專利名稱：一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法
一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說是涉及一種基于到達(dá)時(shí)間測距的定位系統(tǒng)的改進(jìn)方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，知道特定人員和貴重物品的精確位置的需求是巨大的。解決該問題的普遍的方法是利用三點(diǎn)定位，即通過已知三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，并測得目標(biāo)到三個(gè)點(diǎn)的距離(即采用測距)或者角度(即采用測角)，再利用幾何算法，即可得到該目標(biāo)的位置坐標(biāo)。但是，三點(diǎn)定位中的測角(AOA)方法，需要昂貴的智能型的陣列天線系統(tǒng)，在高精度定位市場中很少使用。三點(diǎn)定位中普遍使用的是測距。
一般而言，測距有兩種方法，即利用信號(hào)強(qiáng)度(RSS)的方式或者利用信號(hào)的到達(dá)時(shí)間(TOA)的方式。但RSS方式有其固有缺點(diǎn)，如定位的精度比較低、覆蓋的范圍小、在惡劣環(huán)境下無法工作等等。采用TOA技術(shù)即可以克服這些缺點(diǎn)，其精度可以小于I米。
具體而言，TOA方式是測量無線信號(hào)的傳播時(shí)間，并乘以光速以得到距離。該方式具有精度高、基站的覆蓋范圍大、適于抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。在TOA該方法中，定位系統(tǒng)由服務(wù)器、基站和標(biāo)識(shí)卡等部件組成?；镜淖鴺?biāo)是已知的、固定的，即三點(diǎn)定位中的三個(gè)點(diǎn)。 在平面定位中，至少要有三個(gè)基站；因其位置是固定的，也稱錨點(diǎn)。標(biāo)識(shí)卡固定在待定位的人或物品上。服務(wù)器的功能包括完成后臺(tái)的設(shè)備管理、顯示地圖、根據(jù)標(biāo)識(shí)卡到多個(gè)基站的距離計(jì)算出標(biāo)識(shí)卡的位置坐標(biāo)并顯示在地圖上等等。
然而，基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)雖然具有高精度等優(yōu)點(diǎn)，但是TOA的原理決定了完成一次定位需要多次無線信號(hào)的發(fā)射，因此也有其固有的缺點(diǎn)。如圖I所示，在TOA 系統(tǒng)中，每發(fā)起一次測距，需要節(jié)點(diǎn)A (即標(biāo)識(shí)卡，以下同)給節(jié)點(diǎn)B (即普通基站，以下同)發(fā)射一次信號(hào)Message_l,再由節(jié)點(diǎn)B立即給節(jié)點(diǎn)A發(fā)一個(gè)回應(yīng)信號(hào)Message_2。這種情況下， 節(jié)點(diǎn)A測得的TI為發(fā)出無線信號(hào)到收到回應(yīng)的時(shí)延；節(jié)點(diǎn)B測得的T2為收到MessagsJ到發(fā)出message_2的處理時(shí)延。然后,節(jié)點(diǎn)B還要把T2放在message_3中，發(fā)給A,這樣節(jié)點(diǎn) A才能得到T2。最后，根據(jù)Tl和T2，節(jié)點(diǎn)A計(jì)算出節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B之間的距離d=c * (Tl -T2)/2，c為光速。
按照這樣的過程，一次測距需要3次無線信號(hào)的發(fā)射，而一次定位則需要3次測距 (和3個(gè)不同的基站進(jìn)行測距)，這樣，一次定位就需要9次無線信號(hào)的發(fā)射。這9次無線信號(hào)的發(fā)射稱為一次定位事務(wù)。
考慮待定位的目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，所以3次測距應(yīng)該在極短的時(shí)間內(nèi)完成。這就意味著如果9次無線信號(hào)的發(fā)射中有I次發(fā)射因無線信號(hào)碰撞而失敗，將導(dǎo)致本次定位失敗。
一方面，一次定位事務(wù)中的多次通信，增加了信道的擁擠程度；另一方面，其中一次通信發(fā)生無線信號(hào)在空中的碰撞概率大大提高，定位的失敗率也隨之提高，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)一個(gè)定位區(qū)域中的標(biāo)識(shí)卡超過10個(gè)，每個(gè)標(biāo)識(shí)卡每秒定位一次，定位的成功率降低到60%， 當(dāng)標(biāo)識(shí)卡的數(shù)目達(dá)到20個(gè)的時(shí)候，定位的成功率降低到30%，系統(tǒng)幾乎癱瘓了。而同一區(qū)域容納的待定位的目標(biāo)的個(gè)數(shù)以及每個(gè)目標(biāo)定位的頻率高低，則代表了定位系統(tǒng)的容量的大小。因此，可知在目前的基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)中，為了保證定位的成功率，其容量不能做的很大，否則定位的失敗率將大大提高。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)容量不足的缺陷，本發(fā)明提出了一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，該方法能夠有效降低無線信號(hào)在空中碰撞的概率,從而在保證系統(tǒng)定位的成功率和確定性的同時(shí)大幅提高定位系統(tǒng)的容量。
