基于間接時延的目標(biāo)ip區(qū)域城市級定位算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及目標(biāo)IP區(qū)域城市級定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于間接時延的目標(biāo)IP 區(qū)域城市級定位算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，目標(biāo)IP區(qū)域城市級定位算法常用的算法有Spotter算法，Spotter算法在 比較純凈的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下測量了大量的時延數(shù)據(jù)，并分析在給定距離下時延的分布情況，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)距離固定時，時延的分布近似符合正態(tài)分布，因此其采用正態(tài)分布模型來刻畫時延和 距離的關(guān)系。在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，Spotter算法時延的分布為正態(tài)分布，為經(jīng)典的密度函 數(shù)，但是所有的經(jīng)典的密度函數(shù)的參數(shù)形式都是單模的，即只有一個局部極大值，而實際的 測量數(shù)據(jù)的分布往往并非如此。因此，Spotter算法在進(jìn)行目標(biāo)IP區(qū)域城市級定位時局限 性較大，針對實際過程中不同的實際概率密度函數(shù)的分布形式，其收斂結(jié)果的準(zhǔn)確度波動 較大。
[0003] 進(jìn)一步的，在實際應(yīng)用測量中往往會遇到如下問題：根據(jù)先驗知識，可初步判斷待 定位目標(biāo)位于若干個候選城市之一，通過基于Web挖掘等方法可以獲得候選城市內(nèi)的大量 地標(biāo)，然而由于探測源的數(shù)量有限，不足以應(yīng)用類似于CBG和Octant等方法進(jìn)行多點定位。 因為對CBG和Octant方法而言，當(dāng)探測源的數(shù)量較少，或探測源的分布不位于待定位目標(biāo) 的周圍時，僅依靠距離約束取交集所得到的定位區(qū)域往往覆蓋的范圍過大，很難得到一個 可靠的城市級定位結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供基于間接時延的目標(biāo)IP區(qū)域城市級定位算法，不需要了解 分布的形式就能夠?qū)嶋H的測量數(shù)據(jù)中密度的分布形式進(jìn)行估計，且能夠保證只要有足夠 多的訓(xùn)練樣本，則無論實際的概率密度函數(shù)的分布形式如何，總能得到一個可靠的收斂結(jié) 果。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 基于間接時延的目標(biāo)IP區(qū)域城市級定位算法，包括以下幾個步驟：
[0007] Al :首先候選城市集和地標(biāo)集構(gòu)建：候選城市集是目標(biāo)IP可能位于的城市的集 合，記為C= {Cl，c2, ...，cj (m取正整數(shù)），地標(biāo)集中包含每個候選城市內(nèi)的多個地標(biāo)；用于 構(gòu)建城市間間接時延分布模型；
[0008] A2 :間接時延測量：同一時刻通過從同一個探測源分別多次測量位于不同城市內(nèi) 地標(biāo)的時延，分別取其最小值，并將其最小值之和作為兩個地標(biāo)之間的間接時延；
[0009] A3 :將該測量過程每隔一段時間重復(fù)一次，并記錄該間接時延；
[0010] A4:將步驟A2和A3所述的測量方法在每兩個候選城市之間重復(fù)，從而每兩個候選 城市之間可得到多組間接時延；
[0011] A5 :通過核密度估計方法擬合得到任意兩個城市地標(biāo)間間接時延分布；
[0012] A6 :對位于同一個候選城市內(nèi)的地標(biāo)間同樣進(jìn)行上述測量，從而得到每個候選城 市與其它的候選城市地標(biāo)之間及候選城市內(nèi)部地標(biāo)之間的間接時延分布；用于地標(biāo)對目標(biāo) 形成距離約束；
[0013] A7 :對目標(biāo)進(jìn)行在定位：首先通過間接時延測量獲得每個城市地標(biāo)和目標(biāo)之間的 間接時延，然后基于最大似然估計方法確定目標(biāo)的最大可能位置。
[0014] 在每個城市內(nèi)部取η個地標(biāo)，η個地標(biāo)進(jìn)行分時段多次測量，最后保留相同地標(biāo)組 合中最小的時延作為該組合的間接時延，在測量結(jié)束后，每兩個城市之間可得到η*η組間 接時延。
[0015] 所述的步驟Α5中所述的間接時延分布估計具體如下：
[0016] Α51 :記C = Ic1, c2, . . .，cm}為m個候選城市的集合，P (t I CiJ為城市(^和c」內(nèi) 地標(biāo)之間間接時延的分布，則P (t Icli,)的估計形式如式（6)所示：
[0018] 其中，tk為第k次測量的間接時延值，h為窗函數(shù)的窗寬，η為每個城市內(nèi)地標(biāo)個 數(shù)；
[0019] 對城市Cj其中，i = l，2，...，m)，與m個城市（包括城市C1自身）之間均可得到 其間接時延分布，即P (t I Ciij)(其中j = 1，2,. . .，m)。
