位區(qū)域中兩類標(biāo)簽在每個讀寫器上的歐式距離，通過比較然后選取適合的虛擬標(biāo)簽，建立相近地圖，然后取交集，消除不可能的位置。此外，NVIRE算法的權(quán)重因子受兩個權(quán)重因子的共同影響，定位區(qū)域中的兩類標(biāo)簽的歐式距離共同影響了一個權(quán)重因子，相近地圖影響了另一個權(quán)重因子。圖1是構(gòu)造虛擬標(biāo)簽示意圖[1]。

圖1 4個真實參考標(biāo)簽插入虛擬標(biāo)簽示意圖

NVIRE算法分為三塊。首先是虛擬標(biāo)簽的RSSI的求解。在參考標(biāo)簽網(wǎng)格之內(nèi)均勻地放置虛擬標(biāo)簽，通過線性內(nèi)插法公式（1）求解虛擬標(biāo)簽的RSSI：

垂直方向上的虛擬標(biāo)簽的信號強度值如下式：

其次是相近地圖，相近地圖就是通過求交集的方式來找到待測標(biāo)簽的位置。具體方法是同一讀寫器將待定位標(biāo)簽和虛擬標(biāo)簽兩者的RSSI值進行比較，并求出歐氏距離，將其和閾值比較，如果小于將虛擬標(biāo)簽對應(yīng)的小區(qū)域標(biāo)記并涂黑，否則不處理，這樣就得到每個讀寫器的相近地圖，那么所有的相近地圖相交的區(qū)域就是待定位標(biāo)簽出現(xiàn)的區(qū)域。

最后是權(quán)重因子。NVIRE定位算法中有兩個權(quán)重因子。W1通過定位區(qū)域中兩類標(biāo)簽的RSSI值求得。W2與虛擬標(biāo)簽與待測標(biāo)簽的相對位置有關(guān)系。具體公式如下：

2 BVIRE定位算法

NVIRE算法在定位區(qū)域中構(gòu)造出虛擬參考標(biāo)簽和相近地圖，大大提高了定位區(qū)域的中間區(qū)域的定位精度，但是邊界處的定位效果仍然不好，因此，BVIRE在邊界處構(gòu)造虛擬標(biāo)簽[2]。BVIRE定位算法的創(chuàng)新之處在于首先在邊界處放置參考標(biāo)簽，其次在定位區(qū)域構(gòu)造虛擬參考標(biāo)簽，再次構(gòu)造相近地圖，最后對待定位標(biāo)簽進行定位。

3 BVIRE定位算法的仿真分析

BVIRE系統(tǒng)采用了4個讀寫器，32個參考標(biāo)簽，其中16個在中間區(qū)域，另外16個在邊界處，20個待測標(biāo)簽。讀寫器放置在定位區(qū)域的四角位置，中間區(qū)域的參考標(biāo)簽呈上下左右間隔2米的正方形布局，邊界處的參考標(biāo)簽在定位區(qū)域的四條邊上，呈2米間隔布局，虛擬標(biāo)簽擴展值N為5，門限值為2，路徑損耗指數(shù)為2。下圖2是BVIRE系統(tǒng)定位模型圖。

圖2 BVIRE系統(tǒng)定位模型

圖3 BVIRE系統(tǒng)定位結(jié)果

從圖3中可以大致看出BVIRE系統(tǒng)在定位區(qū)域的中間區(qū)域和邊界處的定位效果比較好，估計值與待定位標(biāo)簽相距比較近。為了清晰地顯示BVIRE系統(tǒng)在邊界處的定位效果，將BVIRE系統(tǒng)和NVIRE系統(tǒng)進行對比，得到各待測定位標(biāo)簽誤差圖和不同區(qū)域的CDF曲線圖[3]。

圖4 各待測定位標(biāo)簽誤差

圖5 不同區(qū)域的CDF曲線

從圖4可以看出BVIRE定位算法使處在邊界處的編號分別為14,17,18,20的待測定位標(biāo)簽，定位精度大幅度提高，定位效果十分理想。從圖5可以看出對于所有位于中間區(qū)域的待測定位標(biāo)簽，BVIRE定位算法的定位誤差最大值約為0.3米，NVIRE定位算法的定位誤差最大值約為0.5米。在累計概率相同的情況下，BVIRE定位算法的定位誤差小于NVIRE定位算法的定位誤差。對于所有位于邊界處的待測定位標(biāo)簽，BVIRE定位算法的定位誤差最大值約為1.25米，而NVIRE定位算法的定位誤差最大值約為1.65米。同樣在累計概率相同的情況下，BVIRE定位算法的定位誤差小于NVIRE定位算法的定位誤差[4]。

4 結(jié)論

對RFID系統(tǒng)中的定位算法進行了研究，結(jié)果表明測距定位算法定位效果更優(yōu)。在測距定位算法中，BVIRE定位算法的定位誤差最小。BVIRE定位算法首先通過在定位區(qū)域中部署參考標(biāo)簽，其次采用參考標(biāo)簽線性內(nèi)插構(gòu)造虛擬參考標(biāo)簽的方法，再次通過構(gòu)造相近地圖，最后對待定位標(biāo)簽進行定位，達到室內(nèi)精確定位的效果。

[1]李寶山,岳康.基于有源RFID定位系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].包頭:內(nèi)蒙古科技大學(xué),2015.

[2]哈卡米,徐邦振,吳哲夫.一種改進的室內(nèi)物品RFID定位技術(shù)[D].浙江:浙江工業(yè)大學(xué),2015.

[3]陳冰,劉開華,史偉光.基于RFID的虛擬標(biāo)簽改進算法[J].計算機工程, 2011,8(37):285-287.

[4]俱瑩,劉開華,史偉光.基于RFID的邊界虛擬參考標(biāo)簽定位算法[J].計算機工程,2011,37(6):274-276.