具體地說，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟1)標(biāo)識(shí)卡在上電后周期性發(fā)射廣播信號(hào)；若標(biāo)識(shí)卡已進(jìn)入定位區(qū)域，普通基站在收到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的廣播信號(hào)后經(jīng)路由基站將廣播信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到廣播信號(hào)后給標(biāo)識(shí)卡分配時(shí)隙并將時(shí)隙分配信息經(jīng)路由基站轉(zhuǎn)發(fā)給普通基站，普通基站收到時(shí)隙分配信息后再將時(shí)隙分配信息轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)識(shí)卡；2)標(biāo)識(shí)卡根據(jù)收到的時(shí)隙分配信息得到自己的時(shí)隙，并進(jìn)行與系統(tǒng)時(shí)鐘的同步；3)當(dāng)處于自己的時(shí)隙時(shí)，標(biāo)識(shí)卡發(fā)起測距并將計(jì)算出的測距信息發(fā)送給普通基站；完成測距和測距信息發(fā)送后，標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入休眠直到下一個(gè)自己的時(shí)隙再進(jìn)行測距和測距信息發(fā)送；普通基站接收到測距信息后經(jīng)路由基站將測距信息轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到測距信息后根據(jù)測距信息計(jì)算出標(biāo)識(shí)卡所在的位置，完成定位。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于所述時(shí)隙分配信息中還包括時(shí)鐘同步信息。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于還包括以下步驟，若服務(wù)器判定某標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域，則服務(wù)器收回該標(biāo)識(shí)卡對(duì)應(yīng)的時(shí)隙用于向其他標(biāo)識(shí)卡分配。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于所述服務(wù)器判定某標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域，其方法是， 如果服務(wù)器在事先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有再次收到某標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的測距信息，則服務(wù)器判定該標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于所述事先設(shè)定的時(shí)間，是從前一次服務(wù)器接收到某標(biāo)識(shí)卡的測距信息的時(shí)刻開始再經(jīng)過100個(gè)該標(biāo)識(shí)卡的定位周期，所述定位周期為該標(biāo)識(shí)卡相鄰兩次時(shí)隙之間的時(shí)間間隔。
本發(fā)明的有益效果如下由于本發(fā)明的基于到達(dá)時(shí)間的無線測距定位中的時(shí)隙方法中，每個(gè)標(biāo)識(shí)卡只在自己的時(shí)隙發(fā)射無線信號(hào)，這樣就大大降低無線信號(hào)碰撞的概率， 從而在保證系統(tǒng)定位的成功率和確定性的同時(shí)大幅提高定位系統(tǒng)的容量。經(jīng)測試，采用本發(fā)明，即便在一個(gè)區(qū)域中的標(biāo)識(shí)卡數(shù)量達(dá)到50個(gè)、定位頻率為IHz時(shí)，其定位的成功率仍可達(dá)到95%以上。同時(shí)，在完成測距和測距信息發(fā)送后，標(biāo)識(shí)卡會(huì)主動(dòng)進(jìn)入休眠，因此也大幅降低了標(biāo)識(shí)卡功耗，實(shí)現(xiàn)了低功耗的目標(biāo)。標(biāo)識(shí)卡離開定位區(qū)域后，原先分配給該標(biāo)識(shí)卡的時(shí)隙可以重新分配給其他標(biāo)識(shí)卡使用，從而有效地提高了時(shí)隙的利用率，更好地增強(qiáng)了整個(gè)定位系統(tǒng)的工作性能。


圖I是基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的測距原理圖。
圖2是本發(fā)明的基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)組成框圖。