[0020] 所述的步驟A7中所述的最大似然估計方法來確定目標(biāo)的最大可能位置具體包括 如下：
[0021] 設(shè)目標(biāo)所在城市Cg的中心坐標(biāo)X為待估計參數(shù)，記為X = [Iat。，Ion。]，m個候選 城市分別記CiQ = 1,2，···，m)，[lat。，Ion。]的取值范圍為m個候選城市的中心坐標(biāo)，if 為X最大似然估計量；設(shè)時延測量相互獨立，則似然函數(shù)可表示成式：
[0023] 其中，P (t I Ckig)表示城市CjP c g之間的時延的概率密度分布，t k為候選城市c k與目標(biāo)之間的間接時延；最大似然估計的目的是確定X的估計量^^使得上述似然函數(shù)取 得最大值，如式：
[0025] 通過在候選城市坐標(biāo)中搜索可確定if ,即目標(biāo)的最大可能位置。
[0026] 求解目標(biāo)位置的最大似然估計，即是確定目標(biāo)所在城市，使得目標(biāo)與候選城市內(nèi) 地標(biāo)間的間接時延的測量值在聯(lián)合概率密度p(tIX)的條件下出現(xiàn)的概率最大，為了計算 方便，通過最大化似然函數(shù)的對數(shù)來得到最大似然估計量，如式：
[0030] 本發(fā)明針對時延和距離之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系刻畫不精確，且需部署大量探測源的不 足，給出了基于間接時延的IP定位算法。該算法首先從探測源同時向位于兩個不同候選 城市的地標(biāo)發(fā)起時延測量，將測得的時延之和作為兩個地標(biāo)間的間接時延，并將該測量過 程重復(fù)多次，得到每兩個候選城市地標(biāo)間大量的間接時延數(shù)據(jù)；其次，利用核密度估計方法 估計該間接時延分布；然后，測量目標(biāo)IP與每個候選城市內(nèi)地標(biāo)間的間接時延；最后，基于 最大似然估計方法確定目標(biāo)的最大可能位置。本發(fā)明不需要預(yù)先考慮時延分布的密度函 數(shù)的參數(shù)形式，而是采用模式識別中重要的非參數(shù)估計方法一核密度估計方法，該方法的 優(yōu)點是具有通用性，即事先不需要了解分布的形式就能夠?qū)ζ渥龀龉烙?，與現(xiàn)有典型算法 Spotter相比，本發(fā)明算法具有較高的城市級定位準(zhǔn)確率。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的定位算法原理圖；
[0032] 圖2為圖1間接時延測量不意圖；
[0033] 圖3洛陽市和開封市之間的間接時延通過統(tǒng)計得到的直方圖；
[0034] 圖4用核密度估計方法估計得到間接時延分布圖。
【具體實施方式】
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明包括基于間接時延的IP定位算法跟現(xiàn)有的方法一樣都可分為 建模和定位兩個階段，但是具體方法步驟不同：在建模階段，通過從同一個探測源同時測量 位于兩個不同城市地標(biāo)的時延，將其時延之和作為兩個城市地標(biāo)間的間接時延，利用核密 度估計方法擬合兩個城市地標(biāo)間間接時延的分布。對位于同一個候選城市內(nèi)的地標(biāo)間同樣 進(jìn)行上述測量，從而，每個候選城市可獲得與其他的候選城市地標(biāo)之間及候選城市內(nèi)部地 標(biāo)之間的間接時延的分布。在定位階段，通過間接時延測量獲得每個城市地標(biāo)和目標(biāo)之間 的間接時延，然后基于最大似然估計方法確定目標(biāo)的最大可能位置。詳細(xì)的算法流程包括 以下幾個步驟：
[0036] Al :首先候選城市集和地標(biāo)集構(gòu)建：候選城市集是目標(biāo)IP可能位于的城市的集 合，記為C= {Cl，c2, ...，cj (m取正整數(shù)），地標(biāo)集中包含每個候選城市內(nèi)的多個地標(biāo)；用于 構(gòu)建城市間間接時延分布模型；
[0037] 本發(fā)明中將時延轉(zhuǎn)換為合適的地理距離約束通常是基于時延的IP定位方法的關(guān) 鍵。地標(biāo)和目標(biāo)之間的時延無法直接測量，為能夠充分利用地標(biāo)，盡可能降低部署大量探測 源帶來的成本，本發(fā)明將地標(biāo)與目標(biāo)之間的間接時延轉(zhuǎn)換為地標(biāo)對目標(biāo)產(chǎn)生的距離約束。 該過程包括間接時延測量和間接時延分布估計兩部分。
[0038] 本發(fā)明利用間接時延，依靠單探測源實現(xiàn)對目標(biāo)的位置估計。間接時延測量是本 發(fā)明定位方法的重要步驟之一，該步驟的主要目的是獲得每兩個候選城市之間的間接時 延。具體包括地標(biāo)之間、地標(biāo)和目標(biāo)之間的間接時延測量兩個部分，地標(biāo)間接時延測量之間 用于構(gòu)建城市間間接時延分布模型，地標(biāo)和目標(biāo)之間的間接時延測量用于地標(biāo)對目標(biāo)形成 距離約束。算法的原理如下：
[0039] 舉例說明：如圖2所示，圖中給出了 1個探測源、4個候選城市，每個候選城市內(nèi)有 1個地標(biāo)的間接時延測量和計算實例。圖中正方形代表探測源，圓形代表