圖3是標(biāo)識(shí)卡將測距信息經(jīng)由基站發(fā)送給服務(wù)器的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖2給出了采用本發(fā)明的基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)組成情況。如圖2所示， 采用本發(fā)明的基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)包括服務(wù)器、基站以及標(biāo)識(shí)卡。標(biāo)識(shí)卡固定在待定位的人或物品上，服務(wù)器則根據(jù)標(biāo)識(shí)卡到多個(gè)基站的距離計(jì)算出標(biāo)識(shí)卡的位置坐標(biāo)以實(shí)現(xiàn)定位。
本發(fā)明的步驟如下1)標(biāo)識(shí)卡在上電后周期性發(fā)射廣播信號(hào)；若標(biāo)識(shí)卡已進(jìn)入定位區(qū)域，普通基站在收到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的廣播信號(hào)后經(jīng)路由基站將廣播信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到廣播信號(hào)后給標(biāo)識(shí)卡分配時(shí)隙并將時(shí)隙分配信息經(jīng)路由基站轉(zhuǎn)發(fā)給普通基站，普通基站收到時(shí)隙分配信息后再將時(shí)隙分配信息轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)識(shí)卡；2)標(biāo)識(shí)卡根據(jù)收到的時(shí)隙分配信息得到自己的時(shí)隙，并進(jìn)行與系統(tǒng)時(shí)鐘的同步；3)當(dāng)處于自己的時(shí)隙時(shí)，標(biāo)識(shí)卡發(fā)起測距并將計(jì)算出的測距信息發(fā)送給普通基站；完成測距和測距信息發(fā)送后，標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入休眠直到下一個(gè)自己的時(shí)隙再進(jìn)行測距和測距信息發(fā)送；普通基站接收到測距信息后經(jīng)路由基站將測距信息轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到測距信息后根據(jù)測距信息計(jì)算出標(biāo)識(shí)卡所在的位置，完成定位。
本發(fā)明的時(shí)隙分配信息的消息格式如下字段同步消息類型長度時(shí)隙基站序列時(shí)鐘Octet2II244可見，該時(shí)隙分配信息中，不但有時(shí)隙信息也有時(shí)鐘同步信息。因此，當(dāng)標(biāo)識(shí)卡收到該消息后，不僅可以得到自己的時(shí)隙，而且還可以同時(shí)完成與系統(tǒng)時(shí)鐘的同步。
本發(fā)明的測距由標(biāo)識(shí)卡發(fā)起，即當(dāng)處于自己的時(shí)隙時(shí)，標(biāo)識(shí)卡發(fā)起測距。當(dāng)標(biāo)識(shí)卡完成測距并把測距信息發(fā)給服務(wù)器后，標(biāo)識(shí)卡會(huì)進(jìn)入休眠，直到下一個(gè)自己的時(shí)隙到來時(shí)再重新進(jìn)行測距活動(dòng)，這樣可以降低標(biāo)識(shí)卡的活動(dòng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)卡的低功耗。
本系統(tǒng)中的基站包括路由基站和普通基站。路由基站和服務(wù)器之間通過有線連接，用于和服務(wù)器通信。普通基站用于與標(biāo)識(shí)卡配合測距和通信，普通基站和路由基站之間通過無線連接。
圖3給出了采用本發(fā)明的基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)中測距信息的發(fā)送過程。 由圖3可知，標(biāo)識(shí)卡先將測距信息發(fā)送給普通基站，普通基站再將該信息發(fā)送給路由基站， 路由基站最后將該信息發(fā)送給服務(wù)器。
本發(fā)明服務(wù)器對(duì)于時(shí)隙的管理，具有重用時(shí)隙的功能，即為了提高時(shí)隙的利用率， 當(dāng)標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入定位區(qū)域時(shí)分配時(shí)隙，當(dāng)標(biāo)識(shí)卡離開定位區(qū)域后釋放時(shí)隙。
具體而言，標(biāo)識(shí)卡在沒有得到時(shí)隙前會(huì)周期性地發(fā)射廣播信號(hào)。如果標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入了定位區(qū)域，基站將會(huì)收到其發(fā)送的廣播信號(hào)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器給標(biāo)識(shí)卡分配時(shí)隙。如果服務(wù)器判定某標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域，服務(wù)器可以釋放該標(biāo)識(shí)卡對(duì)應(yīng)的時(shí)隙，并將該時(shí)隙分配給下一個(gè)進(jìn)入?yún)^(qū)域的標(biāo)識(shí)卡。
在本方法中，服務(wù)器可以通過判斷在事先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)有沒有再次收到某標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的測距信息來判斷該標(biāo)識(shí)卡是否已經(jīng)離開定位區(qū)域。如服務(wù)器在事先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒5有再次收到某標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的測距信息，則服務(wù)器判定該標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域。該事先預(yù)定時(shí)間可以為從前一次服務(wù)器接收到某標(biāo)識(shí)卡的測距信息的時(shí)刻開始再經(jīng)過100個(gè)該標(biāo)識(shí)卡的定位周期，定位周期即為該標(biāo)識(shí)卡相鄰兩次時(shí)隙之間的時(shí)間間隔。該事先預(yù)定時(shí)間也可以由系統(tǒng)管理人員根據(jù)實(shí)際需求自行設(shè)置。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，其特征在于，包括下列步驟1)標(biāo)識(shí)卡在上電后周期性發(fā)射廣播信號(hào)；若標(biāo)識(shí)卡已進(jìn)入定位區(qū)域，普通基站在收到標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的廣播信號(hào)后經(jīng)路由基站將廣播信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到廣播信號(hào)后給標(biāo)識(shí)卡分配時(shí)隙并將時(shí)隙分配信息經(jīng)路由基站轉(zhuǎn)發(fā)給普通基站，普通基站收到時(shí)隙分配信息后再將時(shí)隙分配信息轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)識(shí)卡；2)標(biāo)識(shí)卡根據(jù)收到的時(shí)隙分配信息得到自己的時(shí)隙，并進(jìn)行與系統(tǒng)時(shí)鐘的同步；3)當(dāng)處于自己的時(shí)隙時(shí)，標(biāo)識(shí)卡發(fā)起測距并將計(jì)算出的測距信息發(fā)送給普通基站；完成測距和測距信息發(fā)送后，標(biāo)識(shí)卡進(jìn)入休眠直到下一個(gè)自己的時(shí)隙再進(jìn)行測距和測距信息發(fā)送；普通基站接收到測距信息后經(jīng)路由基站將測距信息轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，服務(wù)器收到測距信息后根 據(jù)測距信息計(jì)算出標(biāo)識(shí)卡所在的位置，完成定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，其特征在于所述時(shí)隙分配信息中還包括時(shí)鐘同步信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，其特征在于，還包括以下步驟若服務(wù)器判定某標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域，則服務(wù)器收回該標(biāo)識(shí)卡對(duì)應(yīng)的時(shí)隙用于向其他標(biāo)識(shí)卡分配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，其特征在于所述服務(wù)器判定某標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域，其方法是，如果服 務(wù)器在事先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有再次收到某標(biāo)識(shí)卡發(fā)來的測距信息，則服務(wù)器判定該標(biāo)識(shí)卡已離開定位區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，其特征在于所述事先設(shè)定的時(shí)間，是從前一次服務(wù)器接收到某標(biāo)識(shí)卡的測距信息的時(shí)刻開始再經(jīng)過100個(gè)該標(biāo)識(shí)卡的定位周期，所述定位周期為該標(biāo)識(shí)卡相鄰兩次時(shí)隙之間的時(shí)間間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高基于到達(dá)時(shí)間的無線定位系統(tǒng)的容量的方法，屬于無線定位技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種方法，使得每個(gè)標(biāo)識(shí)卡在自己的時(shí)隙才執(zhí)行測距操作，發(fā)射無線信號(hào)。本發(fā)明避免了無線信號(hào)的空中碰撞，在保證系統(tǒng)定位的成功率和確定性的同時(shí)，大大提高系統(tǒng)容量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)識(shí)卡的低功耗。
文檔編號(hào)H04W64/00GK102938932SQ20121050865
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者申崇江, 王洪勇, 張崗 申請(qǐng)人:申崇江